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一种消防应急灯专用片上控制系统及构建方法

阅读:326发布:2020-05-08

专利汇可以提供一种消防应急灯专用片上控制系统及构建方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及消防领域,特别公开了一种消防应急灯专用片上控制系统及构建方法。该消防应急灯专用片上控制系统,其特征在于:包括组成控制中心、分别连接内部逻辑控 制模 块 的看 门 狗 硬件 电路 、 光源 监控保护模块和电源监控保护模块,内部逻辑 控制模块 包括 微处理器 IP核和片上FLASH两部分,微处理器IP核与片内晶振连接;控制中心连接控制输出 信号 模块并通过RS485总线模块连接外部通信装置,外部模拟输入模块通过 模数转换 模块连接控制中心。本发明将填补国内空白,实现应急灯控制系统国产化,打破国外对应急灯芯片的垄断,同时,在设计过程中采用了软硬件协同设计的理念,可衍生出系列化产品,具有高集成度化、高智能化和低功耗等特点。,下面是一种消防应急灯专用片上控制系统及构建方法专利的具体信息内容。

1.一种消防应急灯专用片上控制系统,其特征在于:包括分别连接内部逻辑控制模块(1)的看门狗硬件电路(4)、光源监控保护模块(3)和电源监控保护模块(2),内部逻辑控制模块(1)、看门狗硬件电路(4)、光源监控保护模块(3)和电源监控保护模块(2)共同组成控制中心;内部逻辑控制模块(1)包括微处理器IP核(10)和片上FLASH(11)两部分,微处理器IP核(10)与片内晶振(5)连接;控制中心连接控制输出信号模块(8)并通过RS485总线模块(6)连接外部通信装置,外部模拟输入模块(8)通过模数转换模块(7)连接控制中心。
2.根据权利要求1所述的消防应急灯专用片上控制系统,其特征在于:所述片内晶振(5)由石英晶体(13)和片内R/C振荡器(12)组成。
3.根据权利要求1所述的消防应急灯专用片上控制系统,其特征在于:所述模数转换模块(7)为6路10位精度高度模数转换器,由时钟发生电路(14)、延时与数字校正电路(15)和若干个流水线级组成,每个流水线级电路由子模数转换器(ADC)、采样保持电路(S/H)和余量增益数字模拟转换器(MDAC)组成。
4.根据权利要求1所述的消防应急灯专用片上控制系统,其特征在于:所述RS485总线模块(6)集成有两个配置了瞬时过压保护管的RS485通信接口。
5.根据权利要求1所述的消防应急灯专用片上控制系统,其特征在于:所述电源监控保护模块(2)包括比较器(16)、非门(17)、或非门(18)和电阻(19);光源监控保护模块(3)包括电阻(19)和比较器(16)。
6.根据权利要求3所述的消防应急灯专用片上控制系统,其特征在于:所述余量增益数字模拟转换器(MDAC)包括数模转换器(DAC)、减法器和两倍增益余量保持放大器(X2)。
7.根据权利要求1所述的消防应急灯专用片上控制系统的构建方法,其特征在于:(1)采用ASIC模块化架构,内置了片内晶振和内部逻辑控制模块,片内晶振为内部逻辑控制模块提供稳定的时钟信号,内部逻辑控制模块的微处理器IP核采用先进指令集结构,兼容
8051指令集,并配置FIASH程序存储器;(2)模数转换模块采用每级1.5位结构,其中1位作为有效2进制输出,而0.5位作为数字校正;(3)RS485总线模块涉及了限斜率驱动,且其输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍。

说明书全文

一种消防应急灯专用片上控制系统及构建方法

[0001] (一)技术领域本发明涉及消防领域,特别涉及一种消防应急灯专用片上控制系统及构建方法。
[0002] (二)背景技术消防应急灯作为一种消防器材,广泛应用于宾馆、商场、写字楼等公众场所,其功能是上述场所发生火灾断电后自动开启照明以便引导被困人员成功疏散。现阶段,自带电源独立控制型消防应急灯是国内主要的应急灯产品,其主电源为市电,备用电源为电池,主要采用了2种方式来完成消防应急灯控制系统的构建。第一种方式是采用分离器件搭配低集成度芯片如LM358来搭建消防应急灯控制系统;第二种方式是采用消防应急灯专用控制芯片如专用集成电路(ASIC)芯片来搭建消防应急灯控制系统。
