畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：基于單片機(jī)控制的LED應(yīng)急燈的研究學(xué)生姓名：所在院系：所學(xué)專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)教育導(dǎo)師姓名：完成時(shí)間：摘要本文闡述了LED應(yīng)急燈采用單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)原理與實(shí)現(xiàn)方法。先分析應(yīng)急燈技術(shù)概況，提出采用LED照明的優(yōu)點(diǎn)，該照明控制系統(tǒng)的主控制器以AT89C2051單片機(jī)為基礎(chǔ)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，在完成傳統(tǒng)應(yīng)急燈基本控制要求的基礎(chǔ)上，完善電路的控制要求，增加輔助控制功能，提高電路的可控性和可視性。主控制器在接收到外部電路送來(lái)的信號(hào)后，發(fā)出命令控制應(yīng)急燈實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟、關(guān)閉、定時(shí)放電控制等功能。關(guān)鍵字：LED，應(yīng)急燈，單片機(jī)TheControlSystemforLEDEmergencylightBasedonSingle–chipMicrocomputerAbstractThepaperexpatiatesonthedesigningtheoriesandimplementationmethodofthecontrolsystemforLEDEmergencylightbySingle-ChipMicrocomputer.Analyzestheemergencylighttechnologysurveyfirst,proposedthatusestheLEDilluminationthemerit,ThehostcontrollerofthecontrolsystemforlightingisbasedonAT89C2051Single-ChipMicrocomputer。Accordingtothecorrelationtechniquestandard'srequest,incompletesthetraditionalemergencylightbasiccontrolrequestinthefoundation,theperfectelectriccircuit'scontrolrequest,increasesthesecondarycontrolfunction.Enhanceselectriccircuit'scontrollabilityandtheviewability.Themaster-controlunitafterreceivingthesignalwhichexteriorelectriccircuitsends,sendsoutthecommandcontrolemergencylighttorealizeopening,theclosure,functionsandsoontimedelectricdischargecontrol.Keywords:LED,Emergencylight,Single–ChipMicrocomputer目錄1緒論 12傳統(tǒng)應(yīng)急燈的分析 12.1傳統(tǒng)應(yīng)急燈的結(jié)構(gòu)和使用中的不足 12.2原因分析及改進(jìn)方法 23設(shè)計(jì)方案的研究 33.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 33.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與結(jié)構(gòu) 43.3系統(tǒng)的特點(diǎn)與功能要求 54應(yīng)急光源與電源的選擇 64.1傳統(tǒng)應(yīng)急燈光源 64.2LED照明光源發(fā)展 64.3LED優(yōu)點(diǎn) 74.4蓄電池選擇 75硬件功能電路分析與設(shè)計(jì) 85.1中央處理單元電路設(shè)計(jì) 95.2市電及電源轉(zhuǎn)換電路 115.2.1蓄電池充電電路 115.2.2中央處理單元電源電路 135.3應(yīng)急檢測(cè)電路 145.4電池保護(hù)電路 155.4.1定期放電電路 155.4.2防過(guò)放保護(hù)電路 155.5LED光源組合及驅(qū)動(dòng)電路 176軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 197結(jié)束語(yǔ) 19致謝 20參考文獻(xiàn) 21附錄1整體電路圖 22附錄2程序 231緒論消防應(yīng)急照明和疏散指示標(biāo)志作為建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)給現(xiàn)場(chǎng)人員提供疏散照明和指示的消防設(shè)施，已被廣泛安裝使用在各類建筑中，成為建筑消防系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分,其性能好壞直接關(guān)系到該建筑中人員的生命安全。近年來(lái)，各界人士都認(rèn)識(shí)到了消防應(yīng)急照明和疏散指示的重要性，消防應(yīng)急燈具也得到了很大的發(fā)展。集中電源型消防應(yīng)急燈具主要由集中應(yīng)急電源和消防應(yīng)急燈具組成。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)照明燈具節(jié)能和科學(xué)管理提出了更多、更高的要求，使照明控制系統(tǒng)具有了節(jié)能、方便、智能等作用，并能改善環(huán)境，實(shí)現(xiàn)高效照明效果，提高管理水平。當(dāng)今節(jié)約能源排在首位，而各種照明約占整個(gè)用電量的絕大部分，與人們生產(chǎn)生活密切相關(guān)。因此需要大量各種節(jié)能燈具相配套，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，綠色、高效、節(jié)能，長(zhǎng)壽命的LED燈逐漸走入人們的視野。目前，LED照明技術(shù)日趨成熟，大功率LED光源功效已經(jīng)達(dá)到80lm/W，用LED照明燈進(jìn)行照明節(jié)能改造成為可能。LED的光效和大功率集成技術(shù)都有了很大的提高，LED已經(jīng)開(kāi)始在照明領(lǐng)域里初步應(yīng)用，出現(xiàn)了LED路燈、LED礦燈、LED應(yīng)急燈、LED車燈、LED景觀燈等多種以大功率LED為光源的照明燈具。基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。本課題研究基于單片機(jī)控制的LED應(yīng)急燈，它被設(shè)計(jì)為：在白天用戶主動(dòng)關(guān)閉室內(nèi)照明燈后，即使市電中斷應(yīng)急燈也不會(huì)點(diǎn)亮。夜間，一旦市電中斷，失去照明應(yīng)急燈立即點(diǎn)亮，電路能自動(dòng)檢測(cè)斷電前后室內(nèi)的照明情況，并判斷是否有啟動(dòng)應(yīng)急燈照明的需要。2傳統(tǒng)應(yīng)急燈的分析如果在夜晚遇到突然停電。而且是在人員密集的高層建筑，特別是由于突發(fā)意外原因引起的停電如：地震、火災(zāi)。會(huì)使人員的疏散造成很大的困難。這時(shí)如果有一盞應(yīng)急燈來(lái)照明，會(huì)給人員的疏散帶來(lái)很大的方便。首先介紹一下傳統(tǒng)的應(yīng)急照明燈。2.1傳統(tǒng)應(yīng)急燈的結(jié)構(gòu)和使用中的不足 目前，在普通住宅、高層住宅和工業(yè)建筑中等使用的應(yīng)急燈多數(shù)是采用斷電啟用式，基本實(shí)現(xiàn)的功能是：外部電源供電狀態(tài)下蓄電池充電，燈不亮。外部電源斷電蓄電池放電，燈亮照明。根據(jù)消防系統(tǒng)工程和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的具體技術(shù)要求。