某综合办公楼疏散应急照明系统的研究与设计毕设Word下载.docx

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学生姓名：

________

班级：

电气班

学号

指导教师姓名：

刘亮__

职称副教授____

长沙学院教务处

二○一五年六月制

　　（2015届）

　本科生毕业设计说明书

综合办公楼疏散应急照明系统的研究与设计

电子信息与电气工程系____

电气工程及其自动化______

______

学号__

刘亮

职称副教授

最终评定成绩

__________________________

2015年5月

摘要

应急照明，是指在非正常状态下才使用的照明设施。

消防应急疏散照明技术是一项重要的救生疏散技术。

本文设计了一种基于单片机的应急灯控制器。

该设计以MCS-51单片机为核心，符合消防应急灯具国家标准GBl7945-2000。

论文首先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，说明设计的意义及目标。

接着介绍了常用消防应急灯的分类，着重说明了自带电源消防应急灯具的工作原理，提出了符合国家标准的总体结构框图。

随后，合理的选择了主要器件，给出了三个关键模块的具体电路图，包括电源模块、单片机模块和通信模块，并分析其工作原理，实现了掉电检测与电源转换、电池状态检测、光源状态检测以及RS-485通信等功能。

在软件设计方面，分析了控制器的工作逻辑，画出了系统主程序框图和电池开路、短路及正常状态分析流程图。

关键字：

单片机，应急灯，消防，RS-485通信

ABSTRACT

Emergencylighting,referstotheuseofthelightingfacilitiesintheabnormalstate.Fireemergencyevacuationlightingtechnologyisanimportantevacuationtechnology.Thispaperpresentsanemergencyluminarycontrollerbasedonsingle-chipmicrocomputer.ThedesignusestheMCS-51microcontrollerasthecoreandmeetstherequirementofthenationalstandardsforfireemergencyluminaryGBl7945-2000.Firstly,thetechnicalbackground,thecurrentstudyandthedevelopmenttrendofthefireemergencyevacuationlightingaswellasthesignificanceandtheobjectivesofthisdesignareexpound.Then,theclassificationofthefireemergencyluminarywidelyusedandtheprincipleofself-poweredemergencyluminaryforfirefightingarehighlighted.Theoverallstructurediagramaccordingtothenationalstandardisalsopresented.Subsequently,afterthekeydeviceswerereasonablychosen,thespecificcircuitdiagramofthreeimportantmodulesincludingthepowermodules,theCPUmoduleandthephoto-electricalisolatedcommunicationmodulearepresented.Theoperationofeverymoduleisanalyzed.Thefunctionsofpower-downdetection,powerconversion,batterystatedetection,lightingLEDstateinspectionandRS-485communicationareachieved.Inthedesignofsoftware,theworklogicofthecontrollerandthemainblockdiagramofthesystemareintroduced.Theflowcharttoanalyzethethreestatesofbattery,opencircuit,shortcircuitandthenormalaredrawn.

Keywords:

Single-chipmicrocomputer，Emergencyluminary，Firefighting，RS-485communication

第一章绪论

1.1应急照明技术背景

所谓应急照明，是指在非正常状态下才使用的照明设施，包括：

备用照明、疏散照明、安全照明。

火灾的发生，大多是因为这些场所发生火灾时缺少必要可靠的应急照明和疏散指示，致使火灾发生后被困人员不能及时疏散，被烟熏窜息而死[1]。

近几年，随着国民经济的高速发展，高大而复杂的智能建筑日益增多，对消防安全的要求越来越高，消防应急灯具的品种不断增多（如表1.1），性能不断改进，技术水平有了很人提高[1]。