[0003] 国家强制性标准GB17945-2010规定应急灯应具备完善的应急转换、充电保护、故障检测、面板显示等功能,第一种方式需要在消防应急灯的控制系统中加入相当数量的分离器件,部分厂商出于降低成本的目的,只提供应急转换、充电计时等功能,而无法完全实现故障检测、显示保护等国家标准强制要求达到的指标。第二种方式能够达到国家强制性标准GB17945-2010对消防应急灯控制系统的设计要求,但存在电池充放电保护不足、主电路故障保护缺乏、故障和报警指示不完善、无语音提示等问题。上述两种方式涉及的控制芯片基本由国外企业垄断生产,同时,涉及生命财产安全消防问题的严肃性从客观上对消防应急灯提出了高性能、高可靠性的要求。功能更加完善的专用控制系统取代目前使用的分离器件或简单控制芯片来实现消防应急灯的高稳定性成为一种必然。
[0004] 片上系统(System On the Chip,SOC)即将原来由若干电路板完成的工作由一系统级芯片来完成。片上系统在可靠性、成本、软硬件结合方面具有独特的优势。采用片上控制系统的消防应急灯将相关新技术、新标准进行高度集成,无疑将大大降低制造商的应急灯开发难度,提高应急灯的可靠性。
[0005] (三)发明内容本发明为了弥补现有技术的不足,提供了一种高性能、高可靠性、功能完善的消防应急灯专用片上控制系统。
[0006] 本发明还提供了该消防应急灯专用片上控制系统的构建方法。
[0007] 本发明是通过如下技术方案实现的:一种消防应急灯专用片上控制系统,其特征在于:包括分别连接内部逻辑控制模块的看狗硬件电路、光源监控保护模块和电源监控保护模块,内部逻辑控制模块、看门狗硬件电路、光源监控保护模块和电源监控保护模块共同组成控制中心;内部逻辑控制模块包括微处理器IP核和片上FLASH两部分,微处理器IP核与片内晶振连接;控制中心连接控制输出信号模块并通过RS485总线模块连接外部通信装置;外部模拟输入模块通过模数转换模块连接控制中心。
[0008] 本发明涉及通信、微电子、计算机软件等多个领域,采用数模混合设计架构,一方面性能完全达到甚至优于国家标准;另一方面通过优化内部结构,选择恰当的制造工艺等措施可实现低成本化。
[0009] 本发明的具体技术方案为:所述片内晶振由石英晶体和片内R/C振荡器组成,可为内部逻辑控制模块提供稳定的时钟信号
[0010] 所述模数转换模块为6路10位精度高度模数转换器,由时钟发生电路、延时与数字校正电路和若干个流线级组成,每个流水线级电路由子模数转换器、采样保持电路和余量增益数字模拟转换器组成。时钟发生电路用于产生各流水级所需两相不交叠时钟信号,延时与数字校正电路用于补偿由动态比较器失调所引起的误差。
[0011] 所述余量增益数字模拟转换器包括数模转换器、减法器和两倍增益余量保持放大器,用于得到送往下一级的模拟输出。
[0012] 所述RS485总线模块集成有两个配置了瞬时过压保护管的RS485通信接口,使其能够减弱浪涌和静电放电的冲击。
[0013] 所述电源监控保护模块包括比较器、非门、或非门和电阻;光源监控保护模块包括电阻和比较器,实现对电源和光源的监测控制。
[0014] 本发明请求保护的消防应急灯专用片上控制系统的构建方法,主要步骤包括:(1)采用ASIC模块化架构,内置了片内晶振和内部逻辑控制模块,片内晶振为内部逻辑控制模块提供稳定的时钟信号,内部逻辑控制模块的微处理器IP核采用先进指令集结构,兼容8051指令集,并配置FIASH程序存储器
(2)模数转换模块采用每级1.5位结构,其中1位作为有效2进制输出,而0.5位作为数字校正;
(3)RS485总线模块涉及了限斜率驱动,且其输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍。
[0015] 本发明采用ASIC模块化架构,实现了模数混合集成电路芯片设计,在设计过程中采用软硬件协同设计的方案,自带片上大容量FLASH陈谷存储器、RS485总线接口,具有电池电压电自检和片内电路浪涌和静电放电防护功能。
[0016] 本发明将填补国内空白,实现应急灯控制系统国产化,打破国外对应急灯芯片的垄断,同时,在设计过程中采用了软硬件协同设计的理念,可衍生出系列化产品,具有高集成度化、高智能化、高可靠性、高性能和低功耗等特点。
[0017] (四)附图说明下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0018] 图1为本发明的结构示意图;图2为本发明模数转换模块的结构示意图;
