基于單片機(jī)的應(yīng)急燈控制設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于單片機(jī)的應(yīng)急燈控制設(shè)計(jì) 目 錄 中文摘要1英文摘要21 緒論31.1 消防應(yīng)急照明技術(shù)背景介紹31.2 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)41.3 課題意義及其目的52 消防應(yīng)急燈具工作原理62.1 常用消防應(yīng)急燈62.2 自帶電源型消防應(yīng)急燈具工作原理82.3 消防應(yīng)急燈具的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)92.4 本消防應(yīng)急燈設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)112.4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)112.4.2 應(yīng)急燈單元112.4.3 系統(tǒng)通信部分設(shè)計(jì)123 硬件電路分析133.1 電源模塊133.1.1 主電電路143.1.2 Li電池模塊153.2 單片機(jī)模塊183.2.1 器件選型193.2.2 分析電路243.3

2、 通信模塊243.3.1 器件選型253.3.2 分析電路284 軟件分析294.1 主控制器軟件設(shè)計(jì)294.2 應(yīng)急燈單元軟件設(shè)計(jì)294.2.1電池檢測(cè)軟件流程圖305 抗干擾措施325.1 抗干擾技術(shù)325.1.1 串模干擾及其抑制方法325.1.2 共模干擾及其抑制方法335.1.3 長(zhǎng)線傳輸干擾及其抑制方法345.2 抗干擾措施的設(shè)計(jì)34結(jié)論35謝辭36參考文獻(xiàn)37基于單片機(jī)的應(yīng)急燈控制器設(shè)計(jì)摘要:本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的應(yīng)急燈控制器。該設(shè)計(jì)以MCS-51單片機(jī)為核心,符合消防應(yīng)急燈具國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBl7945-2000。論文首先分析了消防應(yīng)急疏散照明的技術(shù)背景及目前的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)

3、展趨勢(shì),說(shuō)明設(shè)計(jì)的意義及目標(biāo)。接著介紹了常用消防應(yīng)急燈的分類(lèi),著重說(shuō)明了自帶電源消防應(yīng)急燈具的工作原理,提出了符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的總體結(jié)構(gòu)框圖。隨后,合理的選擇了主要器件,給出了三個(gè)關(guān)鍵模塊的具體電路圖,包括電源模塊、單片機(jī)模塊和通信模塊,并分析其工作原理,實(shí)現(xiàn)了掉電檢測(cè)與電源轉(zhuǎn)換、電池狀態(tài)檢測(cè)、光源狀態(tài)檢測(cè)以及RS-485通信等功能。在軟件設(shè)計(jì)方面,分析了控制器的工作邏輯,畫(huà)出了系統(tǒng)主程序框圖和電池開(kāi)路、短路及正常狀態(tài)分析流程圖。最后討論了串模干擾、共模干擾及長(zhǎng)線傳輸干擾,并介紹隔離、屏蔽以及濾波的抗干擾措施。關(guān)鍵詞:單片機(jī),應(yīng)急燈,消防,RS-485通信A Design of MCU-based

4、 Controller of Emergency LuminaryAbstract:This paper presents an emergency luminary controller based on single-chip microcomputer. The design uses the MCS-51 microcontroller as the core and meets the requirement of the national standards for fire emergency luminary GBl7945-2000. Firstly, the technic

5、al background, the current study and the development trend of the fire emergency evacuation lighting as well as the significance and the objectives of this design are expound. Then, the classification of the fire emergency luminary widely used and the principle of self-powered emergency luminary for

6、 fire fighting are highlighted. The overall structure diagram according to the national standard is also presented. Subsequently, after the key devices were reasonably chosen, the specific circuit diagram of three important modules including the power modules, the CPU module and the photo-electrical

7、 isolated communication module are presented. The operation of every module is analyzed. The functions of power-down detection, power conversion, battery state detection, lighting LED state inspection and RS-485 communication are achieved. In the design of software, the work logic of the controller

8、and the main block diagram of the system are introduced. The flowchart to analyze the three states of battery, open circuit, short circuit and the normal are drawn. Finally, the series mode interference, the common mode interference and the long-term transmission interference are discussed. Some ant

9、i-jamming measures, such as photo-electric isolation, shielding and filtering are described.Keywords:Single-chip microcomputer,Emergency luminary,Fire fighting,RS-485 communication1 緒論1.1 消防應(yīng)急照明技術(shù)背景介紹 所謂應(yīng)急照明,是指在非正常狀態(tài)下才使用的照明設(shè)施,包括:備用照明、疏散照明、安全照明。隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng),人民生活水平的日益提高,公眾聚集場(chǎng)所越來(lái)越多,公眾聚集場(chǎng)所火災(zāi)事故也日趨頻繁,特別是

10、群死群傷惡性火災(zāi)時(shí)有發(fā)生,不但造成了大量人員傷亡,而且影響了社會(huì)政治穩(wěn)定。這些火災(zāi)的發(fā)生,大多是因?yàn)檫@些場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)時(shí)缺少必要可靠的應(yīng)急照明和疏散指示,致使火災(zāi)發(fā)生后被困人員不能及時(shí)疏散,被煙熏竄息而死1。 消防應(yīng)急燈具作為一種重要的消防器材,廣泛應(yīng)用于賓館、商場(chǎng)、娛樂(lè)場(chǎng)所等公眾聚集場(chǎng)所,其功能是這些場(chǎng)所發(fā)生火災(zāi)斷電后,應(yīng)急燈具自動(dòng)照明,引導(dǎo)被困人員疏散。消防應(yīng)急疏散照明技術(shù)是一項(xiàng)重要的救生疏散技術(shù)。近幾年,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,高大而復(fù)雜的智能建筑日益增多,對(duì)消防安全的要求越來(lái)越高,消防應(yīng)急燈具的品種不斷增多如表1.1,性能不斷改進(jìn),技術(shù)水平有了很人提高1。表1.1 消防應(yīng)急燈的分類(lèi)按功能