一般消防應(yīng)急燈具由燈體、光源、后備電池以及控制電路組成。基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。交流變壓器交流變壓器整流濾波狀態(tài)顯示充電電路控制電路光源 圖1傳統(tǒng)應(yīng)急燈框圖從目前消防應(yīng)急燈具的實(shí)際應(yīng)用的情況上看，AC／DC電路，一般均采用的是線性整流濾波電路也即線性AC／DC電路，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、技術(shù)成熟，缺點(diǎn)是該電路受市電電網(wǎng)波動(dòng)影響，經(jīng)常影響消防應(yīng)急燈具的正常工作。降低了消防應(yīng)急燈具的可靠性。對(duì)于充電電路。應(yīng)按可充電電池的類型分別進(jìn)行合理的充電，依據(jù)其工作原理，對(duì)于鉛酸電池，可進(jìn)行浮充或循環(huán)充電；鎳鎘電池應(yīng)以恒流、恒壓或恒壓恒流方式充電，并有小電流充電和控制能力。電池充電電路上的發(fā)展方向是脈沖充電方式或PWM方式。電池的保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)方式很多，目前多以分立元件實(shí)現(xiàn)，可靠性差、工藝性不好，集成電路的應(yīng)用是較好解決這一問(wèn)題的方法。逆變電路與負(fù)載類別有關(guān)，即不同的光源要求不同的逆變機(jī)理和電路。在消防應(yīng)急燈具中，逆變電路不僅僅是將直流信號(hào)轉(zhuǎn)變成交變信號(hào)，也擔(dān)負(fù)著應(yīng)急狀態(tài)轉(zhuǎn)換、功率損耗，正確和合理地設(shè)計(jì)逆變電路是消防應(yīng)急燈具設(shè)計(jì)中關(guān)鍵技術(shù)之一。這種類型結(jié)構(gòu)的應(yīng)急燈，通過(guò)在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中觀察，實(shí)際上存在以下的不足和缺點(diǎn)。一是消耗電能大，使用壽命不夠長(zhǎng)。二是控制電路過(guò)于簡(jiǎn)單，功能不夠強(qiáng)大。三維修費(fèi)用高，傳統(tǒng)應(yīng)急燈易損部件是蓄電池和照明燈泡。2.2原因分析及改進(jìn)方法應(yīng)急燈壽命短和維修費(fèi)用高的兩大致命缺陷，分析其根本原因主要來(lái)自三方面：一是蓄電池本身的使用壽命基本決定了應(yīng)急燈的壽命，蓄電池的性能并未達(dá)到我們預(yù)想的要求。二是傳統(tǒng)的應(yīng)急燈采用白熾燈作為光源，光源的亮度不夠而且消耗電能大。三是電路過(guò)于簡(jiǎn)單，只要外部電源斷電的情況下蓄電池放電，燈亮照明，如果在白天光線強(qiáng)的情況下，應(yīng)急燈是不需要工作的，實(shí)際上這是無(wú)謂的放電。綜合以上三方面的原因，如果只考慮第一和第二方面，改進(jìn)思路比較簡(jiǎn)單無(wú)非是改變一下電池和照明光源。但如果在兼顧第三那方面則必須系統(tǒng)地分析，綜合考慮應(yīng)急燈的改進(jìn)思路，重點(diǎn)是改進(jìn)應(yīng)急燈的電路結(jié)構(gòu)，考慮采用新的控制方法，完善其性能。解決應(yīng)急燈外部電源斷電就開(kāi)始工作，即無(wú)謂的放電的問(wèn)題，也就是說(shuō)要考慮應(yīng)急燈需要具備哪些性能才不會(huì)出現(xiàn)外部電源斷電就開(kāi)始無(wú)謂的放電現(xiàn)象。只有在滿足一定條件時(shí)才會(huì)實(shí)現(xiàn)燈亮照明。如圖表1所示。表1改進(jìn)方案同時(shí)滿足的條件斷電光線昏暗實(shí)現(xiàn)辦法檢測(cè)光控是否可行可行可行光源的選擇：為了提高傳統(tǒng)應(yīng)急燈照明光源的壽命和降低電耗，我們可以采用LED節(jié)能光源作為應(yīng)急燈的光源，因?yàn)槠溆性S多優(yōu)勢(shì)：耗電量?jī)H為一般燈泡的20%；體積小，占用空間小；壽命長(zhǎng)，是一般燈泡的幾倍。采用LED作為光源后，不僅降低了應(yīng)急燈的成本，而且有效的提高了發(fā)光的強(qiáng)度。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，單片機(jī)（單片微型計(jì)算機(jī)）的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和領(lǐng)域，它起到了越來(lái)越重要的作用。廣泛用在在各種控制電路中用來(lái)完善電路的控制功能。對(duì)傳統(tǒng)應(yīng)急燈控制電路的改進(jìn)。首先要根據(jù)有關(guān)消防行業(yè)的技術(shù)規(guī)范，其次對(duì)應(yīng)急燈控制電路進(jìn)行分析改進(jìn)，完善各種控制要求，增加一些輔助控制功能，增強(qiáng)其控制性。對(duì)于控制電路我們采用單片機(jī)作為主要控制單元，并設(shè)計(jì)其外圍控制電路，使電路能夠滿足斷電、光線昏暗時(shí)應(yīng)急照明的基本要求。3設(shè)計(jì)方案的研究針對(duì)傳統(tǒng)應(yīng)急燈在使用中的不足，根據(jù)分析得出的結(jié)論。合理的選擇設(shè)計(jì)方案，完善電路的控制要求，使電路能夠盡可能的滿足各方面的需要。3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析該應(yīng)急燈電路應(yīng)該在傳統(tǒng)應(yīng)急燈電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，不僅能夠完成最基本的控制功能，而且增加一些輔助功能，使電路更加完善；同時(shí)采用節(jié)能、環(huán)保、效率高的新型發(fā)光材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源。首先在應(yīng)急燈光源的選擇上，近年來(lái)出現(xiàn)的高亮發(fā)光二極管(LED)，由于具有體積小、壽命長(zhǎng)、耗電量少、發(fā)熱量低、無(wú)交流閃爍、啟動(dòng)速度快、電磁干擾小、光線自然純正等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在照明、交通信號(hào)指示、手機(jī)屏幕背光、汽車摩托裝飾、大尺寸平面顯示等領(lǐng)域。利用高亮白光LED制作的照明燈具，摒棄了傳統(tǒng)白熾燈泡的耗電多、亮度低、色偏黃、易破碎等缺點(diǎn)，并且不像熒光燈廢棄后會(huì)對(duì)環(huán)境造成汞污染，其日益成為人們首選的照明燈飾新寵。其次分析傳統(tǒng)應(yīng)急燈控制功能，改用單片機(jī)作核心控制元件。單片機(jī)接收各種檢測(cè)信號(hào)，推動(dòng)各個(gè)控制電路工作，完成基本功能要求。因單片機(jī)功能強(qiáng)大，如果在不增加硬件成本的情況下，可實(shí)現(xiàn)更多完善的充電、保護(hù)功能。因此可在原有基礎(chǔ)上增加輔助控制功能。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)該使電路基本完成：斷電時(shí)，能夠自動(dòng)根據(jù)當(dāng)時(shí)室內(nèi)的光線強(qiáng)度決定是否需要照明，并且僅在需要照明時(shí)點(diǎn)亮。在白天，房間不需照明，即使斷電應(yīng)急燈也不會(huì)點(diǎn)亮。在晚間，室內(nèi)由電燈照明時(shí)，斷電前光強(qiáng)較大，斷電時(shí)，燈光熄滅，室內(nèi)變黑。這種情況下有照明的實(shí)際需求，應(yīng)急燈會(huì)自動(dòng)亮起來(lái)。而且，由于電路使用固定電壓充電和電池低壓放電保護(hù)電路，可以防止電池過(guò)度充電和深度放電，從而延長(zhǎng)蓄電池的壽命。3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開(kāi)設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。