摘 要:國內(nèi)的消防應(yīng)急燈具大多采用分立器件搭建而成，很多無法達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。提出一種消防應(yīng)急燈具專用控制芯片的設(shè)計(jì)方法，具體介紹了芯片的內(nèi)部組成部分，構(gòu)建了整體方案，規(guī)劃了芯片的功能單元并采用模塊化設(shè)計(jì)思想。該芯片可有效增加應(yīng)急燈具的穩(wěn)定性，防止靜電干擾沖擊，降低生產(chǎn)成本并解決分立器件所帶來的功能單一和設(shè)計(jì)不靈活等問題。

關(guān)鍵詞:消防應(yīng)急燈具; 控制芯片; 模塊化架構(gòu); 分立器件

中圖分類號:TN710-34文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)17-0128-02

Design of Control Chip for Fire-fighting Emergency Lights

LI Peng， WANG Hong-jun， ZHAO Li-qi， DOU He-xin， WANG Song

(Information College， Shandong University， Ji’nan 250100， China)

Abstract: Most of the fire-fighting emergency lights in China are set up with the discret devices. And many of them can not meet the demand of the national standard. A design method of a control chip for the fire-fighting emergency lights is put forward. The overall design of the system， the inner parts of the chip and their functions are introduced. The chip can effectively improve the stability of the fire-fighting emergency lights and can prevent electrostatic impact. It can also solve the problems caused by the discret devices， such as sole function and inflexible design.

Keywords: fire-fighting emergency light; control chip; modularization architecture; discret device

0 引 言

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，其功能是在這些場所發(fā)生火災(zāi)斷電后，應(yīng)急燈具自動(dòng)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(xiàng)重要的救生疏散技術(shù)。為了降低應(yīng)急燈具的生產(chǎn)成本和功耗，以及其設(shè)備可靠性的問題，設(shè)計(jì)一種消防應(yīng)急燈具的專用控制芯片，該芯片可完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)并大大降低產(chǎn)品的開發(fā)難度。

1 芯片的內(nèi)部組成

目前市場上的消防應(yīng)急燈按應(yīng)急供電方式大致分為:自帶電源型和集中電源型。自帶電源型單個(gè)系統(tǒng)自帶備用蓄電池，平時(shí)由市電供電，只有當(dāng)市電電源切斷時(shí)，備用電源自動(dòng)投入運(yùn)行[1]。集中電源型是在主電故障時(shí)，利用蓄電池提供的直流電源，逆變輸出交流電壓，而主電正常時(shí)，則由開關(guān)電路控制，直接將主電輸出[2]。

本芯片主要用于各種自帶電源型的消防應(yīng)急照明燈具和疏散燈具中，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 芯片內(nèi)部模塊構(gòu)架圖

1.1 8051微處理器IP核

8051是一款單芯片、快速的8位微處理器IP核。它的8位功能性的嵌入式控制器支持所有的ASM51指令集以及80C31的相同指令。指令是計(jì)算機(jī)用于控制各部分功能部件完成某一動(dòng)作的指令和命令[3]。8051核的指令按照功能分為5類:數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算及移位指令、控制轉(zhuǎn)移指令、位操作指令。豐富的指令可以增加IP核的使用范圍，同時(shí)8051提供軟件和硬件中斷，一個(gè)串行通信的接口以及兩個(gè)定時(shí)器。

在對8051的仿真測試過程中，具體測試到哪部分就針對哪部分編寫相應(yīng)的測試程序，對后續(xù)添加的模塊要根據(jù)模塊的功能編寫相應(yīng)的測試程序。

對8051核的仿真測試進(jìn)行的主要測試內(nèi)容如下:各個(gè)器件的測試，包括加法器、乘/除法器、內(nèi)/外部RAM、ROM、特殊功能寄存器、定時(shí)器、外部中斷、UART、P0~P3管口以及每一條指令的測試，共256個(gè)操作碼。圖2為定時(shí)器0的仿真測試波形。

