智能集群控制消防应急指示灯的设计规范_智能集群控制消防应急指示灯的设计

摘要：为了克服传统消防应急灯的缺点，设计了一种新型智能集群紧急逃生指示终端。智能终端采用单片机技术实现设备的实时监控和功能操作，采用CN3052A芯片管理关键部件锂电池的合理充放电。服务器通常通过RS485通信网络实时监控各终端，实时上报设备状态，发生危险时自动向各终端发送危险信息，照明终端自动开启，指示智能终端根据危险自动计算合理的逃生方向。理论和实验表明，该设计具有较高的实用价值。

传统的消防应急标志灯有一个致命的缺陷，就是只能指示一个固定的逃生方向，一般指向最近的应急门，但是会出现很多不利的情况：如果前方发生火灾或者是烟气蔓延的方向，或者是应急门因故障无法自动打开，或者是建筑内的消防应急灯平时无法实时维护， 并且在危急情况下失去了应有的作用，所以目前使用的传统消防应急灯有很大的局限性。 为此，我们设计了一种新型的智能紧急逃生指示终端，能够实时上报设备状态，在危险发生时自动将危险信息传送到各个终端，并自动开启照明终端，指令智能终端根据危险自动计算出合理的逃生方向。

1智能消防应急逃生指示及管理维护系统的组成

智能应急逃生指示系统包括智能终端(智能应急照明灯和智能应急指示灯)、传输网络和服务器三部分。

智能终端是具有地址和方向转换功能的火灾应急标志灯、地面和墙壁转向灯、火灾应急照明灯，建筑物中的所有这些智能终端都与现有的智能火灾报警系统相链接。火灾报警系统的报警信号作为智能逃生指示系统的输入信息，由系统进行信息处理。最后，通过智能控制火灾应急信号灯的指示、分流灯和应急照明的开启，人们可以实时选择最佳的逃生路线。智能终端除了对关键部件锂电池进行合理的充放电管理外，还必须对光源和电池的状态进行监控，以保证终端的良好运行。

图1智能消防应急逃生指示系统的网络组成

传输网络采用RS485通信网络，其功能是将火灾报警系统的报警信号传输到服务器。

服务器主要用于管理设备数据，自动分配终端通信地址，发布危险信息，定期打印维护报告。

2智能消防应急终端硬件电路设计

2.1系统组成

该系统由中央处理器、交流/DC电源单元、锂电池充放电管理单元、RS485通信单元、故障/信息显示单元、状态检测单元、LED指示单元和声音报警单元组成，其中核心部件为单片机、485通信单元和锂电池充放电管理单元。系统的整体结构如图2所示。

图2智能消防应急逃生指示系统的网络组成

中央处理器采用STC89C52RC系列单片机，具有宽电压的特点，能消除电源抖动，正常工作时电压范围可达3.4-6V；交流/DC电源模块采用杨进生电源LH05-10B05系列。AC220V转换成DC5V后，作为单片机和可充电锂电池的输入电压。

在串行通信中，发送或接收的波特率必须相同。因为根据规范，常见的波特率是1200、2400、4800、9600，为了避免通信中的累积误差，进而波特率误差会影响串行通信的同步性能，晶振

CN3052A是一种充电器电路，可以恒流/恒压为单个锂离子或锂聚合物可充电电池充电。该器件内置功率晶体管，应用时无需外部电流检测电阻和扼流圈二极管。图4是锂电池充电和放电管理电路。

图4锂电池充放电管理电路

其中，LEDl和LED2分别表示开漏输出的电池故障状态和开漏输出的充电状态。当TEMP引脚的电压低于输入电压VIN的45%或高于输入电压VIN的80%超过0.15秒，说明电池温度过低或过高，被内部开关拉低至低电平，说明电池处于故障状态。此外，该引脚将处于高阻抗状态。充电器给电池充电时，引脚被内部开关拉至低电平，表示正在充电，否则将处于高阻态。C7和C8采用多层陶瓷电容(MLCC)，可以保证充电电路的稳定运行。RIST在充电时起到限流保护的作用，同时要有两个管脚与单片机的P1.2和P1.3相连，以便读取电池状态并传送给服务器。

2.3 RS485通信电路

RS-485接口具有抗干扰性好、传输距离远、多站能力强等优点。在构建通信网络时，使用双绞线电缆作为总线，将所有节点串联起来，从总线引出到各个节点的线路应尽可能短，以尽量减少引出线路中反射信号对总线信号的影响；同时要注意总线特性阻抗的连续性，在阻抗不连续的点会发生信号反射。