軟件設(shè)計(jì)部分，首先根據(jù)硬件電路分析所要完成的控制功能，列出詳細(xì)的計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括流程圖，選擇合適的編程語(yǔ)言和工具；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的是選擇用單片機(jī)作為中央控制單元，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫(huà)出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。軟件設(shè)計(jì)的方法與開(kāi)發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用51系列單片機(jī)，使用C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，可以使程序邏輯性強(qiáng)，且簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫(xiě)各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過(guò)調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。總的來(lái)說(shuō)硬件方面要解決的問(wèn)題是單片機(jī)與外圍電路的接口問(wèn)題，對(duì)應(yīng)急條件做出判斷和處理。在軟件方面，主程序的編寫(xiě)思維十分重要，程序的結(jié)構(gòu)是否合理會(huì)直接影響到程序是否簡(jiǎn)潔、思維是否清晰、功能是否完整。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由以下及部分組成：（1）中央處理系統(tǒng)；（2）電源供電系統(tǒng)；（3）LED光源及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；（4）應(yīng)急判斷系統(tǒng)。這幾部分共同完成了中央控制器對(duì)應(yīng)急判斷系統(tǒng)的檢測(cè)和執(zhí)行，在滿足條件時(shí)，達(dá)到控制LED應(yīng)急照明燈具的目的。其硬件電路只是系統(tǒng)的實(shí)施工具，軟件程序是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實(shí)現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。電路圖如圖2所示：中央處理單元中央控制單元光源及控制電路顯示檢測(cè)電路應(yīng)急判斷電路電源電路應(yīng)急燈電源電路中央處理單元中央控制單元光源及控制電路顯示檢測(cè)電路應(yīng)急判斷電路電源電路應(yīng)急燈電源電路 圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.3系統(tǒng)的特點(diǎn)與功能要求國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《消防應(yīng)急燈具》(GB17945—2006)對(duì)消防應(yīng)急燈具的燈具性能有明確要求。主要包括以下幾個(gè)方面：（1）應(yīng)該有工作狀態(tài)指示燈。用于分辨消防應(yīng)急燈具工作狀態(tài)是否正常，也用于分辨消防應(yīng)急具與普通燈具。（2）應(yīng)該有試驗(yàn)按鈕或試驗(yàn)開(kāi)關(guān)。用于試驗(yàn)消防應(yīng)急燈具能否轉(zhuǎn)換到應(yīng)急工作狀態(tài)。（3）燈泡(或燈管)異常(包括規(guī)格不同)時(shí)，燈具內(nèi)部元件表面最高溫度不超過(guò)90℃。消防應(yīng)急燈具也是用電設(shè)備。有發(fā)生火災(zāi)的可能，此要求是用于防止消防應(yīng)急燈具內(nèi)部發(fā)熱而引起火災(zāi)。同時(shí)，燈泡(或燈管)規(guī)格不同，電池工作的時(shí)間和照度也就不同。也就不一定能滿足火災(zāi)疏散時(shí)間要求和照度要求。（4）燈具外殼應(yīng)選用不燃或難燃材料制造，內(nèi)部連線宜采用耐溫不小于105℃的導(dǎo)線，是用于防止消防應(yīng)急燈具本身引起火災(zāi)。根據(jù)以上要求，該設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)需要完成以下幾個(gè)功能：(1)光線充足或市電正常時(shí)，應(yīng)急燈不亮；(2)光線不強(qiáng)，且市電斷開(kāi)時(shí)，應(yīng)急燈亮，且滿足一定的時(shí)間要求。同時(shí)當(dāng)市電恢復(fù)正常后，應(yīng)急燈熄滅。(3)應(yīng)該有工作狀態(tài)指示燈。用于分辨消防應(yīng)急燈具工作狀態(tài)是否正常．(4)能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行測(cè)試功能。用于試驗(yàn)消防應(yīng)急燈具能否轉(zhuǎn)換到應(yīng)急工作狀態(tài)。(5)在長(zhǎng)時(shí)間（一個(gè)月）不斷電的情況下能夠?qū)Τ潆婋姵剡M(jìn)行放電處理。在充電時(shí)候具有指示功能。4應(yīng)急光源與電源的選擇合理的選擇選擇應(yīng)急光源不僅有利于提高照明效果，而且可以節(jié)約資源，減少對(duì)電源的損壞。4.1傳統(tǒng)應(yīng)急燈光源大多數(shù)的應(yīng)急燈發(fā)光體采用低壓白熾燈，直接采用12V直流供電。缺點(diǎn)是效率低。近年來(lái)廣泛使用的節(jié)能燈（緊湊型熒光燈）耗電省、亮度高。其亮度相當(dāng)于白熾燈的2-3倍。但需要增加直流逆變部分，成本升高。而且會(huì)產(chǎn)生高頻電波輻射，對(duì)手機(jī)、收音機(jī)等造成干擾。白熾燈：主要以鎢絲作燈絲，因?yàn)殒u有高熔點(diǎn)及低蒸發(fā)率。白熾燈的大部分輻射光是紅外線，所以120V白熾燈的照明效率在2400K時(shí)約為8lm/W，一般100W白熾燈只有7%的電功率轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光。日光燈：一般日光燈用低壓放電可以產(chǎn)生11000-13000K的高溫，目前日光燈可以用的材料有汞即水銀和鈉，汞燈釋放紫外線故多用于一般日光燈，燈管涂上熒光粉以產(chǎn)生白光。傳統(tǒng)應(yīng)急燈使用頻率低，時(shí)間短，燈的功率不大，所以一般選用普通低壓白熾燈。4.2LED照明光源發(fā)展LED即LightEmittingDiode（發(fā)光二極管）的縮寫(xiě)。即：光線激發(fā)二極管，屬于一種半導(dǎo)體元器件。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為P-N結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。現(xiàn)在照明光源已逐漸發(fā)展為白光LED。LED技術(shù)可以應(yīng)用在普通照明、背光照明、道路交通、招牌和顯示屏、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、醫(yī)學(xué)以及通信等領(lǐng)域。近幾年來(lái)，隨著人們對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進(jìn)展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現(xiàn)，使LED應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場(chǎng)成為可能。LED照明的變革將擴(kuò)展人們的照明觀念，更加體現(xiàn)節(jié)能化、健康化、藝術(shù)化和人性化的發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)較被看好的是三波長(zhǎng)白光LED，即以無(wú)機(jī)紫外光晶片加紅、藍(lán)、綠三顏色熒光粉混合產(chǎn)生白光，它將取代熒光燈、緊湊型節(jié)能熒光燈泡及LED背光源等市場(chǎng)。