專利名稱：：具有自檢功能的消防應急照明電源的制作方法
技術領域：
：本發明涉及電源領域，尤其涉及一種具有自檢功能的消防應急照明電源。
背景技術：
：隨著經濟規模的迅速增長，大型、高層公共建筑的數量也快速增加，建筑火災及其它自然災害造成的損失也呈不斷增加的趨勢。消防應急照明和疏散指示系統，能夠在災害發生的第一時間發揮作用，對人員的逃生、疏散及早期救災都是至關重要的[l]。目前建筑物中大量采用的是自帶電源的獨立型消防應急照明與疏散指示系統。在該系統中，電源電池壽命是有限的，一般為兩到三年，隨著使用時間的增長，電池的容量逐漸下降，甚至失效。為了保證電池的正常工作，消防應急照明電源一般都提供手動檢測功能，需要人工逐一進行檢查，費時費工，而且，更換電池的費用居高不下，因此，故障常常不能被及時發現和及時排除。一旦發生災害，照明與疏散指示系統不能正常工作，或照明持續時間達不到規定的標準[2]，給人員疏散與救災工作帶來嚴重隱患。而保證消防應急照明與疏散指示系統的正常工作是十分必要的，對防災、減災具有重要的實際意義[3]。可見，目前的應急照明電源存在著不能實時檢測電源狀態并發現故障的問題，導致在應急使用中無法保證正常使用的缺點，無法滿足消防應急的實際需要，存在著安全隱患。
發明內容本發明的目的在于針對目前已有的應急照明電源不能實時檢測電源狀態并發現故障，不能進行自動報警或者提示，從而無法保證應急照明系統正常工作的不足，提供一種能夠實時檢測電源的工作狀態，及時發現故障并報警的應急照明電源。數字電源技術是采用數字信息來管理電源系統及電源的整體運作的新型電源控制技術[4]。通過數字電源管理器(DPM)，利用數字信號實現與電源的通信，以完成監控和管理加電、測序、負載分配和平衡、故障情況、熱交換、保養問題和其他任務。本發明利用數字電源技術解決已有應急照明電源的不足，提供一種能夠完成實時檢測和報警功能的應急照明電源。本發明所提供的消防應急照明電源，包括微控制器(MCU)、開關電源電路、逆變器電路、電池充電控制電路、電池組、微控制器電源電路、鍵盤與指示電路，和可選的網絡接口電路。所述的微控制器是電源控制的核心，通過多路I/O口與上述各組成部分依次連接。所述的微控制器的I/O口分別與所述的開關電源電路的遠程開/關控制端和主電檢測端相連，與所述的電池充電控制電路的控制端相連，與所述的逆變器電路的逆變控制端和負載檢測端相連。所述的微控制器的模擬量輸入端與所述的電池組的電壓采樣端相連。所述的微控制器電源電路將所述的開關電源電路的輸出，經直流電壓調整電路降壓后，為所述的微控制器及其外圍電路提供電源。所述的微控制器通過1/0口連接所述的鍵盤與指示電路，和所述的可選的網絡接口電路。由上述連接，所述的微控制器可以通過其I/O口對應急照明電源的工作狀態進行自動監測與實時控制，利用所述的微控制器中的實時時鐘(RTC)，完成年、月的長時間精確定時，實現對電池的定時自動檢測。所述的微控制器中的模數轉換器(ADC)用來對電池電壓進行跟蹤監測，實現對電池充電過程的智能管理，達到延長電池壽命的目的。所述的微控制器根據檢測結果，給出狀態指示，對故障進行聲光報警。所述微控制器，采用微控制器實現，或者采用單片機實現，或者微處理器實現，或者數字信號處理器實現，或者嵌入式計算機實現，或者用現場可編程邏輯器件實現的微控制器實現。所述微控制器，采用單個微控制器實現，或者采用多個微控制器實現，多個微控制器之間的通訊方式為I2C總線，或者CAN總線，或者LIN總線，或者USB方式，或者IEEE1394方式，或者RS232方式，或者RS422方式，或者RS485方式。所述可選的網絡接口電路，采用局域網絡接口電路，或者CAN總線接口電路，或者LIN總線接口電路，或者二總線接口電路，或者Profibus總線接口電路，或者P-NET總線接口電路，或者FFHSE總線接口電路，或者WorldFIP總線接口電路，或者Interbus總線接口電路，或者Lonworks總線接口電路，或者HART總線接口電路，或者DeviceNet總線接口電路，或者CC-Link總線接口電路，或者USB接口電路，或者IEEE1394接口電路，或者RS232接口電路，或者RS422接口電路，或者RS485接口電路。本發明的具體工作過程如下當電源進入到市電供電狀態(主電狀態)時，微控制器對主電狀態進行檢測，如果確定是主電狀態，通過繼電器轉換開關，使燈具切換到市電供電狀態。