智能應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計論文

1、 .PAGE27 / NUMPAGES31 .畢業(yè)設(shè)計（論文）報告題 目 智能應(yīng)急燈系統(tǒng)的設(shè)計系 別專 業(yè)班 級學(xué)生學(xué) 號指導(dǎo)教師2013年 4 月智能應(yīng)急燈系統(tǒng)的設(shè)計摘要：本文設(shè)計了一種基于單片機(jī)的應(yīng)急燈控制器。該設(shè)計以MCS-51單片機(jī)為核心，符合消防應(yīng)急燈具國家標(biāo)準(zhǔn)GBl7945-2000。論文首先分析了智能消防應(yīng)急疏散照明的技術(shù)背景與目前的發(fā)展現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，說明設(shè)計的意義與目標(biāo)。接著介紹了常用智能消防應(yīng)急燈的分類，著重說明了自帶電源智能消防應(yīng)急燈具的工作原理，提出了符合國家標(biāo)準(zhǔn)的總體結(jié)構(gòu)框圖。隨后，合理的選擇了主要器件，給出了三個關(guān)鍵模塊的具體電路圖，包括電源模塊、單片機(jī)模塊和

2、通信模塊，并分析其工作原理，實現(xiàn)了掉電檢測與電源轉(zhuǎn)換、電池狀態(tài)檢測、光源狀態(tài)檢測以與RS-485通信等功能。在軟件設(shè)計方面，分析了控制器的工作邏輯，畫出了系統(tǒng)主程序框圖和電池開路、短路與正常狀態(tài)分析流程圖。關(guān)鍵詞：單片機(jī)、應(yīng)急燈、消防、RS-485通信A Design of MCU-based Controller of Emergency LuminaryAbstract：This paper presents an emergency luminary controller based on single-chip microcomputer.The design uses the MCS

3、-51 microcontroller as the core and meetstherequirement of the national standards for fire emergency luminary GBl7945-2000.Firstly, the technical background, the current study and the development trend of the fire emergency evacuation lighting as well as the significance and the objectives of this d

4、esign are expound. Then, the classification of the fire emergency luminary widely used and the principle of self-powered emergency luminary for fire fighting are highlighted.The overall structurediagram according to the national standard is also presented.Subsequently, after the key devices were rea

5、sonably chosen, the specific circuit diagram of three important modulesincluding the power modules, the CPU module and the photo-electrical isolated communication module are presented. The operation of every module is analyzed.The functions of power-down detection, power conversion,battery state det

6、ection, lightingLED state inspection and RS-485 communication are achieved. In the design of software, the work logic of the controller and the main block diagramof the system are introduced. The flowchart to analyze the three states of battery, open circuit, short circuit and the normal are drawn.K

7、eywords: Single-chip microcomputer、Emergency luminary、Fire fighting、RS-485communication目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc354666860前言 PAGEREF _Toc354666860 h 1HYPERLINK l _Toc354666861第一章智能應(yīng)急燈系統(tǒng) PAGEREF _Toc354666861 h 2HYPERLINK l _Toc3546668621.1 智能應(yīng)急燈背景介紹 PAGEREF _Toc354666862 h 2HYPERLINK l _Toc

8、3546668631.2 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 PAGEREF _Toc354666863 h 2HYPERLINK l _Toc3546668641.3 課題意義與其目的 PAGEREF _Toc354666864 h 3HYPERLINK l _Toc354666865第二章智能消防應(yīng)急燈工作原理 PAGEREF _Toc354666865 h 4HYPERLINK l _Toc3546668662.1 常用智能消防應(yīng)急燈 PAGEREF _Toc354666866 h 4HYPERLINK l _Toc3546668672.2 自帶電源型智能消防應(yīng)急燈具工作原理 PAGEREF _T