LED照明光源的主流將是高亮度白光LED。4.3LED優(yōu)點(diǎn)（1）發(fā)光效率高。LED經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。LED光效達(dá)到50～200lm/W。目前，世界各國(guó)均加緊提高LED光效方面的研究，在不遠(yuǎn)的將來(lái)其發(fā)光效率將有更大的提高。（2）耗電量少，LED單管功率0.03-0.06瓦，采用直流驅(qū)動(dòng)，單管驅(qū)動(dòng)電壓1.5-3.5伏，電流15-18毫安，反應(yīng)速度快，可在高頻操作。在同等照度下，LED比白熾燈光源節(jié)能70%，比熒光燈節(jié)能50%。（3）使用壽命長(zhǎng)，采用電子光場(chǎng)輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點(diǎn)。而采用LED燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng)，不易破碎。平均壽命達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。（4）安全可靠性強(qiáng)，發(fā)熱量低，無(wú)熱輻射，冷光源，可以安全抵摸：能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和，無(wú)眩光；不含可能危害健康的物質(zhì)。（5）有利于環(huán)保，LED為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒(méi)有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開(kāi)發(fā)成輕便薄短小型照明產(chǎn)品，也便于安裝和維護(hù)。（6)可控制性，由于LED燈可以基本做到瞬間接通發(fā)光，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件和控制器，可以比較容易地實(shí)現(xiàn)LED燈的顏色和圖形的各種變化。4.4蓄電池選擇常用的容量較大的可充電電池有：鎳--鎘電池，鎳氫電池，鉛酸電池等，免維護(hù)密封鉛酸蓄電池因其容量大，價(jià)格廉價(jià)．充電技術(shù)成熟，維護(hù)要求低，而廣泛用于便宜式儀器，輪船，電動(dòng)車，通訊等。故本設(shè)計(jì)選用小型免維護(hù)密封鉛酸蓄電池。選標(biāo)準(zhǔn)系列：12V、。傳統(tǒng)應(yīng)急燈光源：12V、5W白熾燈。應(yīng)急時(shí)間：≥90min。電池：12V、。燈電流：EQ實(shí)際點(diǎn)亮?xí)r間本電路采用鉛酸免維護(hù)蓄電池，不需專門的維護(hù)；即便傾倒電解液也不會(huì)溢出，不向空氣中排放氫氣和酸霧；安全性能更好。但是對(duì)蓄電池的充放電更為敏感，因此對(duì)充電電路要求高。蓄電池的額定容量C，單位安時(shí)（Ah），它是放電電流安（A）和放電時(shí)間小時(shí)（h）的乘積。由于對(duì)同一個(gè)電池采用不同的放電參數(shù)所得出的Ah是不同的。實(shí)踐中，電池容量被定義為：用設(shè)定的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所給出的電量。也可以說(shuō)電池容量是：用設(shè)定的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所經(jīng)歷的時(shí)間和這個(gè)電流的乘積。上述所謂設(shè)定的電壓是指終止電壓（單位V）。終止電壓可以簡(jiǎn)單的理解為：放電時(shí)電池電壓下降到不至于造成損壞的最低限度值。終止電壓值不是固定不變的，它隨著放電電流的增大而降低。電池的充電方法常用的有三種：（1）脈沖充電：既簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的方法。變壓器次級(jí)輸出的低壓交流整流脈動(dòng)成直流（不濾波）對(duì)電池充電．此方法充電電流較大，充電速度快，缺點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，充電電流也隨之波動(dòng)．容易發(fā)生因充電電流大，電池溫升高，電解質(zhì)損失大，從而導(dǎo)致電池?fù)p壞的情況，所以這種方法對(duì)免維護(hù)密封鉛酸蓄電池很少采用。（2）恒流充電：為了防止電池內(nèi)溫升太高及電解液的損失太大，充電電流調(diào)得比較小，需要充電的時(shí)間較長(zhǎng)，另一方面，充電時(shí)間太長(zhǎng)，就會(huì)發(fā)生過(guò)充，為了防止因過(guò)充而損壞電池，需另設(shè)過(guò)充檢測(cè)或定時(shí)電路。(3)恒壓充電：理論和實(shí)踐均證明，當(dāng)充電電壓低于充電電壓上限（對(duì)12V電池而言，此值為）時(shí)恒壓充電是安全的，即使充電時(shí)間很長(zhǎng)，也無(wú)危險(xiǎn)，如果需要，電池還可以工作在浮充狀態(tài)。市電中斷平凡發(fā)生的情況是很少的，應(yīng)急燈對(duì)電池充電的速度要求不高。考慮上述因素本設(shè)計(jì)充電電壓取13.5V，略低于工程實(shí)用經(jīng)驗(yàn)值13.8V。大多數(shù)應(yīng)急燈均長(zhǎng)期接在市電電源上，電池處于后備充電狀態(tài)，故選用恒壓充電方式。簡(jiǎn)單，安全。電路采用恒定電壓對(duì)后備電池充電，不會(huì)發(fā)生過(guò)度充電的問(wèn)題。5硬件功能電路分析與設(shè)計(jì)按照應(yīng)急燈實(shí)際工作中的作用，硬件電路如附錄1所示，可分為主要的幾個(gè)部分。以AT89C2051單片機(jī)作為整個(gè)電路的核心控制單元，通過(guò)它控制其他模塊來(lái)完成各種復(fù)雜的操作。利用LED作為該電路應(yīng)急燈光源，能節(jié)約能源、延長(zhǎng)燈具壽命、提高照明質(zhì)量。市電檢測(cè)電路和光控電路用來(lái)檢測(cè)應(yīng)急場(chǎng)所市電的狀態(tài)和應(yīng)急場(chǎng)所光線的的強(qiáng)弱，來(lái)判斷是否需要接通應(yīng)急燈。電源電路采用集成三端穩(wěn)壓器，不僅要完成給蓄電池充電，而且還要提供控制電路的工作電壓。增加一些電源指示顯示，增強(qiáng)該電路的可觀察性。電路如圖3所示。中央處理單元中央處理單元LED應(yīng)急燈光源市電檢測(cè)電路應(yīng)急燈控制電路試驗(yàn)檢測(cè)電路光控電路市電及電源應(yīng)急燈電源充、放電電路指示電路圖3總體設(shè)計(jì)框圖5.1中央處理單元電路設(shè)計(jì)為了改進(jìn)傳統(tǒng)應(yīng)急燈采用分立元件設(shè)計(jì)控制電路，控制電路功能簡(jiǎn)單，該電路采用單片機(jī)AT89C2051作為其核心控制單元，其外圍電路有復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。復(fù)位電路有R1、R2和C1組成；時(shí)鐘電路有6MHZ晶體、C2和C3組成。按鈕開(kāi)關(guān)S2和1K電阻組成一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試電路，當(dāng)按下S2，給單片機(jī)送一個(gè)低電平信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部程序驅(qū)動(dòng)輸出控制繼電器，點(diǎn)亮應(yīng)急燈。中央處理單元用于接收和判斷外部電路送來(lái)的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部程序控制，再給相應(yīng)的控制電路發(fā)出執(zhí)行信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電路動(dòng)作。電路圖如圖4所示。