11、分照明或標(biāo)志照明和標(biāo)志消防應(yīng)急燈按工作方式分持續(xù)工作型、非持續(xù)工作型按應(yīng)急供電方式分自帶電源型、集中電源型按工作實(shí)現(xiàn)方式分獨(dú)立控制型、集中控制型、字母控制型按安裝高度分高位安裝型、低位安裝型、高低位復(fù)合安裝型按用途分消防應(yīng)急照明燈、消防應(yīng)急標(biāo)志燈、消防應(yīng)急照明標(biāo)志燈 歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家消防應(yīng)急疏散照明技術(shù)發(fā)展較早、較快,一直處于領(lǐng)先地位,上述各種燈具已被大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。我國(guó)起步較晚,但近年來(lái)發(fā)展也很快。目前,國(guó)內(nèi)已申請(qǐng)到國(guó)家公安部消防產(chǎn)品認(rèn)證的應(yīng)急燈制造商大約300余家,但產(chǎn)品質(zhì)量、性能和品種同發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距。只有少數(shù)大型企業(yè)及一些合資企業(yè)的產(chǎn)品與國(guó)外產(chǎn)品相差無(wú)幾,并向智能環(huán)保型方

12、向發(fā)展,但價(jià)格稍高?，F(xiàn)在,自帶電源獨(dú)立控制型消防應(yīng)急燈具是我國(guó)的主要應(yīng)急燈具產(chǎn)品1。應(yīng)急疏散照明技術(shù)未來(lái)發(fā)展有以下幾大特點(diǎn): 1.熒光燈、白熾燈光源技術(shù)被場(chǎng)致發(fā)光光源技術(shù)所取代 場(chǎng)致發(fā)光器件標(biāo)志燈具具有節(jié)能、美觀、表面亮度和勻光度都易控制等優(yōu)點(diǎn),其耗電極低,發(fā)展前景廣闊。我國(guó)過(guò)去曾長(zhǎng)期使用熒光燈及自熾燈作為光源,其缺點(diǎn)是效率低下,場(chǎng)致發(fā)光器什的使用得益于技術(shù)的進(jìn)步及智能建筑中的大量需求。 2.低位應(yīng)急照明安裝技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用 低位應(yīng)急照明技術(shù)是指在靠近地面或地面高度上提供疏散應(yīng)急照明的一項(xiàng)新的安裝應(yīng)用技術(shù),與傳統(tǒng)的高位安裝技術(shù)相比,它具有特殊的優(yōu)點(diǎn)和獨(dú)到之處。傳統(tǒng)的高位應(yīng)急照明安裝技術(shù)常用于

13、有較高天棚的較大空間和疏散走道的天棚或墻壁距地面有一人高度的位置處,為空間和走道提供均勻的照度,并為走道提供清楚的信息和方向標(biāo)志,一般采用傳統(tǒng)的持續(xù)型應(yīng)急照明燈具和8瓦充電應(yīng)急標(biāo)志燈具。然而,在更多的有限空間里,如帶有相對(duì)低的天棚的走廊,高位應(yīng)急照明系統(tǒng)提供的照度往往不如低位應(yīng)急照明系統(tǒng)。原因是當(dāng)著火時(shí),靠近地面處煙少,氧氣多,便于人的匍匐行動(dòng);另一方面,低位應(yīng)急照明系統(tǒng)采用能發(fā)出穿透煙強(qiáng)光的發(fā)光二極管光源,可產(chǎn)生理想的局部高照度,使疏散人員更容易識(shí)別疏散走道,迅速而安全地找到安全出口。所以,低位照明在火災(zāi)和其它應(yīng)急情況下對(duì)于人的安全疏散十分重要。在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)上一般也主要采用這種作法。 3.向智

14、能化、環(huán)保等高科技方向發(fā)展 新型的電力電子技術(shù)相結(jié)合的高科技電子產(chǎn)品,綜合了計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制技術(shù)、電力電子逆變技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、系統(tǒng)在線檢測(cè)等技術(shù),組成了光機(jī)電一體化的應(yīng)急電源及應(yīng)急照明系統(tǒng)產(chǎn)品,具有高效率、高技術(shù)含量、高可靠性的特點(diǎn)。并且在減少諧波對(duì)電網(wǎng)的污染方面有較多的考慮。1.2 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 目前蓄電池供電方式主要采用如下兩種形式:一種是獨(dú)立式供電,每個(gè)應(yīng)急燈自帶備用蓄電池,平時(shí)由市電供電,只有當(dāng)市電電源切斷時(shí),備用電源才自動(dòng)投入運(yùn)行;另一種是采用集中式供電,每個(gè)應(yīng)急燈本身不帶電源,市電故障時(shí),由專(zhuān)用集中式應(yīng)急電源供電。針對(duì)兩種不同的供電方式必須提供不同的內(nèi)部控制電路。本

15、文設(shè)計(jì)的控制電路是獨(dú)立式供電的應(yīng)急燈具。 目前國(guó)內(nèi)大部分的應(yīng)急燈具采用的都是由分離器件搭配通用lC如555、LM358構(gòu)建控制系統(tǒng)。國(guó)家對(duì)消防應(yīng)急燈具有完整的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBl7945-2000,要求應(yīng)急燈具具備完善的應(yīng)急轉(zhuǎn)換、充電保護(hù)和故障檢測(cè)、保護(hù)和顯示等功能,這要求有當(dāng)數(shù)量的分離元件,同時(shí)對(duì)單個(gè)元件的特性要求也較高。部分廠商出于降低成本的目的,只能提供應(yīng)急轉(zhuǎn)換、充電計(jì)時(shí)等功能,而不能完整的提供的故障檢測(cè)、故障顯示和保護(hù)等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所強(qiáng)制要求達(dá)到的指標(biāo)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也出現(xiàn)了應(yīng)急燈具的控制芯片,但是其存在的主要問(wèn)題: 1.對(duì)電池的保護(hù)不夠。大多采用慢速充電的方式給應(yīng)急電源進(jìn)行持續(xù)充電,應(yīng)急電源充滿后沒(méi)