9、oc354666867 h 4HYPERLINK l _Toc3546668682.3 本智能消防應(yīng)急燈設(shè)計的總體結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc354666868 h 5HYPERLINK l _Toc3546668692.3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc354666869 h 5HYPERLINK l _Toc3546668702.3.2 應(yīng)急燈單元 PAGEREF _Toc354666870 h 5HYPERLINK l _Toc354666871第三章硬件電路分析 PAGEREF _Toc354666871 h 6HYPERLINK l _Toc3546668723.1 電

10、源模塊 PAGEREF _Toc354666872 h 6HYPERLINK l _Toc3546668733.1.1 主電電路 PAGEREF _Toc354666873 h 7HYPERLINK l _Toc3546668743.1.2 Li電池模塊 PAGEREF _Toc354666874 h 8HYPERLINK l _Toc3546668753.2 單片機(jī)模塊 PAGEREF _Toc354666875 h 11HYPERLINK l _Toc3546668763.2.1 器件選型 PAGEREF _Toc354666876 h 12HYPERLINK l _Toc35466687

11、73.2.2 分析電路 PAGEREF _Toc354666877 h 16HYPERLINK l _Toc3546668783.3 通信模塊 PAGEREF _Toc354666878 h 17HYPERLINK l _Toc3546668793.3.1 器件選型 PAGEREF _Toc354666879 h 17HYPERLINK l _Toc3546668803.3.2 分析電路 PAGEREF _Toc354666880 h 19HYPERLINK l _Toc354666881第四章軟件分析 PAGEREF _Toc354666881 h 20HYPERLINK l _Toc354

12、666882第五章總結(jié) PAGEREF _Toc354666882 h 22HYPERLINK l _Toc354666883辭 PAGEREF _Toc354666883 h 23HYPERLINK l _Toc354666884參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc354666884 h 24HYPERLINK l _Toc354666885附錄 PAGEREF _Toc354666885 h 25前言應(yīng)急燈是由應(yīng)急電源供電的，提供必要處所應(yīng)急照明用的燈具。應(yīng)急燈被廣泛地用于工廠、學(xué)校、倉庫、碼頭、機(jī)場、醫(yī)院、賓館、酒店、大型辦公樓、高檔娛樂場等人員密集的場所。隨著電子技術(shù)和微型計算機(jī)的迅速發(fā)

13、展，促進(jìn)了微型計算機(jī)測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門和領(lǐng)域，它起到了越來越重要的作用。廣泛用在在各種控制電路中用來完善電路的控制功能。對傳統(tǒng)應(yīng)急燈控制電路的改進(jìn)。首先要根據(jù)相關(guān)的技術(shù)規(guī)，其次對應(yīng)急燈控制電路進(jìn)行分析改進(jìn)，完善各種控制要求，增加一些輔助控制功能，增強(qiáng)其控制性。本課題設(shè)計的智能應(yīng)急燈系統(tǒng)主控制用MCS-51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。單片機(jī)因為其性能十分穩(wěn)定、適應(yīng)能力強(qiáng)，并且開發(fā)價格低廉、門檻低，非常適用于工業(yè)控制中。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

14、集、點(diǎn)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)與時送往上位主控制器，并在主控制器上顯示出來，如果是故障狀態(tài)則主控制器會有相應(yīng)的聲光顯示。隨著科技的進(jìn)步和社會的發(fā)展，單體建筑的面積越來越大，建筑高度越來越高，聚集的人員越來越多，當(dāng)建筑物部發(fā)生火災(zāi)時，造成人員嚴(yán)重傷亡的危險性越來越大，所以良好的應(yīng)急照明系統(tǒng)是一個相當(dāng)重要的安全設(shè)施，是保障建筑物人員安全、與時疏散的前提，并且利于救援工作的順利進(jìn)行，從而最大限度地減少人員的傷亡和降低財產(chǎn)的損失。本課題設(shè)計的智能應(yīng)急燈主要用于消防領(lǐng)域。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，正常供電可能無法使用，這時候智能應(yīng)急燈就為撤離人員和消防人員提供了應(yīng)急照明。第一章 智能