圖4中央處理電路AT89C2051芯片介紹：AT89C2051是ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含2kbytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C2051單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合。其管腳圖如圖5所示。圖5AT89C2051管腳圖（1）主要功能特性：*兼容MCS51指令系統(tǒng)；*2KB可重編程FLASH存儲(chǔ)器（1000次）；*2.7-6V電壓范圍；*全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz；*128*8位內(nèi)部RAM；*15條可編程I/O線；*兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；*6個(gè)中斷源，兩個(gè)外部中斷源；*可編程串行通道；*高精度電壓比較器（P1.0，P1.1，P3.6）；*直接驅(qū)動(dòng)LED的輸出端口；*低功耗空閑和掉電模式；（2）AT89C2051引腳功能說(shuō)明：VCC：電源電壓+5V。GND：接地端。P1口：P1口是一組8位雙向I/O接口，P1.2-P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和P1.1內(nèi)部無(wú)上拉電阻。P1口輸出緩沖器可吸收20mA的電流并可直接驅(qū)動(dòng)LED。P3口：P3口的P3.0-P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的7個(gè)雙向I/O接口。P3.6沒(méi)有引出，它作為一個(gè)通用的I/O口，但是不可訪問(wèn)。可作為固定輸入的片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)。當(dāng)P3口寫(xiě)入1時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉高并可作為輸入端口。RST：復(fù)位輸出。XTAL1：振蕩器的反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。P3口的特殊功能如表2所示：表2P3口的特殊功能端口引腳功能特征P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（并行輸入口）P3.2(外部中斷0)P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)0外部輸入）P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)1外部輸入）5.2市電及電源轉(zhuǎn)換電路該電路的主要有兩部分電路組成，分別是蓄電池充電電路和中央處理單元的電源電路。把交流220V電壓經(jīng)過(guò)變壓器降壓，再經(jīng)整流濾波后，通過(guò)穩(wěn)壓電路給12V蓄電池充電，該電壓不僅要作為應(yīng)急燈的電源，而且還要為中央控制單元供電。5.2.1蓄電池充電電路對(duì)蓄電池的充電方法有很多種，經(jīng)過(guò)前面的分析，我們知道恒壓充電對(duì)蓄電池有很大的好處，因此蓄電池的充電電路我們采用恒壓充電來(lái)設(shè)計(jì)。該電路主要有電源變壓器T1、橋式整流濾波電路和集成三端穩(wěn)壓器LM317組成。電池充電電路如圖6所示。（1）原理分析：220V交流電經(jīng)變壓器T1降壓，變?yōu)榻涣?5V，V1—V4組成橋式整流器，交流電經(jīng)整流后變成單向脈動(dòng)直流電，再經(jīng)過(guò)C10進(jìn)行濾波，濾除其中的交流成分。LM317為三端可調(diào)正穩(wěn)壓器。由電位器RP2將輸出調(diào)整至13.5V，R13，R12與三極管組成限流電路。當(dāng)蓄電池充電電流Io小于限定值時(shí)，T截止：當(dāng)Io大于限制值時(shí)，T導(dǎo)通，Uo下降,Io也下降。V6為防反充。圖6蓄電池充電電路主要設(shè)計(jì)計(jì)算：（1）根據(jù)WL317的使用說(shuō)明，穩(wěn)壓器的輸出端和調(diào)整端之間的電壓是非常穩(wěn)定的電壓，其值為1.25V。電阻R11一般取240。Uo按使用要求為13.5V，它主要是由調(diào)電阻Rp2決定。有公式：（1）可得：（2）其中是可調(diào)電阻Rp2和R12等綜合作用后的等效電阻，其值略小于可調(diào)電阻Rp2，所以選擇Rp=3KΩ。(2）為保證LM317正常工作，取因?yàn)椋裕虼俗儔浩鞔渭?jí)電壓取標(biāo)準(zhǔn)值15V。當(dāng)220Ｖ交流電受影響波動(dòng)—10％時(shí)：即(3)(4)LM317仍可工作在穩(wěn)壓狀態(tài)。當(dāng)220V上浮10％時(shí)：，小于LM371最高允許輸入電壓30V。(3)限流部分元件設(shè)計(jì)三極管選用9013，導(dǎo)通閥值0.5～0.7V限流值為0.6A；故R13應(yīng)選用1Ω，R13的耗散功率為。（2）LM317三端穩(wěn)壓器介紹：LM317是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。LM317的輸出電壓范圍是1.2V至37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM317內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM317輸入端的連線超過(guò)6英寸（約15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。(1)特性簡(jiǎn)介：可調(diào)整輸出電壓低到1.2V。保證1.5A輸出電流。典型線性調(diào)整率0.01%。典型負(fù)載調(diào)整率0.1%。80dB紋波抑制比。輸出短路保護(hù)。過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。(2)電壓范圍：1.25V至37V連續(xù)可調(diào)。(3)LM317工作原理：LM317的輸入最高電壓為30多伏，輸出電壓1.532V。電流1.5A。不過(guò)在用的時(shí)候要注意功耗問(wèn)題，注意散熱問(wèn)題。LM317有三個(gè)引腳.一個(gè)輸入一個(gè)輸出一個(gè)電壓調(diào)節(jié)。輸入引腳輸入正電壓,輸出引腳接負(fù)載,電壓調(diào)節(jié)引腳一個(gè)引腳接電阻(200左右)在輸出引腳,另一個(gè)接可調(diào)電阻(幾K)接于地.輸入和輸出引腳對(duì)地要接濾波電容。5.2.2中央處理單元電源電路中央處理單元電源電路主要有三端穩(wěn)壓器WL7805組成。220V交流電經(jīng)變壓器降壓后，在通過(guò)整流濾波穩(wěn)壓，給12V蓄電池進(jìn)行充電。12V蓄電池不僅要作為L(zhǎng)ED應(yīng)急燈的驅(qū)動(dòng)電源，同時(shí)12V蓄電池電壓經(jīng)過(guò)7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生5V電壓，作為控制器的主電源。在220V交流市電斷開(kāi)后，直流5V仍然給單片機(jī)控制電路供電，使電路完成相應(yīng)的操作。電容C5用于抵消輸入線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩。同樣電容C6為濾波電容，C7為高頻旁路電容，用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。R1為限流電阻，LED為5V電源指示燈，可以觀察控制電路的供電是否正常。電路圖如圖7所示。圖7中央處理單元供電電路5.3應(yīng)急檢測(cè)電路該電路的功能是在應(yīng)急場(chǎng)合當(dāng)滿足應(yīng)急要求時(shí)（220V交流市電斷開(kāi)且應(yīng)急場(chǎng)所光線變暗），通過(guò)應(yīng)急檢測(cè)電路檢測(cè)到信號(hào)，該信號(hào)必須是在兩個(gè)應(yīng)急條同時(shí)滿足時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，將信號(hào)傳送到中央控制單元，然后經(jīng)控制單元內(nèi)部程序發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外圍電路使應(yīng)急燈點(diǎn)亮。