16、有涓流充電過(guò)程,容易導(dǎo)致應(yīng)急電源的過(guò)充; 沒(méi)有充電時(shí)間可選,不能適應(yīng)于不同型號(hào)的電池; 應(yīng)急照明燈和應(yīng)急標(biāo)志燈需要采用不同的控制芯片; 應(yīng)急工作時(shí)間達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的90min; 終止電壓偏低,未能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定額定電壓要求的80%; 充放電耐久試驗(yàn)?zāi)┐畏烹姇r(shí)間達(dá)不到首次放電時(shí)間的85%。 隨著國(guó)家對(duì)消防措施的日益重視,對(duì)消防應(yīng)急疏散燈具的要求越來(lái)越高,用功能更加完善的控制芯片取代目前的由分離器件或簡(jiǎn)單控芯片構(gòu)成的系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)2。1.3 課題意義及其目的 據(jù)應(yīng)急燈行業(yè)權(quán)威人士估計(jì),全國(guó)應(yīng)急燈一年的市場(chǎng)總需求量大概在4億左右。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)安全意識(shí)的提高,對(duì)公眾安全的要求只會(huì)越來(lái)越高,

17、意味著應(yīng)急燈具市場(chǎng)必然從不成熟走向成熟。如前所述,目前的應(yīng)急燈具大部分不同程度的存在著質(zhì)量不過(guò)關(guān)、安全隱患,直接威脅到公眾的安全。造成這種局面的直接原因來(lái)源于應(yīng)急控制電路。設(shè)計(jì)安全性能更好、穩(wěn)定性更高的消防應(yīng)急燈控制芯片是必然的趨勢(shì)。2 消防應(yīng)急燈具工作原理2.1 常用消防應(yīng)急燈 自19世紀(jì)40年代開(kāi)始,國(guó)家及地方權(quán)威性機(jī)構(gòu)就明文規(guī)定了應(yīng)急燈在商業(yè)樓房,工業(yè)設(shè)施及公共場(chǎng)所方面的使用,以確保人們遠(yuǎn)離由于火災(zāi)或其他事故引起的恐慌所帶來(lái)的對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅。應(yīng)急燈廣泛運(yùn)用于大型場(chǎng)所如銀行營(yíng)業(yè)廳,商場(chǎng)等人口聚集比較多的地方,以有效的確保外出人員的安全。 目前市場(chǎng)上的應(yīng)急燈按應(yīng)急供電方式大致分為:自帶

18、電源型和集中電源型。自帶電源型單個(gè)系統(tǒng)自帶備用蓄電池,平時(shí)由市電供電,只有當(dāng)市電電源切斷時(shí),備用電源自動(dòng)投入運(yùn)行;集中電源型單個(gè)應(yīng)急燈本身不帶電源,市電故障時(shí),由專(zhuān)用集中式應(yīng)急電源供電。 目前集中電源型應(yīng)急燈具主要用于智能化程度很高的大中型建筑中,并且需要有人值守,同時(shí)由于其需要統(tǒng)一的備用電源,如果備用電源發(fā)生故障,將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法工作。所以,目前國(guó)內(nèi)的公共建筑里大多采用自帶電源型應(yīng)急燈具。因?yàn)槠鋫溆秒娫椽?dú)立,一個(gè)系統(tǒng)的故障不會(huì)影響劍另外的系統(tǒng)。同時(shí)其線路的敷設(shè)也較為簡(jiǎn)單。 a 常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈 b 雙頭應(yīng)急疏散照明燈圖2.1 常用自帶電源型消防應(yīng)急燈具 圖2.1是市場(chǎng)上最常見(jiàn)的兩種自帶電

19、源型應(yīng)急燈具:圖2.1a是常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈,其內(nèi)部使用的光源是LED:圖2.1b是雙頭應(yīng)急疏散照明燈,其內(nèi)部使用的光源可以是熒光燈、白熾投射燈、EL等。 常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈主要給樓道拐角等采光不理想的地方提供常明的光源,以確保疏散指示標(biāo)志能夠正常的顯示,其在市電正常的情況由市電提供光源電源,而在發(fā)生消防狀況時(shí),由于市電被切斷,內(nèi)部的蓄電池提供電源以保證在一定的時(shí)間90min內(nèi)疏散指示標(biāo)志仍然能正常的顯示。雙頭應(yīng)急疏散照明燈主要用于展覽館、會(huì)所等人口聚集的公共建筑。正常情況下,其光源不發(fā)光。而在發(fā)生緊急情況后,其光源需要提供足夠亮度的光源以保證人員能夠及時(shí)的疏散。其提供應(yīng)急光源的時(shí)間和常明疏散

20、燈的標(biāo)準(zhǔn)一樣。2.2 自帶電源型消防應(yīng)急燈具工作原理 自帶電源型消防應(yīng)急燈具主要由以下器件構(gòu)成:應(yīng)急燈具、蓄電池、控制電路、狀態(tài)顯示燈、測(cè)試開(kāi)關(guān)等。對(duì)于常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈和應(yīng)急疏散照明燈米說(shuō),由于應(yīng)用要求的多樣性,他們?cè)谶@些元件的選擇上也會(huì)有很大的差異。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明兩種應(yīng)急燈具的器件構(gòu)成和工作原理: 對(duì)于常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈來(lái)說(shuō),目前市場(chǎng)上一般采用綠光散射LED做為光源,也有部分廠家會(huì)使用EL場(chǎng)致發(fā)光源和熒光燈。由于綠光LED的功耗較小,其使用的蓄電池一般為3.6V。且電池容量也不大800mAH。常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈的外觀一般偏薄,內(nèi)部不能直接使用電力變壓器降壓以提供控制電路所需工作電源,一般在控

21、制電路中引入由電子變壓器為主體的開(kāi)關(guān)電源。目前其控制電路主要由分離器件搭配通用IC如555、LM358完成。狀態(tài)顯示燈一般由紅黃綠三色LED燈來(lái)表示,狀態(tài)顯示燈一般安裝在應(yīng)急燈具的側(cè)邊。測(cè)試開(kāi)關(guān)一般和狀態(tài)顯示燈放置在一起,一般采用普通的按鈕開(kāi)關(guān),它的作用主要是便于建筑管理人員的日常維護(hù)和檢查3。 常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈的工作原理:如果市電電壓正常并且電池電壓和光源狀況也正常,則狀態(tài)指示燈綠燈、充電狀態(tài)燈紅燈亮,故障指示燈滅,控制電路控制開(kāi)關(guān)電源給LED燈供電,保持疏散顯示正常,同時(shí)控制電路檢測(cè)市電電壓、電池電壓和光源,提供充電回路給蓄電池進(jìn)行慢速充電;如果慢速充電完成,則充電指示紅燈滅。如果在市電