15、應(yīng)急燈系統(tǒng)1.1 智能應(yīng)急燈背景介紹所謂應(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。隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)，人民生活水平的日益提高，公眾聚集場所越來越多，公眾聚集場所火災(zāi)事故也日趨頻繁，特別是群死群傷惡性火災(zāi)時有發(fā)生，不但造成了大量人員傷亡，而且影響了社會政治穩(wěn)定。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、娛樂場所等公眾聚集場所，其功能是這些場所發(fā)生火災(zāi)斷電后，應(yīng)急燈具自動照明，引導(dǎo)被困人員疏散。消防應(yīng)急疏散照明技術(shù)是一項重要的救生疏散技術(shù)。近幾年，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高大而復(fù)雜的智能建筑日益增多，對消防安全的要求越來越高，消防應(yīng)急

16、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。按功能分照明或標(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)志燈表1.1 消防應(yīng)急燈的分類 歐美等發(fā)達(dá)國家消防應(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。我國起步較晚，但近年來發(fā)展也很快。目前，國已申請到國家公安部消防產(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

17、發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距。只有少數(shù)大型企業(yè)與一些合資企業(yè)的產(chǎn)品與國外產(chǎn)品相差無幾，并向智能環(huán)保型方向發(fā)展，但價格稍高?，F(xiàn)在，自帶電源獨(dú)立控制型消防應(yīng)急燈具是我國的主要應(yīng)急燈具產(chǎn)品。1.2 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢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，每個應(yīng)急燈自帶備用蓄電池，平時由市電供電，只有當(dāng)市電電源切斷時，備用電源才自動投入運(yùn)行；另一種是采用集中式供電，每個應(yīng)急燈本身不帶電源，市電故障時，由專用集中式應(yīng)急電源供電。針對兩種不同的供電方式必須提供不同的部控制電路。本文設(shè)計的控制電路是獨(dú)立式供電的應(yīng)急燈具。目前國大部分的應(yīng)急燈具采用的都是由分離器件搭配通用lC(如555

18、、LM358)構(gòu)建控制系統(tǒng)。國家對消防應(yīng)急燈具有完整的國家標(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、保護(hù)和顯示等功能，這要求有當(dāng)數(shù)量的分離元件，同時對單個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、充電計時等功能，而不能完整的提供的故障檢測、故障顯示和保護(hù)等國家標(biāo)準(zhǔn)所強(qiáng)制要求達(dá)到的指標(biāo)。國市場也出現(xiàn)了應(yīng)急燈具的控制芯片，但是其存在的主要問題：1.對電池的保護(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)急電源充滿后沒有涓流充電過程，容易導(dǎo)致應(yīng)急電源的過充；2.沒有充電時間可選，不能適應(yīng)于不同型號的電池；3.應(yīng)急照明燈和

19、應(yīng)急標(biāo)志燈需要采用不同的控制芯片；4.應(yīng)急工作時間達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的90min；5.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；6.充放電耐久試驗?zāi)┐畏烹姇r間達(dá)不到首次放電時間的85。1.3 課題意義與其目的據(jù)權(quán)威人士估計，全國應(yīng)急燈一年的市場總需求量大概在4億左右。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會安全意識的提高，對公眾安全的要求只會越來越高，意味著應(yīng)急燈具市場必然從不成熟走向成熟。目前的應(yīng)急燈具大部分不同程度的存在著質(zhì)量不過關(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源于應(yīng)急控制電路。設(shè)計安全性能更好、穩(wěn)定性更高的消防應(yīng)急燈控制芯片是必然的趨勢。第二章 智能消防應(yīng)急燈工作原理2.