應(yīng)急監(jiān)測(cè)電路有兩部分組成，一個(gè)是市電檢測(cè)電路（市電顯示電路），另一個(gè)是光控檢測(cè)電路。任何一個(gè)條件滿足時(shí)都不會(huì)點(diǎn)亮應(yīng)急燈。只有同時(shí)滿足這兩個(gè)條件時(shí)，中央處理單元才會(huì)給外圍電路發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)應(yīng)急燈點(diǎn)亮。這部分電路不僅要有硬件電路，同時(shí)還需要軟件輔助完成。電路圖如圖8所示。圖8應(yīng)急監(jiān)測(cè)電路電阻R4和LED燈接在整流濾波電路之后，其作用主要是：當(dāng)市電正常時(shí)，LED發(fā)光，可以用作電源指示燈判斷市電是否正常。當(dāng)市電正常時(shí)LED發(fā)光，無(wú)論應(yīng)急場(chǎng)所的光線強(qiáng)弱與否（無(wú)論白天還是晚上）光敏電阻Rg均呈低阻狀態(tài)，三極管9013截止，給單片機(jī)AT89C2051的P1.5口，送高電平，通過(guò)內(nèi)部程序控制，使應(yīng)急燈不亮。當(dāng)市電斷開(kāi)，我們可以通過(guò)LED指示燈熄滅來(lái)判斷，但是如果應(yīng)急場(chǎng)所光線比較強(qiáng)時(shí)，應(yīng)急場(chǎng)所不需要應(yīng)急，光敏電阻Rg仍呈低阻狀態(tài)，控制電路使應(yīng)急燈不亮。但是當(dāng)市電斷開(kāi)且應(yīng)急場(chǎng)所光線變?nèi)鯐r(shí)，光敏電阻Rg的阻值將會(huì)變大，呈高阻狀態(tài)，此時(shí)三極管9013導(dǎo)通，給單片機(jī)AT89C2051的P1.5口送低電平，通過(guò)內(nèi)部程序控制，使應(yīng)急燈點(diǎn)亮。為提高光敏電阻的靈敏度，將LED指示燈選用白光或無(wú)色的發(fā)光二極管，光敏電阻Rg選擇MG45型光敏電阻。為了能讓光敏電阻充分感受到電網(wǎng)指示燈的光線，應(yīng)盡量使指示燈LED靠近光敏電阻Rg。5.4電池保護(hù)電路蓄電池在使用過(guò)程中形成不可逆硫酸鹽化，成為導(dǎo)電性能差、難以溶解、充電時(shí)難以恢復(fù)的硫酸鉛結(jié)晶，即通常所說(shuō)的不可逆鹽化，導(dǎo)致電池失效。統(tǒng)計(jì)表明，絕大多數(shù)電池的失效都是由于電池的過(guò)放電導(dǎo)致電極活性物質(zhì)的不可逆硫酸鹽化造成的。防過(guò)放電路的作用是防止蓄電池深度的放電，導(dǎo)致蓄電池的使用壽命縮短，增加系統(tǒng)的維護(hù)成本。5.4.1定期放電電路在現(xiàn)實(shí)的生活當(dāng)中，市電并不會(huì)經(jīng)常地?cái)嚅_(kāi)，因此應(yīng)急燈可能在一段長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)用不到，但是我們已經(jīng)把蓄電池充滿，在需要時(shí)點(diǎn)亮應(yīng)急燈，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)電池定期進(jìn)行一次放電，有利于活化電池，可以略微提升電池的容量。這部分電路主要是通過(guò)單片機(jī)AT89C2051內(nèi)部程序計(jì)時(shí)，設(shè)定時(shí)間為一個(gè)月，如果中間出現(xiàn)斷電應(yīng)急現(xiàn)象，則重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，否則計(jì)時(shí)時(shí)間一到就輸出控制信號(hào)接通放電回路。電路如圖9所示。圖9定期放電電路5.4.2防過(guò)放保護(hù)電路R8、RP1、C9、ZD1和LM308組成充電電池過(guò)放電壓檢測(cè)和控制電路。當(dāng)電池過(guò)度放電，端電壓下降至允許值下限時(shí)，燈自動(dòng)關(guān)閉，防止電池因深度放電而損壞。電路如圖10所示。12V鉛酸電池，放電電壓不能低于10.8V，檢測(cè)的原理是：首先給RP1設(shè)定一個(gè)過(guò)放電壓比較值，電壓比較器的兩個(gè)管腳采集到電壓。當(dāng)蓄電池放電電壓使其端電壓大于預(yù)先設(shè)定的過(guò)放電壓值時(shí)，集成運(yùn)放LM308的3腳電位高于2腳電位，6腳輸出高電平，如果蓄電池放電電壓使其端電壓低于預(yù)先設(shè)定的過(guò)放電壓值時(shí)，集成運(yùn)放LM308的3腳電位低于2腳電位，6腳輸出低電平，集成運(yùn)放LM308的第6腳接單片機(jī)AT89C2051的p1.4口，給單片機(jī)送一個(gè)低電平信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部程序控制放電電路斷開(kāi)。過(guò)放電壓比較值為 (5)則RP1的過(guò)放值為 (6)圖10防過(guò)放保護(hù)電路（1）LM308穩(wěn)壓塊介紹：LM308是精密運(yùn)算放大器，對(duì)非穩(wěn)壓電源有足夠電源抑制，其工作溫度范圍0~+70C，它在10M歐電源阻抗下工作誤差比在10K歐電源阻抗下工作小，積分器漂移小于500uV/秒，采用不大于1uF電容可獲得大于1小時(shí)的模擬時(shí)間延遲。管腳圖如圖11所示。特性：最大輸入偏置電流0.3nA；失調(diào)電流小于400pA；電源電流只有300uA(含飽和時(shí))；保證漂移特牲；圖11LM308管腳圖5.5LED光源組合及驅(qū)動(dòng)電路因?yàn)槲覀冞x用的應(yīng)急燈供電電源是采用12V的蓄電池進(jìn)行供電，因此我們采用恒壓驅(qū)動(dòng)。該電路的功能是：當(dāng)應(yīng)急檢測(cè)電路檢測(cè)到應(yīng)急場(chǎng)所需要應(yīng)急時(shí)，就給中央處理電路發(fā)出信號(hào)，然后在程序的控制下，在單片機(jī)AT89C2051的P1.6口送一個(gè)低電平信號(hào)，三極管V6導(dǎo)通，使繼電器導(dǎo)通，將12V蓄電池接到LED燈源上，此時(shí)LED發(fā)光。電路如圖12所示。圖12LED光源驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)LED燈時(shí)，我們應(yīng)該考慮采用什么樣的組合方式，合理的配合設(shè)計(jì)，才能保證LED正常工作。白色LED發(fā)光效率接近熒光燈的水平，并在穩(wěn)步增長(zhǎng)中。如圖13所示傳統(tǒng)背光照明單元的白光LED是并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，由于白光LED的亮度取決于電阻的阻抗值。然而白光LED的電壓VF本身具有不同的波動(dòng)范圍，因此相同的電阻會(huì)使白光LED的亮度產(chǎn)生分布不均現(xiàn)象。圖13傳統(tǒng)白光LED并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式因電壓波動(dòng)引起白光LED亮度不相同時(shí)，背光照明單元的光線就會(huì)有照明不均勻的問(wèn)題。雖然使用電器特性相同的白光LED可以改善亮度不均勻問(wèn)題，但實(shí)際上無(wú)法獲得電氣特性相同的白光LED。應(yīng)根據(jù)各個(gè)白光LED的電氣特性，逐一調(diào)整負(fù)載電阻。但是，實(shí)際上這種方式不是解決問(wèn)題的方式。為使白光LED的電流相同，可以用串聯(lián)方式如圖14所示的方式。由于電流I相同，亮度幾乎一致。但是當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電壓不變，那么分配在剩余的LED兩端電壓將升高，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將增大，導(dǎo)致容易損壞余下所有LED。