图3为本发明电源监控保护模块的结构示意图;
图4为本发明光源监控保护模块的结构示意图。
[0019] 图中,1内部逻辑控制模块,2电源监控保护模块,3光源监控保护模块,4看门狗硬件电路,5片内晶振,6 RS485总线模块,7模数转换模块,8外部模拟输入模块,9控制输出信号模块,10微处理器IP核,11片上FLASH,12片内R/C振荡器,13石英晶体,14时钟发生电路,15延时与数字校正电路,ADC子模数转换器,S/H采样保持电路,MDAC余量增益数字模拟转换器,DAC数模转换器,X2两倍增益裕量保持放大器,16比较器,17非门,18或非门,19电阻,BAT电池监测点,BH分压值1,BL分压值2,REF基准电压。
[0020] (五)具体实施方式为了更充分的理解本发明的技术内容,下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
[0021] 实施例1:一种消防应急灯专用片上控制系统主要包括模数转换模块7、看门狗硬件电路4、光源监控保护模块3、内部逻辑控制模块
1、电源监控保护模块2、RS485总线模块6、片内晶振5等部分,其系统框图如附图1所示。
[0022] 其中:(1)片内晶振5与内部逻辑控制模块1:本消防应急灯专用片上控制系统内置了片内晶振5和内部逻辑控制模块1。片内晶振5由石英晶体13和片内R/C振荡器12组成,可为内部逻辑控制模块1提供稳定的时钟信号。内部逻辑控制模块1是该系统的核心控制中心,包括微处理器IP核10和片上FLASH11两部分,可完成消防应急灯控制系统的各项指令控制工作。微处理器IP核10采用先进指令集结构,兼容8051指令集,结合大容量FLASH程序存储器便于用户根据自身需要经软件编程来实现应急灯的各项控制功能,有着较大的自主灵活性,体现了软硬件协同设计的优点。在软硬件功能划分上,该模块主要利用软件完成主电监测、工作状态显示、自复式监测、主电故障保护等功能。整个模块具有运算速度快,工作电压范围广,工作功耗低等特点。
[0023] (2)模数转换模块7:本消防应急灯专用片上控制系统内置了模数转换模块7,是该系统模拟信号转换为数字信号的处理单元。模数转换模块7将模拟信号如电压、电流转换为数字信号来供内部逻辑控制模块1使用,以调动指令完成光源监测保护模块3和电源监控保护模块2工作过程。该模数转换模块7为6路10位精度高度模数转换器,其结构由时钟发生电路14、延时与数字校正电路15和多个流水线级组成。每个流水线级电路由子模数转换器ADC、采样保持电路S/H、余量增益数字模拟转换器MDAC组成。其中,余量增益数字模拟转换器MDAC包括数模转换器DAC、减法器和两倍增益余量保持放大器X2,用于得到送往下一级的模拟输出。
[0024] 时钟发生电路14用于产生各流水级所需两相不交叠时钟信号。延时与数字校正电路15用于补偿由动态比较器失调所引起的误差。模数转换模块7采用了每级1.5位结构,其中1位作为有效2进制输出而0.5位作为数字校正,该分配方案有利于降低子模数转换器ADC、比较器、运放的性能和功耗要求。模数装换模块7结构框图如图2所示。
[0025] (3)看门狗硬件电路4:本消防应急灯专用片上控制系统内置了看门狗硬件电路4以防止消防应急专用片上控制系统受到“干扰”,导致内部程序“跑飞”,而使系统处于长时间异常工作。若消防应急灯控制系统未在规定时间内按要求访问看门狗,则认为系统处于异常状态,看门狗就会强迫系统复位,使系统重新启动和执行应用程序。该模块为启动可选模块,可根据自身设计的需要来选择是否启用看门狗功能。
[0026] (4)RS485总线模块6:本消防应急灯专用片上控制系统内置了RS485总线模块6以实现消防应急灯与其他消防产品进行通信,进而形成完善的消防控制网络。本发明集成了2个配置了瞬时过压保护管的RS485通信接口,使其能够降低浪涌(SURGE)和静电放电(ESD)的冲击。
[0027] RS485总线模块9设计了限斜率驱动,输出信号边缘不会过陡,减少了传输线上的高频分量,有效遏制了电磁干扰。在环境较恶劣的现场,可直接与传输线相接而不需要外加保护元件。同时,该模块输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍(不小于24千欧),可在总线上连接64个收发器。
