智能集群控制消防應急指示燈的設計方案

摘 要：為克服傳統消防應急指示燈的缺陷，設計出一種新型的智能集群應急逃生指示終端。智能終端采用單片機技術(shù)實(shí)現對設備的及時(shí)監控和功能操作，并采用CN3052A 芯片對關(guān)鍵部件鋰電池進(jìn)行合理的充放電管理，服務(wù)器平時(shí)通過(guò)RS485 通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)監控各個(gè)終端，實(shí)時(shí)報告設備狀況，在險情發(fā)生時(shí)自動(dòng)將危險信息傳送到各個(gè)終端，照明終端自動(dòng)打開(kāi)，指示類(lèi)智能終端根據險情自動(dòng)計算出合理的逃生方向。理論及試驗表明，本設計具有較高的實(shí)用價(jià)值。

　　傳統的消防應急標志燈有一個(gè)致命缺陷，就是它只能指示一個(gè)固定的逃跑方向，一般是指向最近的安全門(mén)，但是這樣會(huì )出現很多不利情況：如果指示的前方發(fā)生火災或正是煙霧蔓延過(guò)來(lái)的方向，或安全門(mén)由于故障而不能自動(dòng)開(kāi)啟，或建筑內的消防應急燈在平時(shí)沒(méi)能實(shí)時(shí)維護，在危機情況出現故障時(shí)，消防應急標志燈失去了應有的作用，所以目前應用的傳統消防應急燈有很大的局限性。對此我們設計出一種新型的智能應急逃生指示終端，能夠實(shí)時(shí)報告設備狀況，在險情發(fā)生時(shí)自動(dòng)將危險信息傳送到各個(gè)終端，照明終端自動(dòng)打開(kāi)，指示智能終端根據險情自動(dòng)計算出合理的逃生方向。

　　1 智能消防應急逃生指示與管理維護系統的組成

　　智能應急逃生指示系統包括智能終端（智能應急照明燈、智能應急指示燈）、傳輸網(wǎng)絡(luò )和服務(wù)器三部分。

　　智能終端是具有地址和可變向功能的消防應急標志燈、地面和墻壁導流燈及消防應急照明燈，并將一個(gè)建筑物內所有這些智能終端與已有的智能消防報警系統聯(lián)動(dòng)起來(lái)。利用消防報警系統的報警信號作為智能逃生指示系統的輸入信息，由系統對信息進(jìn)行處理，最后通過(guò)智能控制消防應急標志燈和導流燈的指示，以及應急照明燈的開(kāi)啟，幫助人群實(shí)時(shí)選擇最佳逃生路線(xiàn)。智能終端除對關(guān)鍵部件鋰電池進(jìn)行合理充放電管理之外，還必須對光源，電池狀態(tài)進(jìn)行監測，以保證終端良好的運行。

圖1 智能消防應急逃生指示系統網(wǎng)絡(luò )構成。

　　傳輸網(wǎng)絡(luò )采用RS485 通信網(wǎng)絡(luò )，其作用是將消防報警系統的報警信號傳給服務(wù)器。

　　服務(wù)器主要用來(lái)管理設備數據，自動(dòng)分配終端通信地址，發(fā)布險情信息，定期打印維護報表。

　　2 智能消防應急終端硬件電路設計

　　2.1 系統組成

　　系統由中央處理單元、AC/DC 電源單元，鋰電池充放電管理單元、RS485 通信單元、故障/信息顯示單元，狀態(tài)檢測單元、LED 指示單元、聲音報警單元組成，其中核心部件為單片機、485 通信單元、鋰電池充放電管理單元。系統總體結構如圖2 所示。

圖2 智能消防應急逃生指示系統網(wǎng)絡(luò )構成

　　中央處理單元采用STC89C52RC 系列單片機，具有寬電壓，可消除電源抖動(dòng)的特性，正常工作時(shí)電壓范圍可達3.4-6V;AC/DC 電源模塊采用金升陽(yáng)電源LH05-10B05 系列，將AC220V 轉為DC5V 后，作為單片機和充電鋰電池的輸入電壓。

在串行通訊中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接受的波特率必須一致。由于常用波特率按規范取為1200, 2400,4800, 9600……，為了避免通信時(shí)產(chǎn)生累積誤差，進(jìn)而產(chǎn)生波特率誤差，影響串行通信的同步性能，在本系統中采用11.0592MHZ 的晶振。系統主電路如圖3.

圖3 系統主電路。

　　2.2 鋰電池充放電管理電路

　　高性能、高可靠性的電池管理系統能使電池在各種工作條件下獲得最佳的性能。

　　CN3052A 是可以對單節鋰離子或者鋰-聚合物可充電電池進(jìn)行恒流/恒壓充電的充電器電路。該器件內部包括功率晶體管，應用時(shí)不需要外部的電流檢測電阻和阻流二極管。圖4 為鋰電池充放電管理電路。

圖4 鋰電池充放電管理電路。

　　其中LEDl和LED2分別指示漏極開(kāi)路輸出的電池故障狀態(tài)和漏極開(kāi)路輸出的充電狀態(tài)，當TEMP 管腳的電壓低于輸入電壓VIN 的45%或者高于輸入電壓VIN 的80%超過(guò)0.15 秒時(shí)，表示電池溫度過(guò)低或過(guò)高，被內部開(kāi)關(guān)下拉到低電平，指示電池處于故障狀態(tài)，除此以外， 管腳將處于高阻態(tài)。當充電器向電池充電時(shí)，管腳被內部開(kāi)關(guān)拉到低電平，表示充電正在進(jìn)行，否則將處于高阻態(tài)。C7 和C8 采用的是多層陶瓷電容器（MLCC），能保證充電電路穩定工作，RIST 在充電時(shí)起限流保護的作用，同時(shí)還要將兩個(gè)管腳與單片機的P1.2 和P1.3 相連，以便讀取電池狀態(tài)傳遞給服務(wù)器。