圖14傳統(tǒng)白光LED串聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式在需要使用比較多LED的產(chǎn)品中，如果將所有LED串聯(lián)，將需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓。如果將所有LED并聯(lián)，則需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。將所有LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著LED的使用量，而且并聯(lián)LED負(fù)載電流較大，驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)大增。解決辦法是采用混聯(lián)方式。串并聯(lián)的LED數(shù)量平均分配，分配在同一串聯(lián)LED上的電壓相同，通過(guò)同一串每顆LED上的電流也基本相同，LED亮度一致。如圖15所示采用三個(gè)LED串聯(lián)，然后在并聯(lián)十排。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《消防應(yīng)急燈具》的要求，消防應(yīng)急燈供電的時(shí)間不小于90min。我們選擇蓄電池電池為12V、。選擇工作電壓為3V，電流為20mA的高亮白光LED。燈亮?xí)r間為：(6)限流電阻：(7)通過(guò)計(jì)算可知。與傳統(tǒng)應(yīng)急燈相比，利用同一型號(hào)的電源，采用LED光源的應(yīng)急燈的點(diǎn)亮?xí)r間明顯變長(zhǎng)。如果出現(xiàn)特殊情況需要長(zhǎng)時(shí)間照明，此時(shí)就可以滿足需要。如果亮度不夠還可以增加LED的數(shù)量，只要不超過(guò)允許值。以應(yīng)急燈亮2小時(shí)計(jì)算最多可并排數(shù)為： （8）圖15傳統(tǒng)白光LED混聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式6軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)急燈控制系統(tǒng)的流程圖如圖16所示。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)硬件電路所要完成的具體功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)控制過(guò)程設(shè)計(jì)出軟件系統(tǒng)的流程框圖，再根據(jù)硬件電路的各個(gè)模塊的控制要求，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的程序，然后把各段程序組合起來(lái)。程序如附錄2所示。軟件系統(tǒng)主要完成的功能：系統(tǒng)通電后,主程序先完成初始化工作，包括設(shè)定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式及初值,將有關(guān)存儲(chǔ)單元置初值,啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,開(kāi)中斷等等。然后程序?qū)⒉粩嗟奶幱谘h(huán)查詢外部電路送來(lái)的信號(hào)的狀態(tài)中。檢測(cè)是否有應(yīng)急信號(hào)送來(lái)，判斷是否需要應(yīng)急。如果檢測(cè)到應(yīng)急信號(hào)，則通過(guò)內(nèi)部程序驅(qū)動(dòng)應(yīng)急燈控制電路點(diǎn)亮應(yīng)急燈。如果在計(jì)時(shí)一個(gè)月的時(shí)間中，沒(méi)有檢測(cè)到應(yīng)急信號(hào)，則啟動(dòng)放電電路給蓄電池放電。在放電過(guò)程中，如果檢測(cè)到有應(yīng)急信號(hào)，則終止放電驅(qū)動(dòng)應(yīng)急燈點(diǎn)亮。如果應(yīng)急燈長(zhǎng)時(shí)間處于點(diǎn)亮應(yīng)急狀態(tài)，蓄電池長(zhǎng)時(shí)間放電，造成蓄電池過(guò)放，檢測(cè)到過(guò)放信號(hào)后，就驅(qū)動(dòng)輸出電路，關(guān)閉應(yīng)急燈。7結(jié)束語(yǔ)本文論述了采用單片機(jī)控制LED應(yīng)急燈的控制原理與實(shí)現(xiàn)方法。首先通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)應(yīng)急燈的分析，以及在現(xiàn)實(shí)生活中觀察。根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，分析提出了傳統(tǒng)應(yīng)急燈在現(xiàn)實(shí)生活中存在的不足，針對(duì)存在的不足提出了具體的改進(jìn)措施，對(duì)傳統(tǒng)應(yīng)急燈的照明光源以及控制電路進(jìn)行分析改進(jìn)。分別提出改進(jìn)措施，首先選擇新型發(fā)光材料，采用高亮白光LED作為光源，提高了光源的發(fā)光效率，減少對(duì)電源的損耗，節(jié)約資源，降低成本。采用單片機(jī)AT89C2051改進(jìn)控制電路，增強(qiáng)電路的控制功能，提高了電路的可控性和可視性。但由于資料和水平有限，在電源顯示和保護(hù)方面做的還不夠完善，在以后的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)中將會(huì)加以改進(jìn)。YYN開(kāi)始初始化點(diǎn)亮應(yīng)急燈過(guò)放檢測(cè)程序定時(shí)程序應(yīng)急檢測(cè)程序結(jié)束放電滿足應(yīng)急?足？？滿足應(yīng)急?足？？NY滿足?足？？YN圖18控制系統(tǒng)流程圖致謝在大學(xué)的學(xué)習(xí)階段，我要感謝機(jī)電學(xué)院的全體老師給我們講述知識(shí)，使我們受益匪淺，是您們才給了我們這樣的機(jī)會(huì)。在此，向您們致以崇高的敬意！在畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束之際，首先感謝我的導(dǎo)師，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中導(dǎo)師在設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法上給予我以充分的指導(dǎo)，對(duì)我論文不厭其煩的精心修改，提出了許多寶貴的意見(jiàn)使我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。老師淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度讓我十分佩服。在本次設(shè)計(jì)中我不僅受到老師的學(xué)風(fēng)、師德的熏陶，而且他的學(xué)識(shí)和風(fēng)范、關(guān)懷和教誨，將成為我永遠(yuǎn)的精神動(dòng)力，并相信這在我的人生中將會(huì)受益匪淺，同時(shí)也使自己的理論學(xué)習(xí)和實(shí)際聯(lián)系得更加緊密。在論文完成過(guò)程中，同時(shí)也得到了許多其他老師以及同學(xué)的熱心幫助和支持，讓我分享他們寶貴的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，在此向他們表示由衷的感謝。參考文獻(xiàn)[1]王平，亓祥民.關(guān)于消防應(yīng)急燈的使用研究與改進(jìn)[J].工程技術(shù),2008(4)：99[2]丁宏軍.集中電源型消防應(yīng)急燈具使用中的問(wèn)題與對(duì)策[J].建筑電氣,2007(5)：29～31[3]周炳峻，劉峰，黃旭強(qiáng).三款高亮LED節(jié)能應(yīng)急燈剖析與改進(jìn)[J].電子世界,2007(4)：39～40[4]周志敏,周紀(jì)海，紀(jì)愛(ài)華.LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2006[5]寶發(fā).全自動(dòng)多用途應(yīng)急燈[J].