圖2 定時(shí)器0中斷

8051微處理器IP核作為該芯片的核心控制部分，具有運(yùn)算速度快、工作電壓范圍廣、工作功耗低等優(yōu)點(diǎn)。在軟硬件功能劃分上，該模塊主要利用軟件完成電檢測，工作狀態(tài)顯示，自復(fù)式檢測功能和主電故障保護(hù)功能。

同時(shí)8051是開源的代碼設(shè)計(jì)核，可用于ASIC的再使用以及FPGA開發(fā)。

1.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的基本方法有十幾種，常用的有計(jì)數(shù)法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉(zhuǎn)換法。由于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度快、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，而且采用這種方法的芯片成本較低，因此在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之中獲得了廣泛的應(yīng)用。

這類A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理建立在逐次逼近的基礎(chǔ)之上，即把輸入電壓和一組從參考電壓分層得到的量化電壓進(jìn)行比較，比較從最大的量化電壓開始，由粗到細(xì)逐次進(jìn)行，由每次比較的結(jié)果來確定對應(yīng)的位是1還是0，不斷比較，不斷逼近，直到兩者的差別小于某一誤差范圍時(shí)即完成一次轉(zhuǎn)換[4]。

1.3 RS 485總線模塊

在工業(yè)控制及測量領(lǐng)域較為常用的網(wǎng)絡(luò)之一就是物理層采用RS 485通信接口所組成的工控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。這種通信接口可以十分方便地將許多設(shè)備組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)。RS 485通信協(xié)議的物理層是利用物理媒介實(shí)現(xiàn)物理連接的功能描述和執(zhí)行連接的規(guī)程，提供用于建立、保持和斷開物理連接的、機(jī)械的、電氣的、功能的和過程的條件。數(shù)據(jù)鏈路層用于建立、維持和拆除鏈路連接，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸?shù)墓δ?。?yīng)用層針對不同的應(yīng)用，利用鏈路層提供的服務(wù)，完成不同通信節(jié)點(diǎn)之間的通信[5]。

1.4 電源監(jiān)控保護(hù)模塊

電池是應(yīng)急燈的重要組成部分，過度放電會(huì)影響電池的壽命[6] 。自帶電源型消防應(yīng)急燈具由于使用獨(dú)立電源作為備用電源，電池的特性會(huì)直接影響到應(yīng)急時(shí)間、光源的亮度，因此采用合適的電池非常重要。目前，消防應(yīng)急燈具普遍采用鎳鉻或鎳氫充電電池。同時(shí)，控制系統(tǒng)必須對電池進(jìn)行檢測，以實(shí)現(xiàn)對電源的保護(hù)。

1.5 光源監(jiān)控保護(hù)模塊

光源控制模塊完成兩個(gè)功能:應(yīng)急狀態(tài)下產(chǎn)生信號，打開備用電源和光源的放電回路，在市電正常時(shí)檢測光源是否打開。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:消防應(yīng)急燈具的應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間應(yīng)不大于5 s，高危險(xiǎn)區(qū)域使用的消防應(yīng)急燈具的應(yīng)急轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于0.25 s。[7]

2 結(jié) 語

研制高度集成新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)的消防控制專用芯片，無疑將大大降低設(shè)備制造商的產(chǎn)品開發(fā)難度、成本與能耗，提高設(shè)備的可靠性。這已經(jīng)成為芯片設(shè)計(jì)者、設(shè)備制造商追求的目標(biāo)。隨著企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷加大，該芯片的成本還有進(jìn)一步的降低空間?？紤]到市場有對產(chǎn)品要求不斷提高的趨勢，在設(shè)計(jì)時(shí)，該芯片預(yù)留了系統(tǒng)升級更新的空間，可在短時(shí)間內(nèi)發(fā)展出衍生品種，滿足市場需求。

參考文獻(xiàn)

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[7]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB17945-2000消防應(yīng)急燈具[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.