22、正常情況下,出現(xiàn)電池開(kāi)路、電池短路等故障,故障指示燈黃燈亮,提示管理人員需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維修;當(dāng)市電電壓低于應(yīng)急轉(zhuǎn)換電壓時(shí),控制電路轉(zhuǎn)入應(yīng)急狀態(tài),此時(shí)備用電源和光源的同路被打開(kāi),保證光源能正常的二作;當(dāng)電池電壓低于規(guī)定的放電電壓時(shí),控制電路應(yīng)斷開(kāi)電池的所有放電回路,同時(shí)整個(gè)控制電路應(yīng)停止工作以避免蓄電池的漏電。 對(duì)于雙頭應(yīng)急疏散照明燈,其光源可以是白熾投射燈、熒光燈、鹵素?zé)舻?由于一般對(duì)照明燈亮度要求較高,很少會(huì)使用LED作為光源;基于同樣的原因,應(yīng)急疏散照明燈使用的蓄電池種類(lèi)更多、電池容量更大。目前使用的有3.6V、6V、12V等多種電池,同時(shí)一般要求電池額定容量大于1000mAH。由于

23、應(yīng)急疏散照明燈對(duì)體積要求不高,所以市場(chǎng)上人部分采用的是小功率電力變壓器。控制電路相對(duì)常明急疏散燈控制電路簡(jiǎn)單,因?yàn)椴恍枰峁┏Ｃ魍?。狀態(tài)顯示燈和測(cè)試開(kāi)關(guān)的功能和設(shè)置和常明急疏散燈類(lèi)似,不過(guò)安放位置在應(yīng)急燈具的正面。 應(yīng)急疏散照明燈的工作原理和常明急疏散燈類(lèi)似,不同的是市電正常情況下,光源不亮,因此,應(yīng)急疏散照明燈應(yīng)能檢測(cè)光源開(kāi)路與否,如果出現(xiàn)光源故障,故障指示燈應(yīng)亮3。表2.1 對(duì)兩種工作方式應(yīng)急燈具的比較狀態(tài)充電狀態(tài)光源斷路電池?cái)嗦冯姵囟搪烦潆娡瓿蓱?yīng)急狀態(tài)標(biāo)志燈光源×× 綠燈×× 紅燈××× 黃燈××

24、××照明燈光源××××× 綠燈××××× 紅燈××× 黃燈×××2.3 消防應(yīng)急燈具的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 消防應(yīng)急燈具的質(zhì)量好壞直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全,因此,國(guó)家對(duì)消防應(yīng)急燈具有嚴(yán)格的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),目前國(guó)內(nèi)實(shí)行的是GBl7945-2000。表2.1列出了和控制電路設(shè)計(jì)直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),本課題的主體設(shè)計(jì)完全遵循這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)考慮到該標(biāo)準(zhǔn)屬于對(duì)消防應(yīng)急燈的基本要求,出于提高產(chǎn)品性能的目的,需要在控制電路加入一些實(shí)用功能。表2.2 G

25、Bl7945-2000對(duì)控制電路的要求標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)參數(shù)具體標(biāo)準(zhǔn)5.1.1應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間消防應(yīng)急燈具應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)不大于5s,離危險(xiǎn)區(qū)域使用的消防應(yīng)急燈具應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于0.25s。5.1.2應(yīng)急工作時(shí)間消防應(yīng)急照明燈具的應(yīng)急工作時(shí)間應(yīng)不小于90min。5.1.7主電故障保護(hù)應(yīng)急狀態(tài)應(yīng)不受主電供電線路短路、接地的影響。5.1.8測(cè)試按鈕消防應(yīng)急照明燈具應(yīng)設(shè)有模擬交流電源供電故障的自復(fù)式試驗(yàn)按鈕,不應(yīng)設(shè)影響應(yīng)急功能的開(kāi)關(guān)。 5.1.9故障顯示自帶電源型消防應(yīng)急照明燈具應(yīng)設(shè)置主電、充電、故障狀態(tài)指示燈。主電狀態(tài)用紅色,充電狀態(tài)用綠色,故障狀態(tài)用黃色。5.1.10光源故障保護(hù)消防應(yīng)急燈具在未接入光源、光源

26、不能正常工作或光源規(guī)格不符臺(tái)要求等異常狀態(tài)時(shí),內(nèi)部元件表面溫度應(yīng)不超過(guò)90,且不影響電池的正常充電。光源正常后,消防應(yīng)急燈具應(yīng)能正常工作。5.1.15充電保護(hù)消防應(yīng)急燈具應(yīng)具有過(guò)充電保護(hù)和充電回路短路保護(hù),充電回路短路時(shí)其內(nèi)部器件表面溫度不應(yīng)超過(guò)90.重新安裝電池后,應(yīng)急燈具應(yīng)能正常工作。消防應(yīng)急燈的充電時(shí)間應(yīng)犬于24h,最大連續(xù)過(guò)充電電流不應(yīng)超過(guò)0.05 CsA。5.1.16過(guò)放電保護(hù)電池放電終止電壓應(yīng)不小于額定電壓的80%,放電終止后,在未重新充電條件下,即使電池電壓回復(fù),消防應(yīng)急燈具也不應(yīng)重新啟動(dòng),且靜態(tài)泄放電流應(yīng)不大于0.1CsA。5.1.185.1.19轉(zhuǎn)換電壓消防應(yīng)急燈具在主電電壓

