智能应急灯系统的设计[3]

　　3.2.2 分析电路

　　本设计中，51单片机工作于11.0592MHz，P0口用于读取8位A/D转换数据，P2口的P2.7用于ADC0809的片选控制，51单片机通过外部中断0触发对A/D数据的读取。模拟信号输入端IN0用于输入待转换的光源检测电压，IN1用于输入待转换的Li电池检测电压。51单片机P0口的低三位地址数据经锁存后送入ADC0809的通道选择端ADD_A、ADD_B、ADD_C。

　　在图12中,ADC0809的A/D启动端START由51单片机的P27与写控制信号/WR经过或非门后控制，转换完成后ADC0809的EOC端信号反相后送入51单片机的INT0端，触发51单片机外部中断服务程序，在终端中读取A/D数据。

　　用X25045芯片设计了一种新的看门狗电路，X25045硬件连接图如图3-10所示。X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从reset输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。

　　3.3 通信模块

　　通信模块电路图见图17

　　3.3.1 器件选型

　　1.光耦合器

　　TPL521-1非线性光耦。光耦合器亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号，它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。光耦合器一般由三部分做成：光的发射、光的接收及信号的放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定的波长的光，被光探测器接收而产生光电流，在经过进一步放大后输出。这就完成了电—光—电的转换，从而引起到输入输出隔离的作用。由于光耦合器的输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。

　　当在输入端加一正向导通电压，LED发光，光敏三级管受光照，发射结导通，三级管相当于开关。此“开关”的通断由输入端决定。

　　2.RS-485接口

　　51单片机仅含有一个具有UART全部功能的串口，该接口可以同时进行数据的发送和接收，也可以作为一个同步移位寄存器使用。需要说明的是，这个串口的信号电平是TTL电平，在近距离传输过程中可以比较好的满足要求，一般可以实现稳定串口数据通信的距离是5~10m，如果进一步提高通信距离，误码率会明显增加。

　　RS-485标准采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动总线，具体技术参数如下：

　　1)接收器的输入电阻RIN≤12 KΩ

　　2)驱动器能输出±7V的共模电压

　　3)输入端的电50 pF

　　4)在节点数为32个，配置120Ω的终端电阻的情况下，驱动器至少还能输出电压1.5V

　　5)接收器的输入灵敏度为±200mV

　　本设计采用的是MAX485芯片。其工作电源为+5V，额定电流为300uA，采用双工通讯方式。它完成奖TTL电平转换为RS-485电平的功能(见图19)。

　　RO——接收器的输出

　　/RE——接收器输出使能。/RE=0，允许接收器输出;/RE=1接收器被禁止，输出端为高祖。

　　DE——驱动器输出使能，DE=1，允许驱动器工作;DE=0.，驱动器被禁止，输出端为高祖。

　　DI——驱动器输入，DI=1输出端A输出为高，B输出为低;DI=0，反之。

　　A——接收器非反相输出和驱动器非反向输出端。

　　B——接收器反相输入和驱动器反相输出端。

　　3.BA151N贴片防雷管

　　BA151N BA/BC系列主要用于高速数据通讯回路中起保护作用。主要特性有：

　　1)比陶瓷管式封装体积更小，更薄，适合高密度表面贴装。(4.5mm× 3.2mm)

　　2)电涌耐量高。(8/20μs,2000A)

　　3)反应速度快。

　　4)电涌吸收性能好。绝缘电阻：100MΩ Min(DC100V)

　　5)静电容量：1pF Max

　　4.PPTC自恢复保险丝

　　自恢复保险丝是一种过流电子保护元件，采用高分子有机聚合物在高压、高温，硫化反应的条件下，搀加导电粒子材料后，经过特殊的工艺加工而成。

　　3.3.2 分析电路

　　MAX485发送或接收通过引脚DE即单片机引脚P2.0控制, P2.0=0时, /RE=0, 则工作在接收方式, 反之为发送方式。当高速数据通讯时，贴片防雷管BA151N在回路中用于防护雷击浪涌电压。当电路发生短路或者过载时，电路被自恢复保险丝PPTC断开，故障清除时，PPTC可使电路自动回复。

　　第四章 软件分析

　　根据对应急灯集中控制的需要，主控器的主要任务是对应急灯发来的信号进行集中管理及按需要对应急灯实现相应控制。而对应急灯信号采样的任务，主要是由分散在应急灯上的单片机来完成的。

　　主控制器的主要功能是对分散的应急灯进行集中管理。所以，主控器的软件设计的中心任务应围绕着与下位机的数据通信。当应急灯出现紧急的情况时，主控器应该能显示应急灯的地址及其相应的状态，根据需要进行声光显示。

　　经第三章对每个模块功能的分析，应急灯上的单片机有3个任务：信号采集、点亮关闭自己的灯、与主控器进行数据通信。应急灯软件流程图如图21所示。应急灯软件设计有四部分构成，一是应急灯状态的采集和应急灯的点亮关闭;二是电池状态的采集和电池充电;三是数据通讯程序;四是软件设计抗干扰和软件看门狗。

　　图22是电池检测模块的软件流程图，检测到的电压输入A/D转换器中变为数字信号送到单片机中进行处理。A/D转换器的输入值在0~5V之间

　　1)当输入到A/D转换器IN1中的电压为0~0.5V时，电池为短路状态。

　　2)当输入到A/D转换器IN1中的电压为0.6~3.2V时，电池为正常状态。

　　3)当输入到A/D转换器IN1中的电压为3.3~5V时，电池为断路状态。

　　第五章 总结

　　本设计是基于单片机的应急灯控制器的设计。根据消防应急灯具国家标准GBl7945-2000，设计由MCS-51单片机控制的消防应急灯。

　　论文绪论与第一章分析了消防应急疏散照明的技术背景及目前的发展现状和未来的发展趋势，本设计的目的及意义。第二章对常用消防应急灯的工作原理进行了介绍，根据国家标准提出了本设计的总体结构。第三章对本设计的三个模块：电源模块、单片机模块和通信模块进行了具体的功能介绍和电路分析。第四章分析软件的设计，画出了系统主框图和程序流程图。

　　通过硬件、软件的设计，完成了本课题的任务。本课题所针对的消防应急疏散照明产业随着国民经济的快速发展及全社会安全防范意识的提高，在未来的几年将有很大的发展。消防应急疏散照明技术发展也将随之达到一个新的高度。目前消防应急灯具采用的都是定时慢充的充电方法，该方法对电池本身的充电状况并不进行检测，因此容易引起电池过充或者充电不足的情况，这都会对电池的使用寿命和应急工作造成很大的影响，因此在电池充电模块中有必要引入更为精确的充电控制模块，对电池的充电状况进行更为有效的检测和控制。这是本课题下一步改进的主要方向。

 

编辑：Cedar