20、1 常用智能消防應(yīng)急燈自19世紀(jì)40年代開始，國家與地方權(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)施與公共場所方面的使用，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的對生命財產(chǎn)安全的威脅。應(yīng)急燈廣泛運(yùn)用于大型場所如銀行營業(yè)廳，商場等人口聚集比較多的地方，以有效的確保外出人員的安全。目前市場上應(yīng)急燈按應(yīng)急供電方式分為：自帶電源型和集中電源型。自帶電源型自帶備用蓄電池，平時由市電供電，只有當(dāng)市電電源切斷時，備用電源自動投入運(yùn)行；集中電源型單個本身不帶電源，市電故障時，由專用集中式應(yīng)急電源供電。2.2 自帶電源型智能消防應(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

21、電池、控制電路、狀態(tài)顯示燈、測試開關(guān)等。對于常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈和應(yīng)急疏散照明燈米說，由于應(yīng)用要求的多樣性，他們在這些元件的選擇上也會有很大的差異。下面簡要說明兩種應(yīng)急燈具的器件構(gòu)成和工作原理。常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈的工作原理：如果市電電壓正常，則狀態(tài)指示燈綠燈、充電狀態(tài)燈(紅燈)亮，故障指示燈滅，控制電路控制開關(guān)電源給LED燈供電，保持疏散顯示正常，同時控制電路檢測市電電壓、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。如果在市電正常情況下，出現(xiàn)電池開路、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

22、，控制電路轉(zhuǎn)入應(yīng)急狀態(tài)，此時備用電源和光源的同路被打開，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，控制電路應(yīng)斷開電池的所有放電回路，同時整個控制電路應(yīng)停止工作以避免蓄電池的漏電。應(yīng)急疏散照明燈的工作原理和常明急疏散燈類似，不同的是市電正常情況下，光源不亮，應(yīng)急疏散照明燈應(yīng)能檢測光源開路與否，如果出現(xiàn)故障，指示燈應(yīng)亮。2.3 本智能消防應(yīng)急燈設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)2.3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計該系統(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

23、狀態(tài)采集、點(diǎn)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)與時送往上位主控制器，并在主控制器上顯示出來，如果是故障狀態(tài)則主控制器會有相應(yīng)的聲光顯示。圖1 主控制器與分散應(yīng)急燈之間連接原理框圖2.3.2 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個發(fā)光二極管來表示應(yīng)急燈的4個狀態(tài)，同時留出串行通信口和主控制器進(jìn)行通信。本設(shè)計主要完成應(yīng)急燈單元的設(shè)計，結(jié)構(gòu)框圖見圖2。圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第三章 硬件電路分析3.1 電源模塊 圖3為電源模塊框圖，圖4為此模塊的電路圖。下面將對每一模塊所需用的器件進(jìn)行選型，并分析每個模塊所要完成的功能

24、。圖3 電源模塊框圖圖4 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。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)，使他們在大多數(shù)工作條件下都非常穩(wěn)定可靠。如果采用合適的散熱器，他們的輸出電流可以超過1.5A。圖4中的U7/U8/U9/U10為LM78XX系列電源穩(wěn)壓器，其引腳分布與功能如表3.1與圖5所示。此元件使用了7806輸出6V電壓，7809輸出電壓為9V。引腳編號引腳符號引腳功能1Vin電源輸入端2GND接地端3Vout電源

25、輸出端表3.1 LM78XX系列電源穩(wěn)壓器引腳功能一覽表圖5 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合。目前大量普與的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中所采用的開關(guān)電源中，他將交流電變?yōu)橹绷麟?，?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（見圖6）。圖6 主電源電路3.1.2 Li電池模塊Li電池模塊有電池充電電路、電池檢測電路和電源轉(zhuǎn)換電路組成（見圖7）。Li電池由主電電源充電，當(dāng)沒有市電時，應(yīng)急燈工作電源需要由Li電池提供。圖7 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)過充電或者充電不夠，直接導(dǎo)致應(yīng)急燈具電

26、池的使用壽命。考慮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間慢充的方式給電池充電。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)，從國家標(biāo)準(zhǔn)來看，要求涓流充電電流小于0.05C。本設(shè)計由單片機(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管沒有基極電流，從而Q2管不會導(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、Q4給Li電池充電。單片機(jī)P1.5和P1.6引腳同時為高電平