同時，微控制器對負載狀態進行實時檢測，當負載發生故障時，發出報警。利用微控制器內部的模數轉換器(ADC)監視電池電壓，當電池電壓低于閾值時啟動快速充電過程。電池充滿電時電池電壓會下降，根據這一特性，當微控制器檢測到AU<0時，快速充電停止，轉而進行涓充(C/10)。電源進入主電狀態時，定時開始。利用微控制器內的實時時鐘(RTC)，經分頻獲得秒、分、時、日、月、年時標。當定時時間到'一個月'時，在微控制器控制下，切斷主電供電，啟動逆變，照明燈具由逆變電路供電，電池放電。如果在正常放電條件下，電池放電維持30分鐘以上，可判定電池容量滿足要求，否則判定電池容量不足，進行聲光報警。工作人員根據報警情況，及時更換電池。當定時時間滿'一年'時，電池放電應達到90分鐘以上。電源還設有手動檢測功能，通過手動按鈕隨時進行電池容量的檢測，放電時間可根據消防部門的要求進行調整。當微控制器檢測到無主電時，在微控制器的控制下啟動逆變，通過繼電器轉換開關，照明燈具切換到由逆變器供電狀態。該狀態一直持續到電池放電終止或主電恢復。電源的各種工作狀態，通過指示燈加以指示。本發明在傳統的開關電源中引入微控制器，利用微控制器的豐富資源，實現對應急照明電源運行狀態的自動監測、控制與狀態指示，對故障狀態進行聲光報警，對電池容量的定期檢測，及對電池充電過程的智能控制，從而做到對故障及時發現、及時維護，確保應急照明電源保持正常的運行狀態。本發明與現有技術相比具有如下優點及效果(1)可以定時自動對電池的容量進行檢測，實時監測負載故障，及時發現電源的隱串確保電源正常運行。(2)實現了電池智能管理，可以延長電池使用壽命，降低了電源的運行成本。(3)通過網絡接口，可實時了解電源的運行情況，提高工作效率。圖1本發明具有自檢功能的消防應急照明電源的組成框圖。圖2具有自檢功能的消防應急照明電源的狀態圖。圖3具有自檢功能的消防應急照明電源的主程序框圖。圖1中1開關電源電路2電池充電控制電路3電池組4微控制器5微控制器電源電路6鍵盤與指示電路7逆變器電路8照明燈具9可選的網絡接口電路具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。本發明具有自檢功能的消防應急照明電源的組成框圖如圖1所示，主要包括微控制器(4)、開關電源電路(1)、逆變器電路(7)、電池充電控制電路(2)、電池組(3)、微控制器電源電路(5)、鍵盤與指示電路(6)，和可選的網絡接口電路(9)，并依次電氣連接。本發明實施方式中的主要器件選型如下微控制器采用P89LPC915FN，集成開關電源控制器采用T0P255YN，光電藕合器采用TLP521，電壓比較器采用LM393，功率M0S三極管采用STP50N06，轉換繼電器采用OMRONG2R-1A12VDC。利用上述裝置實現本發明方法的實施步驟是所采用的開關電源的功率主要取決于對電池快速充電時所需的功率，同時還要考慮給微控制器和開關電源控制器的供電需求。選擇帶啟/停控制的開關電源控制器，通過微控制器的I/0口(經光藕隔離)控制開關電源的啟停。開關電源的啟停控制電路應能保證在開始接入市電或微控制器不工作時，開關電源能正常啟動工作。通過200V穩壓二極管和電阻分壓網絡，再經光藕隔離和電平轉換接到微控制器的I/O口上，以獲得主電的供電狀態。逆變器是一個自激振蕩電路，通過I/O口控制啟振，1/0口同時驅動繼電器實現主電/逆變切換。由于燈具負載的電流全部通過驅動MOSFET，其在溝道上產生的電壓降，通過比較器輸出一高電平，當無負載時，驅動MOSFET溝道無電流流過，電壓降為0，比較器輸出低電平。電池充電控制電路由三極管恒流電路組成，通過微控制器的1/0控制充電電流。電池電壓通過電阻分壓接入微控制器內的A/D轉換器的模擬量輸入接口，用于采樣電池電壓。微控制器是控制核心，它必須具備的資源統計在表1中。開關電源的輸出或電池電壓，通過LDO轉換為5V或3.3V為微控制器提供工作電源。表1微控制器資源統計<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>在上述硬件電路的基礎上，通過程序設計實現電源的功能。圖2是電源的五種工作狀態及其轉換關系示意圖。電源處理程序完成的功能包括狀態檢測及轉換控制，電池電壓檢測與充電管理，定時測試管理，負載檢測和鍵盤處理等。主程序框圖如圖3所示。程序中的參數可根據標準和功能要求調整，升級非常方便。