表1.1消防应急灯的分类

按功能分

照明或标志照明和标志消防应急灯

按工作方式分

持续工作型、非持续工作型

按应急供电方式分

自带电源型、集中电源型

按工作实现方式分

独立控制型、集中控制型、字母控制型

按安装高度分

高位安装型、低位安装型、高低位复合安装型

按用途分

消防应急照明灯、消防应急标志灯、消防应急照明标志灯

我国的照明灯具产品技术与国外还有较大差距。

只有少数大型企业及一些合资企业的产品与国外产品相差无几，并向智能环保型方向发展，但价格稍高。

现在，自带电源独立控制型消防应急灯具是我国的主要应急灯具产品[1]。

应急疏散照明技术未来发展有以下几大特点：

1.荧光灯、白炽灯光源技术被场致发光光源技术所取代

场致发光器件标志灯具具有节能、美观、表面亮度和匀光度都易控制等优点，其耗电极低，发展前景广阔。

2.低位应急照明安装技术将得到广泛应用

低位应急照明技术主要的优点一是安装的位置低，便于安装在狭窄，较低的转角、走廊等地方。

二是低位应急照明安装技术采用了穿透能力更加强的光源，所以产生的标示更加让人发觉，便于人们迅速的找到安全出口，快速的逃生。

3.向智能化、环保等高科技方向发展

现代的科技的发展，大批的采用多传感器，多种节能环保技术的产品将出现。

1.2相关技术的发展现状及趋势

目前蓄电池供电方式主要有两种形式：

一种是独立式供电，另一种是采用集中式供电。

这两种不同的供电方式要求的控制电路不同。

本次设计的控制电路是独立式供电的应急灯具。

目前国内大部分的应急灯具采用的都是由分离器件搭配通用lC（如555、LM358）构建控制系统。

国家也有完整的消防应急灯具国家标准（GBl7945-2000）。

国内市场的应急灯具的控制芯片主要问题有：

1.对电池的保护不够，容易产生过冲现象。

2.充电时间与电池的型号不完全匹配；

3.应急照明灯和应急标志灯需要采用不同的控制芯片；

4.应急工作时间达不到标准要求的90min；

5.终止电压偏低，未能满足标准规定额定电压要求的80％；

6.电池的耐久度时间不够。

随着国家对消防措施的日益重视，对消防应急疏散灯具的要求越来越高，用功能更加完善的控制芯片取代目前的由分离器件或简单控芯片构成的系统成为必然趋势[2]。

1.3课题意义及其目的

虽然全国的应急灯市场需求巨大，但是国产的应急灯具大部分都存在质量问题等安全隐患。

造成这种局面的直接原因来源于应急控制电路，设计安全性能更好、稳定性更高的消防应急灯控制芯片是必然的趋势。

第二章消防应急灯具工作原理

2.1常用消防应急灯

国家在很早的时候就提出要在商业楼房，工业设施和公共场所安装应急灯，以保证在发生紧急情况下不发生混乱，安全有序的逃生。

目前市场上有两种应急灯：

自带电源型和集中电源型。

自带电源型单个应急灯自带备用蓄电池，紧急情况下电源由自带电池提供；

集中电源型单个应急灯本身不带电源，紧急情况下，有统一集中的电源进行供电。

自带电源型由于每个应急灯自带蓄电池，发生故障不会产生相互影响。

所以，目前国内的公共建筑里大多采用自带电源型应急灯具。

同时其线路的敷设也较为简单。

（a）常明应急疏散标志灯

图2.1是市场上最常见的两种自带电源型应急灯具：

图2.1（a）是常明应急疏散标志灯，其内部使用的光源是LED：

图2.1（b）是双头应急疏散照明灯，其内部使用的光源可以是荧光灯、白炽投射灯、EL等。

2.2自带电源型消防应急灯具工作原理

自带电源型消防应急灯具主要由以下器件构成：

应急灯具、蓄电池、控制电路、状态显示灯、测试开关等。

对于常明应急疏散标志灯和应急疏散照明灯米说，由于应用要求的多样性，他们在这些元件的选择上也会有很大的差异。

下面简要说明两种应急灯具的器件构成和工作原理：

（b）双头应急疏散照明灯

图2.1常用自带电源型消防应急灯具

对于常明应急疏散标志灯来说，目前市场上一般采用绿光散射LED做为光源，也有部分厂家会使用EL（场致发光源）和荧光灯。

由于绿光LED的功耗较小，其使用的蓄电池一般为3.6V。

且电池容量也不大（≤800mAH）。

测试开关一般和状态显示灯放置在一起，一般采用普通的按钮开关，它的作用主要是便于建筑管理人员的日常维护和检查[3]。

常明应急疏散标志灯的工作原理：

如果市电电压正常并且电池电压和光源状况也正常，则状态指示灯绿灯、充电状态灯（红灯）亮，故障指示灯灭，控制电路控制开关电源给LED灯供电，保持疏散显示正常，同时控制电路检测市电电压、电池电压和光源，提供充电回路给蓄电池进行慢速充电；

如果慢速充电完成，则充电指示红灯灭。

如果在市电正常情况下，出现电池开路、电池短路等故障，故障指示灯（黄灯）亮，提示管理人员需要对系统进行检查和维修；

当市电电压低于应急转换电压时，控制电路转入应急状态，此时备用电源和光源的同路被打开，保证光源能正常的二作；

当电池电压低于规定的放电电压时，控制电路应断开电池的所有放电回路，同时整个控制电路应停止工作以避免蓄电池的漏电。

对于双头应急疏散照明灯，其光源可以是白炽投射灯、荧光灯、卤素灯等，由于一般对照明灯亮度要求较高，很少会使用LED作为光源；

基于同样的原因，应急疏散照明灯使用的蓄电池种类更多、电池容量更大。

目前使用的有3.6V、6V、12V等多种电池，同时一般要求电池额定容量大于1000mAH。

由于应急疏散照明灯对体积要求不高，