27、可使Li電池快速充電（見圖8）。圖8 Li電池充電電路2.電池檢測電路 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，電池的特性會直接影響到應(yīng)急時間、光源的亮度，因此采用合適的電池非常重要。本設(shè)計采用Li充電電池。同時，控制系統(tǒng)必須對電池進(jìn)行檢測：檢測到的電壓輸入A/D轉(zhuǎn)換器中變?yōu)閿?shù)字信號送到單片機(jī)中進(jìn)行處理。A/D轉(zhuǎn)換器的輸入值在05V之間（見圖9）。1）當(dāng)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器IN1中的電壓為00.5V時，電池為短路狀態(tài)。2）當(dāng)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器IN1中的電壓為0.63.2V時，電池為正常狀態(tài)。3）當(dāng)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器IN1中的電壓為3.35V時，電池為斷路狀態(tài)。圖9 電池檢測電路3.

28、電源轉(zhuǎn)換電路 當(dāng)有市電時，應(yīng)急燈的電源由市電提供。市電通過LED D2供電給A點(diǎn)。當(dāng)無市電時，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（見圖10）。圖10 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狗電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和光源檢測電路等組成。單片機(jī)模塊框圖見圖11，電路圖見圖12。圖11 單片機(jī)模塊框圖圖12 單片機(jī)模塊電路圖3.2.1 器件選型1.單片機(jī)本設(shè)計采用MCS-51系列單片機(jī)。51單片機(jī)的典型產(chǎn)品有8031,8051和8751三種機(jī)型，除片程序存儲器的容量不同外，其部結(jié)構(gòu)與引腳完全形同。本設(shè)計采用的是8051，其引腳配置圖見圖13。

29、HMOS的MCS-51單片機(jī)采用雙列直插式封裝，有40個引腳，分為地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線3類見圖13。MCS-51系列單片機(jī)的各引腳的功能如下：1）主電源引腳Vcc，VssVcc：接+5V電源Vss：接地2）外接晶振引腳XTAL1,XTAL2XTAL1：片反相放大器輸入端XTAL2：片反相放大器輸出端圖13 51單片機(jī)引腳圖外接晶體時XTAL1,、XTAL2各接晶體一端構(gòu)成振蕩器。3）輸入/輸出引腳P0，P1，P2，P3P0.0P0.7:P0口的8各引腳，P0口是8位漏極開路型雙向I/O擴(kuò)展接口時， P0.0P0.7分時復(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

30、8個引腳，P1口是一個帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，對于52子系列，P1.0還可以用于定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1還可以作為定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。P2.0P2.7：P2口的8個引腳，P2口也是一個帶部上拉電阻的雙向I/O口，在訪問片外存儲器或擴(kuò)展I/O接口是，還用于提供高8位地址。P3.0P3.7:P3口的8個引腳，P3口也是一個帶上拉電阻的I/O口，除可工作為雙向的輸入輸出口外，還具有第2功能。4)控制線（4條）ALE/PROG:雙功能引腳。由于P0口的8個引腳是低8位地址總線與數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用，因此必須將P0口輸出的低8位地址進(jìn)行鎖存。在訪問片外存儲器時

31、，每機(jī)器周期該信號出現(xiàn)2次。其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址。即使不訪問片外存儲器，訪問引腳上仍出現(xiàn)上述頻率的周期性信號，因此也可作為對外輸出的時鐘脈沖，頻率為振蕩器頻率的1/6。必須注意的是：在訪問片外存儲器時，ALE脈沖會跳空1個。對片含有EPROM的機(jī)型，此引腳在編程時可作為編程脈沖/PROG的輸入端。/PSEN：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，在CPU從片外程序存儲器取址期間，此信號每個機(jī)器周期兩次有效，已通過P0口讀入指令，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，該信號不出現(xiàn)。/EA/Vpp：雙功能引腳，衛(wèi)片外程序存儲器選用端。當(dāng)該引腳信號有效（低電平）時，選擇片外程序存儲器，否則，即/E

