不用電源晶片滿足多種總線通信模式的消防智能應急燈具的製作方法

2023-04-22 18:44:52 1

應用於消防智能照明與疏散指示系統，是系統中的主要終端設備，包括照明燈具和指示燈具。

背景技術：

消防智能照明與疏散指示系統，是國家強制安裝的系統，一個系統中包含眾多的照明燈具和指示燈具，安裝位置分布範圍廣，因此系統布線成本，終端的硬體成本直接影響到系統的建設成本。本發明提供了一種通過單片機PWM控制技術實現電源降壓，節省了終端的電源晶片，降低了終端硬體成本，另外，本發明的一整套燈具方案可是適應普通RS485總線通信，FSK載波通信、OOK載波通信、通信、電源線PWM脈衝耦合通信等多種總線通信模式，可以根據現場條件和系統建設成本要求選擇合適的通信方式，改變通信模式只需更換不同的通信模塊，不用改變燈具主板的硬體電路。通信模塊採用統一標準的封裝形式，因此不違背燈具檢測標準的一致性要求，這種設計方案可以有效節省了檢測費用和時間。

技術實現要素：

如附圖1所示，本發明的消防燈具由MCU、 24V轉5V電源電路PWM控制單元、 LED燈珠控制單元、總線通信接口單元、語音及其它輔助功能單元等部分組成。現在實用的燈具的電源部分全都是採用直流降壓開關電源晶片實現，開關電源晶片價格已經沒有了降低的空間，而開關電源晶片的成本佔去了燈具電路的相當大部分，因此燈具的電路成本幾乎沒有進一步降低的空間。本發明充分利用單片機資源，採用單片機PWM技術和通用的開關電源降壓電路，如附圖4所示，將24V直流電源轉換成直流5V電源，給燈具的MCU和LED燈珠供電。對於照明燈具，功率比較大，本發明還提供了由單片機PWM控制的24V轉12V電源給照明燈具的大功率LED供電，如附圖6所示，將照明燈具的LED開關控制和電源轉換功能集成一體，省去了大功率開關電源晶片。燈具的MCU外圍提供統一的總線通信模塊接口，如附圖2和附圖3所示，用戶可以根據系統要求選擇不同的總線通信方式而不用重新設計燈具電路板。

附圖說明

圖1是消防燈具原理圖。

圖2是消防照明燈具MCU外圍電路原理圖。

圖3是消防指示燈具MCU外圍電路原理圖。

圖4是消防照明燈具24V傳5V電路原理圖。

圖5是消防照明燈具LED燈珠控制電路原理圖。

圖6是帶語音型消防指示燈具供電與LED燈珠控制電路原理圖。

圖7是消防指示燈具語音電路原理圖。

圖8是不帶語音型消防指示燈具供電與LED燈珠控制電路原理圖。

具體實施方式

燈具要正常工作，必須保證有穩定的工作電源，如附圖4所示，24V直流電源通過電阻R1、穩壓管D7和三極體Q4穩壓得到5V電源給單片機供電，單片機啟動後首先啟動PWM功能激勵由電阻R10、三極體Q3、電阻R6、R7、三極體Q1、電感L1、電容C2、肖特基二極體D4構成的開關電源降壓電路產生穩定的可供所有電路工作的5V電源。開關電源啟動後，穩壓二極體D7和三級管Q4起反饋控制作用，當負載變輕，5V電壓升高時，穩壓二極體D7導通，Q4導通，Q3關閉，Q1導通時間變窄，給電容C2充電的電流變小，5V輸出電源降低，從而保證了5V工作電源的穩定輸出。

單片機可以通過採樣的參考電壓計算出工作5V工作電壓的精確值，從而改變PWM輸出得佔空比，進一步增加5V工作電壓的穩定度。參考電壓的採樣如附圖2和附圖3所示。

附圖6和附圖8中，LED燈珠和單片機工作電壓為3.3V，單片機啟動後控制PWM3V3的佔空比保證3.3V的穩定輸出，附圖6還有一路5V輸出供語音放大晶片工作，單片機通過改變PWM5V的佔空比保證5V的穩定輸出。標誌燈具的三組LED燈珠由單片機的三個IO口獨立控制，從而單片機根據伺服器指令時自由指向，三組LED燈珠的故障狀態由三個AD採樣口獨立採樣獲取施加在LED燈珠上的電壓。當LED燈珠短路時，採樣電壓接近0V，從而正確檢測出LED短路故障；當LED燈珠斷路時，24V電源通過電阻R2、R3、R4施加到LED端子，使得採樣電壓遠大於LED的正常工作的電壓3.3V，從而正確檢測出LED開路故障。

附圖5中，照明燈具的光源由3~4顆LED串聯，工作電壓範圍10V~12V，由單片機產生PWM信號(17腳，PWM12V)控制開關電源降壓電路，工作原理和附圖4中的開關電源電路一樣，產生10V~12V的電壓給LED燈珠供電，單片機通過AD採樣口（19腳，AD_12V）採樣由開關電源產生的10V~12V電壓信號，調整PWM輸出得佔空比，提供給LED燈珠合適的工作電壓。單片機還採樣LED的實際工作電壓（20腳，AD_LED），當LED燈珠短路時，採樣電壓接近0V，從而正確檢測出LED短路故障；當LED燈珠斷路時，24V電源通過電阻R5施加在LED端子上的電壓會遠大於LED的正常工作電壓，從而正確地檢測出LED開路故障。

帶語音功能的標誌燈具的語音控制電路如附圖7所示，單片機根據伺服器指令控制語音晶片播放語音。

附圖2和附圖3中的總線通信模塊接口P1和P2，由+24V、TXEN、TXD、RXD、RXEN、+5V、GND、A、B、~24VN、~24VP管腳組成，可以滿足所有的總線通信模塊的接口要求。其中~24VN、~24VP提供電源線通信模塊接口，A、B提供獨立信號線接口。TXD、RXD通過短接電阻（附圖2中的R20、R21、R23、R24，附圖3中的R13、R16、R17、R18）選擇PWM通信模式或普通串口通信模式，可以滿足不同通信模式的模塊要求。