27、為132-187v范圍內(nèi),不應(yīng)由主電狀態(tài)轉(zhuǎn)入應(yīng)急狀態(tài)。由主電狀態(tài)轉(zhuǎn)入應(yīng)急狀態(tài)時(shí)的主電電壓應(yīng)在132-187v范圍內(nèi),由應(yīng)急狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)不大于187v。5.1.20連續(xù)轉(zhuǎn)換照明狀態(tài)消防應(yīng)急照明燈具應(yīng)能完成10次“完全充電-放電終止-完全充電”循環(huán)的充電、放電過(guò)程。末次放電時(shí)間應(yīng)不低于首次放電時(shí)間的85%2.4 本消防應(yīng)急燈設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu) 2.4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)主要由主控制器和應(yīng)急燈單元兩部分構(gòu)成。主控制用MCS-51系列單片機(jī)作微處理器,應(yīng)急燈單元也用MCS-51系列單片機(jī)作微處理器。主控制器和應(yīng)急燈單元共同構(gòu)成多單片機(jī)通信系統(tǒng),應(yīng)急燈嵌入的單片機(jī)主要完成應(yīng)急燈狀態(tài)采集、點(diǎn)

28、亮或熄滅應(yīng)急燈的功能,并與主控制器進(jìn)行通信。應(yīng)急燈的狀態(tài)及時(shí)送往上位主控制器,并在主控制器上顯示出來(lái),如果是故障狀態(tài)則主控制器會(huì)有相應(yīng)的聲光顯示見(jiàn)圖2.24。 圖2.2 主控制器與分散應(yīng)急燈之間連接原理框圖 2.4.2 應(yīng)急燈單元 應(yīng)急燈狀態(tài)主要有應(yīng)急燈應(yīng)急狀態(tài)、故障狀態(tài)、充電和主電狀態(tài)。應(yīng)急燈的狀態(tài)采集由單片機(jī)完成。用3個(gè)發(fā)光二極管來(lái)表示應(yīng)急燈的4個(gè)狀態(tài),同時(shí)留出串行通信口和主控制器進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)主要完成應(yīng)急燈單元的設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖2.3。 圖2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.4.3 系統(tǒng)通信部分設(shè)計(jì) 集散型應(yīng)急燈控制系統(tǒng)所要求的傳輸距離較遠(yuǎn)必須采用串行通信總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離串行通信。而具體的通

29、信方法,是通過(guò)串行總線技術(shù)或者是通過(guò)電力載波實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)可采用串行通信的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)主控制器與應(yīng)急燈之問(wèn)的串行通訊信。 3 硬件電路分析3.1 電源模塊 圖3.1為電源模塊框圖,圖3.2為此模塊的電路圖。下面將對(duì)每一模塊所需用的器件進(jìn)行選型,并分析每個(gè)模塊所要完成的功能。 圖3.1 電源模塊框圖圖3.2 電源模塊電路圖 3.1.1 主電電路 1.器件選型 1)電源穩(wěn)壓器 LM78XX系列主要有LM712、LM709、LM705和LM733等幾種,都是三端電源,在單片機(jī)中最為常用的有LM705和LM733兩類(lèi)。這些元件都使用了電流限制、熱關(guān)斷和安全區(qū)補(bǔ)償技術(shù),使他們?cè)诖蠖鄶?shù)工作條件下都非常穩(wěn)定可靠

30、。如果采用合適的散熱器,他們的輸出電流可以超過(guò)1.5A。 圖3.2中的U7/U8/U9/U10為L(zhǎng)M78XX系列電源穩(wěn)壓器,其引腳分布及功能如表3.1及圖3.3所示。此元件使用了7806輸出6V電壓,7809輸出電壓為9V。表3.1 LM78XX系列電源穩(wěn)壓器引腳功能一覽表引腳編號(hào)引腳符號(hào)引腳功能1Vin電源輸入端2GND接地端3Vout電源輸出端圖3.3 7806引腳圖 2)整流電路橋 本電路常用于小功率單相交流輸入的場(chǎng)合。目前大量普及的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中所采用的開(kāi)關(guān)電源中,他將交流電變?yōu)橹绷麟?應(yīng)用十分廣泛。 2.電路分析主電電源模塊主要有變壓器、整流橋和電源穩(wěn)壓器組成(見(jiàn)圖3.4)

31、。圖3.4 主電源電路A、C端提供9V電壓,B、D端提供6V電壓。D1路電源給485電路供電,D2路電源給單片機(jī)及A/D轉(zhuǎn)換器供電。注:圖3.4中的發(fā)光二極管D2為主電源供電標(biāo)識(shí)燈(綠燈)。 3.1.2 Li電池模塊 Li電池模塊有電池充電電路、電池檢測(cè)電路和電源轉(zhuǎn)換電路組成(見(jiàn)圖3.5)。Li電池由主電電源充電,當(dāng)沒(méi)有市電時(shí),應(yīng)急燈工作電源需要由Li電池提供。圖3.5 Li電池模塊電路圖 1.Li電池充電電路 應(yīng)急燈電池的充電非常重要,如果電池出現(xiàn)過(guò)充電或者充電不夠,直接導(dǎo)致應(yīng)急燈具電池的使用壽命?？紤]到精確的快速充電模式需要非常復(fù)雜的電路,目前幾乎所有的應(yīng)急燈具都采用固定時(shí)間慢充的方式給電

32、池充電,結(jié)合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“5.1.15”,目前普遍采用的慢充充電方法是:以0.1CC為電池的額定容量,單位為mAH的速度給電池充電,考慮到電池的靜態(tài)泄放電流,充電時(shí)間應(yīng)為15小時(shí):當(dāng)慢速充電完成后,轉(zhuǎn)為涓流充電,以保證電池繼續(xù)處于充滿狀態(tài),從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,要求涓流充電電流小于0.05C。 本設(shè)計(jì)由單片機(jī)P1.5和P1.6引腳控制Li電池的充電。當(dāng)P1.5為高電平時(shí)NPN三極管Q1導(dǎo)通,Q1的發(fā)射機(jī)有電流,即Q2的基極有了電流使Q2管導(dǎo)通,這時(shí)由主電電源給Li電池充電。若單片機(jī)P1.5為低電平Q1管不能導(dǎo)通,Q2管沒(méi)有基極電流,從而Q2管不會(huì)導(dǎo)通Li電池不能充電。單片機(jī)P1.6引腳同樣控制三極管Q3