32、A/Vpp=1時，訪問片程序存儲器。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個機(jī)器周期的高電平時可實現(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RAM供電，以保存片RAM中的信息。2.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，具有三臺輸出所存。2)輸出與TTL兼容，無需外部進(jìn)行0點(diǎn)和滿度調(diào)整。3) 8位分辨率，最大非線性誤差0.4%LSB。4）轉(zhuǎn)換時間為100us,存取時間為135us。5）功耗為15mW。ADC0809的引腳分布圖如

33、圖14所示。引腳功能說明如下： 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為啟動控制輸入端口，ALE為地址鎖存控制信號端口，這兩個端口可以連接在一起，輸入一個正脈沖時，便啟動模/數(shù)轉(zhuǎn)換。4）EOC、OE：EOC為轉(zhuǎn)換輸出結(jié)束信號脈沖輸出端口，OE端的電平由低變高，打開三態(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（-）為參考電壓輸入端。6）CLK:時鐘輸入端。7）ADD_A、ADD_B、ADD_C：8路模擬量的三位地址選通輸入端，已選擇對應(yīng)的輸入通道，類似3-8

34、譯碼器的選通。圖14 8089引腳圖3.鎖存器擴(kuò)展并行輸出口74LS37374LS373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。圖15 74LS373引腳圖4.看門狗芯片X25045看門狗的作用是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說程序跑飛。工作原理：在系統(tǒng)運(yùn)行以后就啟動了看門狗的計數(shù)器，看門狗就開始自動計數(shù)，如果到了一定時間還不去清零看門狗，那么看門狗計數(shù)器就會溢出從而引起看門狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。1）SO：串行數(shù)據(jù)輸出腳，在一個讀操作的過程中，數(shù)據(jù)從SO腳移位輸出。在時鐘的下降沿時數(shù)據(jù)改變。2）SI：串

35、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腳寫入，在時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被鎖定。 3）SCK：串行時鐘，控制總線上數(shù)據(jù)輸入和輸出的時序。4）/CS ：芯片使能信號，當(dāng)其為高電平時，芯片不被選擇，SO腳為高阻態(tài)，除非一個部的寫操作正在進(jìn)行，否則芯片處于待機(jī)模式；當(dāng)引腳為低電平時，芯片處于活動模式，在上電后，在任何操作之前需要CS引腳的一個從高電平到低電平的跳變。 5）/WP：當(dāng)WP引腳為低時，芯片禁止寫入，但是其他功能正常。當(dāng)WP引腳為高電平時，所有功能都正常。當(dāng)CS為低時，WP變?yōu)榈涂梢灾袛鄬π酒膶懖僮?。圖16 X25045引腳圖3.2.2 分析電路本設(shè)計中，51單片機(jī)工作于11.059

36、2MHz，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)通過外部中斷0觸發(fā)對A/D數(shù)據(jù)的讀取。模擬信號輸入端IN0用于輸入待轉(zhuǎn)換的光源檢測電壓，IN1用于輸入待轉(zhuǎn)換的Li電池檢測電壓。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12中,ADC0809的A/D啟動端START由51單片機(jī)的P27與寫控制信號/WR經(jīng)過或非門后控制，轉(zhuǎn)換完成后ADC0809的EOC端信號反相后送入51單片機(jī)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)計了一種新的

37、看門狗電路，X25045硬件連接圖如圖3-10所示。X25045芯片包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。在看門狗定時器預(yù)置的時間若沒有總線活動，則X25045將從reset輸出一個高電平信號，經(jīng)過微分電路C2、R3輸出一個正脈沖，使CPU復(fù)位。3.3 通信模塊通信模塊電路圖見圖17圖17 通信模塊電路圖3.3.1 器件選型1.光耦合器TPL521-1非線性光耦。光耦合器亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號，它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用。光耦合器一般由三部分做成：光的發(fā)射、光的接收與信號的放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出

