趙曉蕾，黃治華，李新一

重慶大學(xué)光電工程學(xué)院，重慶 400030

安全指示牌在日常生活中不可或缺，尤其在公共場所應(yīng)用廣泛，它可以給我們指明安全出口的方向，當我們在不熟悉的環(huán)境遇到緊急情況，安全指示牌的作用就顯得尤為重要。隨著電子科技的發(fā)展，很多設(shè)備設(shè)施可以進行小型化、輕型化、智能化的改進，其功能將更加強大，為我們的日常生活提供更多便利。但是在目前，社會上普遍采用的安全指示牌還停留在單純的指示功能上。因此，我們想到可以通過加裝小型檢測元器件和單片機系統(tǒng)，使目前普遍采用的安全指示牌成為智能化的安全指示牌，以便充分利用現(xiàn)有的資源，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的安全意識的需求。

1 裝置功能及原理

我們將目前采用的指示牌普通面板改為LED 顯示屏，使其具有如下功能：在正常環(huán)境下能夠提示人們安全通道方向和注意安全等內(nèi)容。當所處環(huán)境發(fā)生火災(zāi)時，該指示牌能夠通過溫度傳感器和煙霧傳感器檢測到火災(zāi)信號，通過LED 向人們發(fā)出提示信息，即當溫度傳感器檢測到氣溫大于預(yù)設(shè)溫度，那么LED 將顯示“溫度報警”及安全出口方向，提示大家“趕快撤離”，并顯示相應(yīng)的自救措施；當煙霧傳感器檢測到煙霧信號時，蜂鳴器報警， LED將顯示“煙霧報警”及安全出口方向，提示大家“趕快撤離”，并顯示相應(yīng)自救措施。

我們選用C8051F020 型單片機為該系統(tǒng)的控制部件，將采集到的信號通過A/D 轉(zhuǎn)換，與預(yù)先設(shè)定的值進行比較，超過這個閾值，就會通過LED 顯示屏顯示出報警信息。信號采集部分我們選用的是溫度傳感器TS118-3和煙霧傳感器SS-168P。信號采集、控制、顯示3 大部分構(gòu)成了智能牌的硬件系統(tǒng)，其原理框圖如圖1所示。

圖1 裝置原理圖

2 硬件設(shè)計

2. 1 傳感器電路

本智能安全指示牌信號檢測分成溫度檢測和煙霧檢測兩個部分。

1）溫度傳感器。溫度檢測部分采用的是TS118-3 紅外溫度傳感器，該傳感器的傳輸特性基本上是線性的，便于調(diào)節(jié)。TS118-3分為兩個部分：熱敏電阻RTD和熱堆TP。熱敏電阻可感受環(huán)境溫度，熱堆可感受物體表面發(fā)出的紅外溫度，其中熱堆作為主要的信號輸出，熱敏電阻用于環(huán)境溫度補償。該傳感器輸出的信號是毫伏級的，必須進行放大和濾波處理，具體電路如圖2所示。

2）煙霧傳感器。煙霧檢測部分采用的是SS-168P 光電式煙霧探測器。光電式煙霧傳感有四根引腳。其中1、2 腳為供電電源，1 腳接高電壓12V，2 腳接地；3、4 腳為信號輸出端。在沒有檢測到煙霧時，3、4 兩輸出腳斷路；檢測到煙霧時，3、4輸出腳短路，同時發(fā)出聲光報警。因此，我們將3 腳接高電壓，采用比較方式得到煙霧報警信號，然后通過A/D 采集判斷高低電平信號從而判斷出是否有煙霧信號，具體電路如圖3所示。

圖2 放大濾波電路

圖3 電路

2.2 LED顯示電路

LED 顯示電路由LED 點陣屏和LED 驅(qū)動電路組成。

1）LED 點陣屏電路。點陣屏由16 塊8*8 點陣塊組成，16 塊點陣分兩排，共形成16×64的矩形點陣，一幀可以顯示4個字。由于LED 點陣屏發(fā)光器件比較多，不宜采用靜態(tài)掃描方式，故采用掃描方式。動態(tài)掃描電路需將每一排點陣塊的對應(yīng)行線接到一起，每一列點陣塊的對應(yīng)列線接到一起，這樣就可以通過掃描行線或列線，控制LED 顯示屏的顯示狀態(tài)。