電子制作,2006(11)：66～67[6]何立民.單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006[7]劉佩章.小型高效應(yīng)急燈的制作[J].電子制作,2005(10)：56～57[8]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005[9]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005[10]李甫元.LED燈[J].電氣時(shí)代,2004(10)：128～129[11]張毅剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版，2004[12]鄭雁秋，賈云.消防應(yīng)急燈具設(shè)計(jì)存在問(wèn)題的探討[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2003(2)：39～41[13]嚴(yán)士農(nóng).新穎智能應(yīng)急燈[J].電子制作,2003(12)：10～11[14]童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]（第三版）高等教育出版社，2001[15]李貴仁，劉純巖.淺析消防應(yīng)急燈具的發(fā)展趨勢(shì)[J].消防科學(xué)與技術(shù),1999(3)：30～31[16]董兵.能自動(dòng)充電開(kāi)啟的應(yīng)急燈[J].現(xiàn)代通信,1998(11)：22[17]宋玉輝.用單片機(jī)對(duì)應(yīng)急燈進(jìn)行集群控制[J].微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用,1997(2)：121～123附錄1整體電路圖附錄1整體電路圖附錄1：整體電路圖附錄1整體電路圖附錄1：整體電路圖附錄2程序#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//以下是端口定義命令sbitceshiin=P1^0;//測(cè)試信號(hào)輸入sbityingjiin=P1^5;//應(yīng)急信號(hào)輸入sbityingjiout=P1^6;//應(yīng)急輸出sbitguofang=P1^4;//電源過(guò)放信號(hào)輸入sbitduandian=P1^7;//斷開(kāi)充電電源并放電ucharyue,tian,shi,fen,miao,jishu;//定義延時(shí)用全局變量/********去抖動(dòng)延時(shí)*************/voiddelay10ms(){ uinti,shuzhi1; i=100; shuzhi1=1050; while(i) {while(shuzhi1) { shuzhi1--; } i--; } }/*********燈閃延時(shí)*************/voiddelay100ms(){ uinti,shuzhi1; i=5000; shuzhi1=4000; while(i) { while(shuzhi1) { shuzhi1--; } i--; } }/**********主程序***************/voidmain(){P1=0xff;EA=1;//開(kāi)總中斷ET0=1;//開(kāi)定時(shí)器0中斷TMOD=0X01;//設(shè)置定時(shí)器0工作模式為模式1jishu=100;//延時(shí)單元初始化yue=0;tian=0;shi=0;fen=0;miao=0;TH0=0XD8;//給定時(shí)器0附初值TL0=0XF0;TR0=1;//開(kāi)定時(shí)器0while(1){if(yingjiin==0){TR0=0;//定時(shí)器停止工作jishu=100;//延時(shí)單元再次初始化yue=0;tian=0;shi=0;fen=0;miao=0;if(guofang==0)//檢測(cè)是否過(guò)量放電yingjiout=1;//是過(guò)量放電則關(guān)閉應(yīng)急輸出else//否則開(kāi)啟應(yīng)急輸出yingjiout=0;}elseTR0=1;//重新開(kāi)啟定時(shí)器0yingjiout=1;}if(ceshiin==0)//判斷按鍵是否按下delay10ms();//去抖動(dòng)while(ceshiin==0);//等待按鍵松開(kāi){yingjiout=0;//應(yīng)急燈閃爍一次delay100ms();yingjiout=1;delay100ms();yingjiout=0;delay100ms();yingjiout=1;}}/********************************/voidtime0(void)interrupt1{TH0=0X8D;//給定時(shí)器重新附初值TL0=0XF0;if(jishu==0){jishu=100;//10毫秒miao++;if(miao==60)//秒{miao=0;fen++; if(fen==30) {duandian=1;//打開(kāi)電源電路，停止放電 }if(fen==60)//分{fen=0;shi++;if(shi==60)//時(shí){shi=0;tian++;if(tian==24)//日{(diào)tian=0;yue++;if(yue==30)//月{yue=0tian=0;shi=0;fen=0;miao=0;jishu=100;duandian=0;//斷開(kāi)充電電路并放電break;}}}}}}elsejishu--;}/********************************/09/2011:46102機(jī)體齒飛面孔雙臥多軸組合機(jī)床及CAD設(shè)計(jì)09/0820:023kN微型裝載機(jī)設(shè)計(jì)09/2015:0945T旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)液壓缸設(shè)計(jì)08/3015:325噸卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)10/3017:12C620軸撥桿的工藝規(guī)程及鉆2-Φ16孔的鉆床夾具設(shè)計(jì)09/2113:39CA6140車床撥叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)83100308/3015:37CPU風(fēng)扇后蓋的注塑模具設(shè)計(jì)09/2016:19GDC956160工業(yè)對(duì)輥成型機(jī)設(shè)計(jì)08/3015:45LS型螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)10/0723:43LS型螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)09/2016:23P-90B型耙斗式裝載機(jī)設(shè)計(jì)09/0820:17PE10自行車無(wú)級(jí)變速器設(shè)計(jì)10/0709:23話機(jī)機(jī)座下殼模具的設(shè)計(jì)與制造09/0820:20T108噸自卸車拐軸的斷裂原因分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)09/2113:39X-Y型數(shù)控銑床工作臺(tái)的設(shè)計(jì)09/0820:25YD5141SYZ后壓縮式垃圾車的上裝箱體設(shè)計(jì)10/0709:20ZH1115W柴油機(jī)氣缸體三面粗鏜組合機(jī)床總體及左主軸箱設(shè)計(jì)09/2115:34ZXT-06型多臂機(jī)凸輪軸加工工藝及工裝設(shè)計(jì)10/3016:04三孔連桿零件的工藝規(guī)程及鉆Φ35H6孔的夾具設(shè)計(jì)08/3017:57三層貨運(yùn)電梯曳引機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)10/2914:08上蓋的工工藝規(guī)程及鉆6-Ф4.5孔的夾具設(shè)計(jì)10/0413:45五噸單頭液壓放料機(jī)的設(shè)計(jì)10/0413:44五噸單頭液壓放料機(jī)設(shè)計(jì)09