38、一定的波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，在經(jīng)過進(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。當(dāng)在輸入端加一正向?qū)妷?，LED發(fā)光，光敏三級管受光照，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，三級管相當(dāng)于開關(guān)。此“開關(guān)”的通斷由輸入端決定。圖18 TPL521-1引腳圖2.RS-485接口51單片機(jī)僅含有一個具有UART全部功能的串口，該接口可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可以作為一個同步移位寄存器使用。需要說明的是，這

39、個串口的信號電平是TTL電平，在近距離傳輸過程中可以比較好的滿足要求，一般可以實現(xiàn)穩(wěn)定串口數(shù)據(jù)通信的距離是510m，如果進(jìn)一步提高通信距離，誤碼率會明顯增加。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)器來驅(qū)動總線，具體技術(shù)參數(shù)如下：1）接收器的輸入電阻RIN122）驅(qū)動器能輸出7V的共模電壓3）輸入端的電容504）在節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個，配置120的終端電阻的情況下，驅(qū)動器至少還能輸出電壓1.5V5）接收器的輸入靈敏度為200mV本設(shè)計采用的是MAX485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TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平的功能（見圖19）。RO接收器

40、的輸出/RE接收器輸出使能。/RE=0，允許接收器輸出；/RE=1接收器被禁止，輸出端為高祖。DE驅(qū)動器輸出使能，DE=1，允許驅(qū)動器工作；DE=0.，驅(qū)動器被禁止，輸出端為高祖。DI驅(qū)動器輸入，DI=1輸出端A輸出為高，B輸出為低；DI=0，反之。A接收器非反相輸出和驅(qū)動器非反向輸出端。B接收器反相輸入和驅(qū)動器反相輸出端。圖19 MAX485引腳圖3.BA151N貼片防雷管BA151N BA/BC系列主要用于高速數(shù)據(jù)通訊回路中起保護(hù)作用。主要特性有：1)比瓷管式封裝體積更小，更薄，適合高密度表面貼裝。（4.5mm 3.2mm） 2）電涌耐量高。（8/20s,2000A） 3）反應(yīng)速度快。 4

41、）電涌吸收性能好。絕緣電阻：100M Min（DC100V） 5）靜電容量：1pF Max 圖20 防感應(yīng)雷用貼片防雷管4.PPTC自恢復(fù)保險絲自恢復(fù)保險絲是一種過流電子保護(hù)元件，采用高分子有機(jī)聚合物在高壓、高溫，硫化反應(yīng)的條件下，攙加導(dǎo)電粒子材料后，經(jīng)過特殊的工藝加工而成。3.3.2 分析電路MAX485發(fā)送或接收通過引腳DE即單片機(jī)引腳P2.0控制, P2.0=0時, /RE=0, 則工作在接收方式, 反之為發(fā)送方式。當(dāng)高速數(shù)據(jù)通訊時，貼片防雷管BA151N在回路中用于防護(hù)雷擊浪涌電壓。當(dāng)電路發(fā)生短路或者過載時，電路被自恢復(fù)保險絲PPTC斷開，故障清除時，PPTC可使電路自動回復(fù)。第四章

42、軟件分析根據(jù)對應(yīng)急燈集中控制的需要，主控器的主要任務(wù)是對應(yīng)急燈發(fā)來的信號進(jìn)行集中管理與按需要對應(yīng)急燈實現(xiàn)相應(yīng)控制。而對應(yīng)急燈信號采樣的任務(wù)，主要是由分散在應(yīng)急燈上的單片機(jī)來完成的。主控制器的主要功能是對分散的應(yīng)急燈進(jìn)行集中管理。所以，主控器的軟件設(shè)計的中心任務(wù)應(yīng)圍繞著與下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信。當(dāng)應(yīng)急燈出現(xiàn)緊急的情況時，主控器應(yīng)該能顯示應(yīng)急燈的地址與其相應(yīng)的狀態(tài)，根據(jù)需要進(jìn)行聲光顯示。經(jīng)第三章對每個模塊功能的分析，應(yīng)急燈上的單片機(jī)有3個任務(wù)：信號采集、點(diǎn)亮關(guān)閉自己的燈、與主控器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。應(yīng)急燈軟件流程圖如圖21所示。應(yīng)急燈軟件設(shè)計有四部分構(gòu)成，一是應(yīng)急燈狀態(tài)的采集和應(yīng)急燈的點(diǎn)亮關(guān)閉；二是電池狀態(tài)的