參考文獻[1]鄭葦.淺議大型公共建筑消防應急照明電源設計技術規范的改進.今日科苑2009年第15期，p.149[2]GB17945-2000消防應急燈具[3]汪禮苗.消防應急照明系統質量與安全.消防技術與產品信息.2009年第5期，p.44-47[4]Li皿eaBrush.TrendsinDigitalPowerManagement:PowerConverterandSystemDemandCharacteristics.Proc.TwentiethAnnualIEEEAppliedPowerElectronicsConferenceandExposition,2005.p.163—16權利要求一種具有自檢功能的消防應急照明電源，包括微控制器(4)、開關電源電路(1)、逆變器電路(7)、電池充電控制電路(2)、電池組(3)、微控制器電源電路(5)、鍵盤與指示電路(6)，和可選的網絡接口電路(9)；其特征在于所述的微控制器(4)是電源控制的核心，通過多路I/O口與上述各組成部分依次連接；所述的微控制器(4)的I/O口分別與所述的開關電源電路(1)的遠程開/關控制端和主電檢測端相連，與所述的電池充電控制電路(2)的控制端相連，與所述的逆變器電路(7)的逆變控制端和負載檢測端相連；所述的微控制器(4)的模擬量輸入端與所述的電池組(3)的電壓采樣端相連；所述的微控制器電源電路(5)將所述的開關電源電路(1)的輸出，經直流電壓調整電路降壓后，為所述的微控制器(4)及其外圍電路提供電源；所述的微控制器(4)通過I/O口連接所述的鍵盤與指示電路(6)，和所述的可選的網絡接口電路(9)；由前述連接，所述的微控制器(4)可以通過其I/O口對應急照明電源的工作狀態進行自動監測與實時控制，利用所述的微控制器(4)中的實時時鐘，完成年、月的長時間精確定時，實現對電池的定時自動檢測；所述的微控制器(4)中的模數轉換器用來對電池電壓進行跟蹤監測，實現對電池充電過程的智能管理，達到延長電池壽命的目的；所述的微控制器(4)根據檢測結果，給出狀態指示，對故障進行聲光報警。2.根據權利要求1所述的具有自檢功能的消防應急照明電源，其特征在于所述微控制器，采用微控制器實現，或者采用單片機實現，或者采用微處理器實現，或者采用數字信號處理器實現，或者采用嵌入式計算機實現，或者用現場可編程邏輯器件實現的微控制器實現。3.根據權利要求1所述的具有自檢功能的消防應急照明電源，其特征在于所述微控制器，采用單個微控制器實現，或者采用多個微控制器實現，多個微控制器之間的通訊方式為I2C總線，或者CAN總線，或者LIN總線，或者USB方式，或者IEEE1394方式，或者RS232方式，或者RS422方式，或者RS485方式。4.根據權利要求1所述的具有自檢功能的消防應急照明電源，其特征在于所述可選的網絡接口電路，采用局域網絡接口電路，或者CAN總線接口電路，或者LIN總線接口電路，或者二總線接口電路，或者Profibus總線接口電路，或者P-NET總線接口電路，或者FFHSE總線接口電路，或者WorldFIP總線接口電路，或者Interbus總線接口電路，或者Lonworks總線接口電路，或者HART總線接口電路，或者DeviceNet總線接口電路，或者CC-Link總線接口電路，或者USB接口電路，或者IEEE1394接口電路，或者RS232接口電路，或者RS422接口電路，或者RS485接口電路。全文摘要本發明提供一種具有自檢功能的消防應急照明電源。本發明通過將開關電源與微控制器相結合，實現應急照明電源的數字控制。利用微控制器的數字I/O口，實時檢測電源的工作狀態(主電，逆變)及負載狀態，根據這些狀態變化，控制狀態轉換，并進行狀態指示和故障報警。利用微控制器的A/D轉換器采樣電池電壓，通過軟件實現相應的電池充電算法和電池充電的智能管理。利用微控制器的實時時鐘完成精確定時(秒、分、時、日、月、年)，實現對電池自動定時放電檢測，可及時發現電池容量不足的隱患。本發明可延長電池使用壽命，及時發現系統故障，最大限度地保障消防應急照明電源工作在正常狀態下。本發明可以廣泛應用于消防應急照明電源中。文檔編號H02H3/04GK101783527SQ20101013191公開日2010年7月21日申請日期2010年3月19日優先權日2010年3月19日發明者周鳳永,孫麗,孫玉德,馬立勇申請人:哈爾濱工業大學(威海)