2）LED 驅(qū)動電路 根據(jù)LED 顯示屏電路的連接方式，采用動態(tài)掃描方式進行顯示時，每行有一個行驅(qū)動器，各行的同名列共用一個列驅(qū)動器。動態(tài)方式掃描時，一方面行驅(qū)動器提供行有效信號，由第一行開始依次將該行接高電平，同時，根據(jù)列驅(qū)動器鎖存的數(shù)據(jù)來確定該列是接高電平還是低電平。當一行的持續(xù)掃描時間結(jié)束后，下一行又以同樣的方法進行顯示。所有行都掃描一遍后，即一個掃描周期后，又從第一行開始重新掃描，只要掃描周期遠比人的視覺暫留的時間短，就分辨不出顯示屏的動態(tài)閃爍。在掃描各行時，可以采用并行或串行方式將該行各列的數(shù)據(jù)送到對應(yīng)的列驅(qū)動器上。并行方式需要消耗大量硬件連線，實際中往往采用串行方式，控制電路利用一根信號線將列數(shù)據(jù)一位一位傳送到列驅(qū)動器上。存儲在控制電路里的顯示數(shù)據(jù)首先經(jīng)過并行到串行的轉(zhuǎn)換，傳送到對應(yīng)的列驅(qū)動器上，然后將各列并行地顯示出來，下面分別介紹行驅(qū)動和列驅(qū)動的具體實現(xiàn)電路。

（1）行驅(qū)動電路：采用兩片74LS138 譯碼芯片級聯(lián)，接成4線-16 線譯碼器的方法，控制LED 點陣屏的十六根行線。由于LED的每一顯示行的電流是很大的，而138 譯碼芯片的驅(qū)動能力有限，不足以驅(qū)動一組發(fā)光二極管，因此還需要在它的輸出端加4 953，以增強行驅(qū)動能力。

（2）列驅(qū)動電路：驅(qū)動電路應(yīng)具備串行并出的移位功能，且應(yīng)具備并行數(shù)據(jù)鎖存的功能。74HC595 具有一個8 位的串入并出移位寄存器和一個8 位的輸出鎖存寄存器，移位寄存器和輸出寄存器的控制各自獨立。

3 軟件設(shè)計

編程時選用的是C語言， 軟件系統(tǒng)主要用于完成傳感器采集信號的A/D轉(zhuǎn)換、狀態(tài)判斷、報警信號及提示語言的顯示等功能，主要包括主函數(shù)、初始化子程序，A/D 初始化子啟動程序、LED顯示子程序等。

1）主函數(shù) 主函數(shù)流程圖如圖4所示；

2）A/D 轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序。A/D轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序的具體功能：先對通道0 進行1 024次的采樣，并將1 024次采樣值求平均值，然后轉(zhuǎn)換通道2 采樣1 024次，將該1 024次的采樣取平均值，兩個通道采樣完畢將數(shù)據(jù)更新標志refreshflag 置1；

3）LED 顯示程序。通過編寫不同的顯示函數(shù)，然后在不同情況下，調(diào)用相應(yīng)的顯示函數(shù)，LED 便可以按照需求顯示相應(yīng)的內(nèi)容。

對漢字、數(shù)字、圖形的取?？梢杂萌∧＼浖?，在取模前需要根據(jù)需要進行點陣格式、取模方式、取模走向格式設(shè)置。當顯示滾動字幕時，需建立顯示緩沖區(qū)，通過顯示指針，直接在隊列中查找顯示內(nèi)容，并通過指針移動，來實現(xiàn)滾動顯示。

4 結(jié)論

該智能安全指示牌成功地把指示和火災(zāi)檢測兩個功能結(jié)合起來，它不僅完成基本的指示功能，并且在火災(zāi)發(fā)生時能及時地向人們發(fā)出報警信號，提供正確的撤離方向及自救措施，除平時為人們提供方便外，還為遇到火警能及時逃生和減輕救災(zāi)工作起到重要作用。當然，如果在硬件系統(tǒng)中再加裝上語音擴音器，并在軟件中做相應(yīng)的調(diào)整，便使該指示牌具有語音提示功能，智能安全指示牌的功能將更加完善。

圖4 主函數(shù)流程圖

[1]勒梔，等.基于51單片機的LED顯示屏開發(fā)技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009，2.

[2]張友德，趙志英，徐時亮.單片微型機原理、應(yīng)用與實驗.5 版.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2006，10.

[論3]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教.3版.北京：高等教育出版社，2006，5.

[4]高有堂，等.電子設(shè)計與實戰(zhàn)指導(dǎo).北京：電子工業(yè)出版社，2007，4.

[5]卜云峰，等.檢測技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[6]卿太全，等.傳感器應(yīng)用電路集萃.北京：中國電力出版社，2008.

[7][日]松井邦彥.傳感器實用電路設(shè)計與制作.北京：科學(xué)出版社，2005.