43、采集和電池充電；三是數(shù)據(jù)通訊程序；四是軟件設(shè)計抗干擾和軟件看門狗。圖21 應(yīng)急燈主框圖圖22是電池檢測模塊的軟件流程圖，檢測到的電壓輸入A/D轉(zhuǎn)換器中變?yōu)閿?shù)字信號送到單片機(jī)中進(jìn)行處理。A/D轉(zhuǎn)換器的輸入值在05V之間1）當(dāng)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器IN1中的電壓為00.5V時，電池為短路狀態(tài)。2）當(dāng)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器IN1中的電壓為0.63.2V時，電池為正常狀態(tài)。3）當(dāng)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器IN1中的電壓為3.35V時，電池為斷路狀態(tài)。圖22 電池檢測軟件流程圖第五章 總結(jié)本設(shè)計是基于單片機(jī)的應(yīng)急燈控制器的設(shè)計。根據(jù)消防應(yīng)急燈具國家標(biāo)準(zhǔn)GBl7945-2000，設(shè)計由MCS-51單片機(jī)控制的消防應(yīng)急燈。

44、論文緒論與第一章分析了消防應(yīng)急疏散照明的技術(shù)背景與目前的發(fā)展現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，本設(shè)計的目的與意義。第二章對常用消防應(yīng)急燈的工作原理進(jìn)行了介紹，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)提出了本設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)。第三章對本設(shè)計的三個模塊：電源模塊、單片機(jī)模塊和通信模塊進(jìn)行了具體的功能介紹和電路分析。第四章分析軟件的設(shè)計，畫出了系統(tǒng)主框圖和程序流程圖。通過硬件、軟件的設(shè)計，完成了本課題的任務(wù)。本課題所針對的消防應(yīng)急疏散照明產(chǎn)業(yè)隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與全社會安全防意識的提高，在未來的幾年將有很大的發(fā)展。消防應(yīng)急疏散照明技術(shù)發(fā)展也將隨之達(dá)到一個新的高度。目前消防應(yīng)急燈具采用的都是定時慢充的充電方法，該方法對電池本身的充電狀況并不

45、進(jìn)行檢測，因此容易引起電池過充或者充電不足的情況，這都會對電池的使用壽命和應(yīng)急工作造成很大的影響，因此在電池充電模塊中有必要引入更為精確的充電控制模塊，對電池的充電狀況進(jìn)行更為有效的檢測和控制。這是本課題下一步改進(jìn)的主要方向。辭本論文的寫作是對自己三年的學(xué)習(xí)的一個總結(jié)，在論文寫作過程中，力求將自己積累下來的知識和一些相關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗記錄下來：在項目研究和實施中，相關(guān)的理論知識和設(shè)計經(jīng)驗得到了的鞏固和驗證，并進(jìn)一步清晰了設(shè)計思路和方法。希望通過本論文的寫作使我能夠在本項課題的研究上形成系統(tǒng)的理論知識和設(shè)計經(jīng)驗。從論文選題、收集材料、制定研究方案再到后來的具體電路設(shè)計，我的指導(dǎo)教師顧群老師給予了非常多的指導(dǎo)性建議，并提出了很多實用的研究方法。她豐富的專業(yè)知識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度將使我在以后的工作和學(xué)習(xí)中受益匪淺，在此特致以深深的感!在硬件設(shè)計和撰寫論文過程中我的同學(xué)們給予了極大的幫助，在此表示感。參考文獻(xiàn)1宋慧濱,徐申.基于專用智能控制芯片的應(yīng)急標(biāo)示燈系統(tǒng)設(shè)計J.消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2008,02:10-122白玉峰,黃守