33、、Q4給Li電池充電。單片機(jī)P1.5和P1.6引腳同時(shí)為高電平可使Li電池快速充電(見(jiàn)圖3.6)。圖3.6 Li電池充電電路 2.電池檢測(cè)電路 自帶電源型消防應(yīng)急燈具由于使用的獨(dú)立電源作為備用電源,電池的特性會(huì)直接影響到應(yīng)急時(shí)間、光源的亮度,因此采用合適的電池非常重要。本設(shè)計(jì)采用Li充電電池。同時(shí),控制系統(tǒng)必須對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè): 檢測(cè)到的電壓輸入A/D轉(zhuǎn)換器中變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送到單片機(jī)中進(jìn)行處理。A/D轉(zhuǎn)換器的輸入值在05V之間(見(jiàn)圖3.7)。 當(dāng)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器IN1中的電壓為00.5V時(shí),電池為短路狀態(tài)。 當(dāng)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器IN1中的電壓為0.63.2V時(shí),電池為正常狀態(tài)。 當(dāng)輸入到A/D轉(zhuǎn)

34、換器IN1中的電壓為3.35V時(shí),電池為斷路狀態(tài)。圖3.7 電池檢測(cè)電路 3.電源轉(zhuǎn)換電路 當(dāng)有市電時(shí),應(yīng)急燈的電源由市電提供。市電通過(guò)LED D2供電給A點(diǎn)。當(dāng)無(wú)市電時(shí),Q6管馬上導(dǎo)通,隨即Q5導(dǎo)通,由Li電池供點(diǎn)給A點(diǎn)。由此電路可完成電源轉(zhuǎn)換功能(見(jiàn)圖3.8)。圖3-8 電源轉(zhuǎn)換電路3.2 單片機(jī)模塊 單片機(jī)模塊電路主要由看門(mén)狗電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和光源檢測(cè)電路等組成。單片機(jī)模塊框圖見(jiàn)圖3.9,電路圖見(jiàn)圖3.10。 圖3-9 單片機(jī)模塊框圖圖3-10 單片機(jī)模塊電路圖 3.2.1 器件選型 1.單片機(jī) 本設(shè)計(jì)采用MCS-51系列單片機(jī)。MCS-51系列單片機(jī)是美國(guó)Intel公司在1980年

35、推出的8位的微型計(jì)算機(jī)。其結(jié)構(gòu)與性能大大優(yōu)越于MCS-48系列單片機(jī),它包含51和52兩個(gè)子系列。51單片機(jī)的典型產(chǎn)品有8031,8051和8751三種機(jī)型,除片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的容量不同外,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳完全形同。本設(shè)計(jì)采用的是8051,其引腳配置圖見(jiàn)圖3.11。 HMOS的MCS-51單片機(jī)采用雙列直插式封裝,有40個(gè)引腳,分為地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線3類(lèi)見(jiàn)圖3-11。MCS-51系列單片機(jī)的引腳有些是單功能的,有些是具有第二功能,各引腳的功能如下: 主電源引腳Vcc,VssVcc:接+5V電源Vss:接地 外接晶振引腳XTAL1,XTAL2XTAL1:片內(nèi)反相放大器輸入端XTAL2 :

36、片內(nèi)反相放大器輸出端圖3.11 51單片機(jī)引腳圖外接晶體時(shí)XTAL1,、XTAL2各接晶體一端構(gòu)成振蕩器 輸入/輸出引腳P0,P1,P2,P3P0.0P0.7:P0口的8各引腳,P0口是8位漏極開(kāi)路型雙向I/O擴(kuò)展接口時(shí), P0.0P0.7分時(shí)復(fù)用,做低8位地址總線與雙向8位數(shù)據(jù)總線。P1.0P1.7:P1口的8個(gè)引腳,P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,對(duì)于52子系列,P1.0還可以用于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2,P1.1還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。 P2.0P2.7:P2口的8個(gè)引腳,P2口也是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展

37、I/O接口是,還用于提供高8位地址。P3.0P3.7:P3口的8個(gè)引腳,P3口也是一個(gè)帶上拉電阻的I/O口,除可工作為雙向的輸入輸出口外,還具有第2功能,見(jiàn)表3.2。表3.2P3口第2功能表引腳第二功能P3.0RXD(串行口輸入)P3.1TXD(串行口輸出)P3.2/INT0(外部中斷0輸入)P3.3/INT2(外部中斷1輸入)P3.4T0(定時(shí)器0的外部輸入)P3.5T1(定時(shí)器1的外部輸入)P3.6/WR(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器械控制信號(hào))P3.7/RD(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀控制信號(hào)) 4控制線(4條) ALE/PROG:雙功能引腳。由于P0口的8個(gè)引腳是低8位地址總線與數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用,因此必須將P

38、0口輸出的低8位地址進(jìn)行鎖存。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí),每機(jī)器周期該信號(hào)出現(xiàn)2次。其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址。即使不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器,訪問(wèn)引腳上仍出現(xiàn)上述頻率的周期性信號(hào),因此也可作為對(duì)外輸出的時(shí)鐘脈沖,頻率為振蕩器頻率的1/6。必須注意的是:在訪問(wèn)片內(nèi)外存儲(chǔ)器時(shí),ALE脈沖會(huì)跳空1個(gè)。 對(duì)片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型,此引腳在編程時(shí)可作為編程脈沖/PROG的輸入端。 /PSEN:片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端,在CPU從片外程序存儲(chǔ)器取址期間,此信號(hào)每個(gè)機(jī)器周期兩次有效,已通過(guò)P0口讀入指令,在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),該信號(hào)不出現(xiàn)。/EA/Vpp:雙功能引腳,衛(wèi)片外程序存儲(chǔ)器選用端。當(dāng)該引

39、腳信號(hào)有效(低電平)時(shí),選擇片外程序存儲(chǔ)器,否則,即/EA/Vpp1時(shí),訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。對(duì)片內(nèi)含有EPROM的機(jī)型,此引腳在編程器件用于施加+21V的編程電壓。RST/VP0:雙功能引腳,在單片機(jī)工作期間,當(dāng)引腳上出現(xiàn)連接2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。在VCC掉電期間,若該引腳接備用電源(+5V),可向片內(nèi)RAM供電,以保存片內(nèi)RAM中的信息。 多通道并行A/D ADC0809ADC0809是NS公司生產(chǎn)的CMOS、8位、8通道、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換芯片。它的主要特點(diǎn)如下: 1逐次比較型,單電源供電,具有三臺(tái)輸出所存。 2輸出與TTL兼容,無(wú)需外部進(jìn)行0點(diǎn)和滿度調(diào)整。 3 8位分辨