此外，根据通信距离和功耗，应在两个终端之间增加终端电阻或阻容，完成总线匹配。通常，双绞线的特性阻抗约为100至130。

RS485标准没有规定总线上允许连接的收发器数量，但规定最大总线负载为32。网络节点数与所选RS485芯片的驱动能力和接收器的输入阻抗有关，单位负载阻抗约为12K。为了扩展总线节点数，输入电阻可以增加到48K以上，节点数可以是128。96K的输入电阻支持256个节点。SP485R的标称最大值为400点。在实际应用中，由于电缆长度、线径、网络分布和传输速率的不同，实际节点数达不到理论值。一般推荐节点数为RS485芯片额定最大值的70%。

STC89C52RC与MAX485的接口电路如图5所示。

图5 STC 89 c 52 RC与MAX485的接口电路

2.4其他外围电路

声音模块是美国国家半导体公司的LM386低压音频功放模块，是专门为低压应用设计的。功放增益内部设置为20，外部引脚可以连接电阻电容提高增益，增益范围为20~200。

LED指示灯利用定时器产生的PWM信号进行2级亮度控制，发生火灾时转为高亮。在设计中使用PWM调光是基于LED的一个基本特性：发射光的特性随平均驱动电流而变化。对于单色LED，其主波长会发生变化，对于白光LED，其相关色温(CCT)会发生变化。对于人眼来说，很难察觉LED中红、绿、蓝波长的变化，尤其是光强也在变化的时候。但是白光色温变化的时候很容易察觉。PWM调光信号的频率必须大于100Hz，否则可能会出现闪烁或抖动。

dip开关SW-DIP5的作用是通过每个位的通断来调整对应P0口的电平，从而确定每个终端的地址，方便识别终端在服务器上的位置。

此外，系统还连接了一个DS18B20温度传感器，它不仅可以接收来自服务器的火灾报警信息，还可以自行检测环境温度，在程序中设置温度上限，超过这个上限时就会报警。

3系统软件设计

图6程序流程图

UVison2用于软件开发环境。uVison2是Keil公司关于8051系列单片机的开发工具，可以用来编译C源代码，汇编源程序，连接和重定位目标文件和库文件，创建十六进制文件，调试目标程序等。为了方便程序调试，提高可靠性，软件采用模块化结构设计，主要由初始化程序、主程序、子程序、中断服务程序等组成。单片机上电后，开始循环执行与服务器的通信程序，收集服务器的数据信息。当发生火灾时，根据服务器提供的险情终端位置，决定开启相应的指示灯并高亮显示，同时开启语音模块进行提示。主程序流程如图6所示。

4智能消防应急逃生指示及维护系统操作平台

1)硬件环境。

A) CPU:同等级或更高等级的P4；

b)内存：1G以上；

c)硬盘空间：160G以上；

d)显示器：VGA或更高分辨率，建议分辨率为1024x768像素。

2)软件环境。

a)服务器端操作系统：windows XP/Vista；

b)服务器端软件平台：Mircosoft.NET框架。

3)服务器软件的描述

服务器端软件基于Mircosoft.NET框架用c#语言编写。NET平台，编写了良好的人机交互界面，并利用其串口控件实现了与485总线上终端的通信。服务器端软件的主要功能有：图形化操作界面，操作简单；图形设备数据的编辑、修改和删除；以多种形式实时显示终端设备状态；根据终端的接入信息自动生成设备数据；自动生成年检和月报。

5测试结果和结论

根据电路原理图搭建硬件电路并用万用表检查线路连接是否有短路，在连接正确的前提下调试硬件功能。上电后，用示波器检测单片机的ALE引脚，观察输出波形为2MHZ的方波，说明单片机工作正常。通信测试是本设计中最重要的部分。通信采用RS485通信程序，测试仪与上位机之间的通信采用RS485协议。串口参数为：波特率9600，8位数据，1个校验位，1个停止位。数据格式如表1所示。

表1串行通信数据格式

由于RS485总线协议和RS232串口协议只是接口层次不同，所以它们的软件编程完全是按照串口通信协议进行的，在此不做赘述。在PCB板上下载并调试了系统的设计程序。当模拟火灾信号的符号位置或温度传感器采集的信号超过上限时，喇叭和指示灯迅速响应，将火灾报警信息上传到上位机，上位机再将火灾信息传输到其他联网终端，实时引导人们快速逃离火灾现场。

随着现代城市的快速发展，对火灾报警系统的要求越来越高。智能城市火灾报警系统不是传统意义上的简单报警装置，而是已经融合了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感器应用等领域的知识。随着科学技术的不断进步，智能群控火灾报警系统将会得到更快的发展。