[0028] (5)电源监控保护模块2:本消防应急灯专用片上控制系统内置了电源监控保护模块2,能够完成电源的自检和保护工作。自带电源型消防应急灯一般将电池作为备用电源。电池的特性会直接影响到应急灯的应急时间和光源亮度,因此,控制系统必须对电池进行监测。
[0029] 该模块由比较器16、非门17、或非门18,电阻19等原件组成。电池监测点BAT经电阻19得到分压值1BH和分压值2BL,分压值1BH和分压值2BL分别与基准电压REF比较后,将比较值送往内部逻辑控制模块1来完成电池的开通(BAT ON)和关闭(BAT OFF)的指令动作;同时,电池发生短路时,电池监测点BAT经非门17后得到电池回路短路信号(BAT SHORT)送往内部逻辑控制模块1来完成电路的保护动作。电源监控保护模块2框图如图3所示。
[0030] (6)光源监控保护模块3:本消防应急灯专用片上控制系统内置了光源监控保护模块3,在市电正常状态时,能够监测光源开启与否;在突然断电应急状态时,能够产生信号送往内部逻辑控制模块1来完成电池的开启动作。该模块由电阻19和比较器16组成,光源出现故障开路时,市电(VCC)经电阻19分压后电压(LAMPT)远大于基准电压REF,比较器16输出高电平(LAMP OPEN),消防应急灯控制系统发出报警,提醒人员进行光源维护。光源监控保护模块3框图如图4所示。
[0031] 实施例2:消防应急灯专用片上控制系统的工作过程消防应急灯专用片上控制系统工作过程:上电后,消防应急灯专用片上控制系统首先完成微处理器IP核(8051)10和各功能模块的复位功能,然后从片上FLASH11开始读取写入的软件程序,完成对各功能模块(包括:模数转换模块7、看门狗硬件电路4、RS485总线模块
6、电源监控保护模块2、光源监控保护模块3等)的参数配置,并可通过RS485总线模块6将信息发送至其他具有显示功能的设备如LED,以便完成人机交互过程。完成初始参数配置后,微处理器IP核10按照程序来对电源监控保护模块2和光源监控保护模块3进行调配。
[0032] 本消防应急灯专用片上控制系统工作状态分为市电正常工作状态和断电应急工作状态。
[0033] 电源监控保护模块2工作过程:在市电正常工作状态,当电池电压出现开路、短路故障时,系统会及时给出故障信号并完成相应的指令控制,具体为电池出现开路导致其充电回路不复存在,电池监测点BAT电压上升,经电阻19分压后的电压BH大于基准电压(0.7V)REF,电池处于开通(BAT OPEN )状态,输出为高电平经模数转换模块7反馈到内部逻辑控制模块1,以点亮指示灯或启动蜂鸣器的方式发出警报,以提醒维修人员来完成电路维修。电池出现短路导致电池监测点BAT电压为零,经反相器后得到电池回路短路信号(BAT SHORT),该信号经模数转换模块7反馈到内部逻辑控制模块1来启动消防应急灯外部应急转换单元,来完成充放电回路的关闭,以保护控制元件的电气安全。
[0034] 在断电应急状态,当电池电压低于电池的过放电压时,应急灯应停止工作以防止电池过放电而损坏,具体为进入应急状态后,电池点亮光源来实现照明,电池监测点BAT电压因电池不断进行放电会不断降低,当该电压经电阻19分压后的电压BL低于基准电压(0.7)REF时,电池关闭信号(BAT OFF)输出为高电平,该信号经模数转换模块7反馈到内部逻辑控制模块1来关闭电池的放电回路,以防止电池处于过放电状态。
[0035] 光源监控保护模块3工作过程:在市电正常工作状态,若光源工作正常,市电(VCC)经过电阻19和光源电阻分压,电压(LAMPT)低于参考电压(REF),此时光源能够保持持续工作状态;若光源出现故障而开路,则市电(VCC)直接施加在﹢端成为电压(LAMPT)高于参考电压(REF),比较器16输出(LAMP OPEN)变成高电平,该信号经模数转换模块7反馈到内部逻辑控制模块1以点亮指示灯或启动蜂鸣器的方式发出警报,以提醒维修人员来完成电路维修。
[0036] 在断电应急状态下,电压(LAMPT)变为低电平,该信号经模数转换模块7反馈到内部逻辑控制模块1以启动电池来完成应急照明工作。
[0037] 以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容,以便于本领域技术人员更容易理解,但不代表本发明的实施方式仅限于此,任何依本发明所做的技术延伸或再创造,均受本发明的保护。
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