40、率,最大非線性誤差0.4%LSB。 4)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us,存取時(shí)間為135us。 5)功耗為15mW。 ADC0809的引腳分布圖如圖3.12所示。引腳功能說(shuō)明如下: 1)IN0IN7:8路輸入通道的模擬量輸入端口。 2)2-12-8:8位數(shù)字量輸出端口。 3)START、ALE:START為啟動(dòng)控制輸入端口,ALE為地址鎖存控制信號(hào)端口,這兩個(gè)端口可以連接在一起,輸入一個(gè)正脈沖時(shí),便啟動(dòng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換。 4)EOC、OE:EOC為轉(zhuǎn)換輸出結(jié)束信號(hào)脈沖輸出端口,OE端的電平由低變高,打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器,將轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 5)REF(+)、REF(-):REF(+)和REF(-

41、)為參考電壓輸入端。 6)CLK:時(shí)鐘輸入端。 7)ADD_A、ADD_B、ADD_C:8路模擬量的三位地址選通輸入端,已選擇對(duì)應(yīng)的輸入通道,類(lèi)似3-8譯碼器的選通。圖3.12 8089引腳圖 3.鎖存器擴(kuò)展并行輸出口74LS373 74LS373的引腳功能如下: 1)1D8D:8位數(shù)據(jù)輸入端。 2)OE:三態(tài)允許控制端(低電平有效) 3)LE:鎖存允許端 4)1Q8Q:8位數(shù)據(jù)輸出鎖存端。 74LS373的輸出端D0D7可以直接總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端/OE為低電平時(shí),Q0Q7為正常邏輯狀態(tài),可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí),Q0Q7程高祖狀態(tài),即不驅(qū)動(dòng)總線,也不為總線的負(fù)載,但鎖存

42、器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí),Q隨數(shù)據(jù)D而變;當(dāng)LE為低電平時(shí),D被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用,使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV(見(jiàn)圖3.13)。圖3.13 74LS373引腳圖 4.看門(mén)狗芯片X25045 看門(mén)狗的作用是防止程序發(fā)生死循環(huán),或者說(shuō)程序跑飛。工作原理:在系統(tǒng)運(yùn)行以后就啟動(dòng)了看門(mén)狗的計(jì)數(shù)器,看門(mén)狗就開(kāi)始自動(dòng)計(jì)數(shù),如果到了一定時(shí)間還不去清零看門(mén)狗,那么看門(mén)狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起看門(mén)狗中斷,造成系統(tǒng)復(fù)位。其引腳圖如3.14。 1)SO:串行數(shù)據(jù)輸出腳,在一個(gè)讀操作的過(guò)程中,數(shù)據(jù)從SO腳移位輸出。在時(shí)鐘的下降沿時(shí)數(shù)據(jù)改變。

43、2)SI:串行數(shù)據(jù)輸入腳,所有的操作碼、字節(jié)地址和數(shù)據(jù)從SI腳寫(xiě)入,在時(shí)鐘的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被鎖定。 3)SCK:串行時(shí)鐘,控制總線上數(shù)據(jù)輸入和輸出的時(shí)序。 4)/CS :芯片使能信號(hào),當(dāng)其為高電平時(shí),芯片不被選擇,SO腳為高阻態(tài),除非一個(gè)內(nèi)部的寫(xiě)操作正在進(jìn)行,否則芯片處于待機(jī)模式;當(dāng)引腳為低電平時(shí),芯片處于活動(dòng)模式,在上電后,在任何操作之前需要CS引腳的一個(gè)從高電平到低電平的跳變。 5)/WP:當(dāng)WP引腳為低時(shí),芯片禁止寫(xiě)入,但是其他的功能正常。當(dāng)WP引腳為高電平時(shí),所有的功能都正常。當(dāng)CS為低時(shí),WP變?yōu)榈涂梢灾袛鄬?duì)芯片的寫(xiě)操作。但是如果內(nèi)部的寫(xiě)周期已經(jīng)被初始化后,WP變?yōu)榈筒粫?huì)對(duì)寫(xiě)操作造成影

44、響。圖3.14 X25045引腳圖 3.2.2 分析電路 本設(shè)計(jì)中,51單片機(jī)工作于11.0592MHz,P0口用于讀取8位A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),P2口的P2.7用于ADC0809的片選控制,51單片機(jī)通過(guò)外部中斷0觸發(fā)對(duì)A/D數(shù)據(jù)的讀取。模擬信號(hào)輸入端IN0用于輸入待轉(zhuǎn)換的光源檢測(cè)電壓,IN1用于輸入待轉(zhuǎn)換的Li電池檢測(cè)電壓。51單片機(jī)P0口的低三位地址數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存后送入ADC0809的通道選擇端ADD_A、ADD_B、ADD_C。 在圖3-10中,ADC0809的A/D啟動(dòng)端START由51單片機(jī)的P27與寫(xiě)控制信號(hào)/WR經(jīng)過(guò)或非門(mén)后控制,轉(zhuǎn)換完成后ADC0809的EOC端信號(hào)反相后送入51單片機(jī)

45、的INT0端,觸發(fā)51單片機(jī)外部中斷服務(wù)程序,在終端中讀取A/D數(shù)據(jù)。 用X25045芯片設(shè)計(jì)了一種新的看門(mén)狗電路,X25045硬件連接圖如圖3-10所示。X25045芯片內(nèi)包含有一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器,可通過(guò)軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門(mén)狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒(méi)有總線活動(dòng),則X25045將從reset輸出一個(gè)高電平信號(hào),經(jīng)過(guò)微分電路C2、R3輸出一個(gè)正脈沖,使CPU復(fù)位。3.3 通信模塊 通信模塊電路圖見(jiàn)圖3.15圖3.15 通信模塊電路圖 3.3.1 器件選型 光耦合器 TPL521-1非線性光耦。光耦合器(optical coupler,英文縮寫(xiě)為OC)亦稱(chēng)光電隔離器或光電耦合器,簡(jiǎn)稱(chēng)光耦。光

46、耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào),它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用。光耦合器一般由三部分做成:光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)的放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管(LED),使之發(fā)出一定的波長(zhǎng)的光,被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流,在經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電?光?電的轉(zhuǎn)換,從而引起到輸入輸出隔離的作用。由于光耦合器的輸入輸出間互相隔離,電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn),因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件,因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以,他在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離與案件可以大大提高信噪比,在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件可以大大增加計(jì)算

47、機(jī)工作的可靠性。 普通光耦合器只能傳輸數(shù)字(開(kāi)關(guān))信號(hào),不適合傳輸模擬信號(hào)。近年來(lái)問(wèn)世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號(hào),使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。 光耦合器有雙列直插式、管式、光導(dǎo)纖維式等多種封裝形式,其種類(lèi)達(dá)數(shù)十種。8種典型產(chǎn)品的型號(hào):通用型無(wú)基極引線、通用型有基極引線、達(dá)林頓型、高速型、光集成電路、光纖型、光敏晶閘管型和光敏場(chǎng)效應(yīng)管型。? 光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào),輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離,抗干擾能力強(qiáng),使用壽命長(zhǎng),傳輸效率高。它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、開(kāi)關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器SSR、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在

48、單片開(kāi)關(guān)電源中,利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路,通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比,達(dá)到精密穩(wěn)壓目的(見(jiàn)圖3.16)。當(dāng)在輸入端加一正向?qū)妷?LED發(fā)光,光敏三級(jí)管受光照,發(fā)射結(jié)導(dǎo)通,三級(jí)管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)。此“開(kāi)關(guān)”的通斷由輸入端決定。 圖3.16 TPL521-1引腳圖1A?陽(yáng)極 1K?陰極 1C?發(fā)射極1E?集電極2.RS-485接口 51單片機(jī)僅含有一個(gè)具有UART全部功能的串口,該接口可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,也可以作為一個(gè)同步移位寄存器使用。需要說(shuō)明的是,這個(gè)串口的信號(hào)電平是TTL電平,在近距離傳輸過(guò)程中可以比較好的滿足要求,一般可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定串口數(shù)據(jù)通信的距離是510m,如果進(jìn)一

49、步提高通信距離,誤碼率會(huì)明顯增加。在很多需要提高串口通信距離的應(yīng)用場(chǎng)合RS-485可以很好的滿足要求。 RS-485標(biāo)準(zhǔn)采用平衡式發(fā)送、差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來(lái)驅(qū)動(dòng)總線,具體技術(shù)參數(shù)如下: 接收器的輸入電阻RIN12。 驅(qū)動(dòng)器能輸出7V的共模電壓。 輸入端的電容50. 在節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè),配置120的終端電阻的情況下,驅(qū)動(dòng)器至少還能輸出電壓1.5V。 接收器的輸入靈敏度為200mV(即VA-VB0.2V,表示信號(hào)“1”;VA-VB-.02V,表示信號(hào)“0”) 需要說(shuō)明的是,RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)中12接收器輸入阻抗被稱(chēng)為單位阻抗,在一個(gè)總線上最多只能連接32個(gè)單位阻抗的收發(fā)器。這使單個(gè)總連接多于3

50、2個(gè)節(jié)點(diǎn)成為可能,因?yàn)橐恍┹斎胱杩垢叩慕邮掌鞅粡V泛使用。此外,在RS-485總線末端接入120的電阻是為了對(duì)通信線路進(jìn)行阻抗匹配。因?yàn)樾盘?hào)在傳送時(shí),若遇到阻抗不連接的情況,會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象從而影響信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸,所以必須采用匹配的辦法來(lái)消除反射。雙絞線的特性阻抗一般在110130之間,它與線的絕緣材料的厚度及導(dǎo)線的直徑有關(guān),與絞合的松緊程度關(guān)系不是很大,所以通常在傳輸線末端連接120的電阻進(jìn)行阻抗匹配。 在總線負(fù)載及阻抗匹配都符合技術(shù)要求的前提下,RS-485標(biāo)準(zhǔn)所達(dá)到的理論最高傳輸速度為10Mbps,在此速率下的傳輸距離為10m。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率在105107bps范圍內(nèi)時(shí),通信距離主要由傳

51、輸線歐姆阻抗、集膚效應(yīng)等損耗引起信號(hào)畸變而受限制由于損耗與頻率有關(guān),數(shù)據(jù)傳輸距離會(huì)隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的降低而增加。其關(guān)系可以用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:數(shù)據(jù)傳輸速率(pbs)傳輸距離108(bpsm)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率在105bps以下時(shí),傳輸距離往往可以達(dá)到1200m以上。IM公司生產(chǎn)的差分平衡型收發(fā)器芯片共有8種型號(hào):481、483、485以及487-491。每種型號(hào)的IC芯片包含一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器,符合RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)。 本設(shè)計(jì)采用的是485芯片。其工作電源為+5V,額定電流為300uA,采用雙工通訊方式。它完成獎(jiǎng)TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能(見(jiàn)圖3.17)。RO?接收器的輸出/RE?接收器輸出使能。/RE0,允許接收器輸出;/RE1接收器被禁止,輸出端為高祖。DE?驅(qū)動(dòng)器輸出使能,DE1,允許驅(qū)動(dòng)器工作;DE0.,驅(qū)動(dòng)器被禁止,輸出端為高祖。DI?驅(qū)動(dòng)器輸入,DI1輸出端A輸出為高,B輸出為低;DI0,反之。A?接收器非反相輸出和驅(qū)動(dòng)器非反向輸出端。B?接收器反相輸入和驅(qū)動(dòng)器反相輸出端。圖3.17 485引腳圖 3.BA151N貼片防雷管 BA151N BA/BC系列 本品為防感應(yīng)雷用貼片防雷管。主要用于高速數(shù)據(jù)通訊回路中起保護(hù)作用(見(jiàn)圖3.18)。主要特性有: 比陶瓷管式封裝體積更小,更薄,適合