消防智能疏散指示逃生系统设计.docx

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消防智能疏散指示逃生系统设计

毕业设计说明书

项目名称消防智能疏散指示逃生系统设计

专业机电一体化

班级2010级机电3班

学生姓名XX

指导教师XXX

机械与电子工程系

2013年6月10日

重庆三峡职业学院毕业设计（论文）评语及成绩

专业

班级

姓名

题目

消防智能疏散指示逃生系统设计

指导教师评语：

签字：

年月日

答辩记录及评语：

记录员：

年月日

综合成绩：

答辩小组组长签字：

　系主任签字：

年月日

毕业设计任务书

专业

班级

姓名

题目

消防智能疏散指示逃生系统设计

内容

本设计是结合光标、语音、频闪，借助消防报警的火灾信息，从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生的消防智能疏散指示逃生系统。

本系统主要采用STC89C51单片机为主控芯片，集成信号采集、执行电路、辅助控制等模块组成。

信号采集由各种传感器（光敏传感器，气敏传感器）在不同环境下进行数据采集通过A/D转换得到；A/D转换的数据传给单片机,并由单片机处理和分析,然后作出相应的执行动作。

并把信息通过无线发射器传送至主控中心。

执行电路在得到单片机的信号后，作出相应的动作；辅助控制主要在一些特殊情况（紧急呼叫，紧急火灾）下执行相应的辅助功能。

基本要求

1、本系统能在紧急情况（夜晚断电、火灾等）下通过高亮的蓝色led灯组成的逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场；在正常情况下，起到照明灯作用，并能检测烟雾等气体，及时给出警报；

2、熟练掌握用KeiluVision4的编程；

3、完整的电路原理图和PCB图；

4、论文不少于1万字；　

重点研究问题

1.在紧急情况（夜晚断电、火灾等）下通过高亮的蓝色led灯组成的逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场；在正常情况下，起到照明灯作用，并能检测烟雾等气体，及时给出警报。

2.分机与主机（上位机）的实时数据传输。

3.各个传感器模块的协调工作问题。

4.整个系统硬件电路和软件设计问题。

主要技术指标

1、本系统的电源最好是12V2A的供电电源；

2、无线模块误差最小的波特率为9600Bps；

3、最小系统的晶振最好是11.0592MHZ；

4、传感器模块输出信号有数字量和模拟量；

5、最小系统和各个传感器模块工作电压为5V；

其它要说明的问题

无

指导教师签字：

年月日

重庆三峡职业学院毕业设计（论文）进度考核表

起止日期

毕业设计（论文）各阶段工作任务

完成情况

指导教师签字

4.14～4.19

收集和查阅与设计相关的资料

完成

4.20～4.24

学习有关的知识，并初步系统的需求分析和设计

完成

4.25～4.27

写好开题报告

完成

4.28～4.29

进一步进行系统分析和设计，同时写出设计提纲

完成

4.30～5.2

完成元件的采购

完成

5.3～5.8

电路设计

完成

5.9～5.10

电路版的设计制作

完成

5.11～5.19

系统程序的编写

完成

5.20～5.26

系统安装和调试过程

完成

5.27～5.29

撰写毕业设计说明书初稿

完成

5.29～5.31

完成第二次毕业设计说明书

完成

6.1～6.3

完成第三次毕业设计说明书

完成

6.4～6.10

完成最终毕业设计说明书准备毕业答辩

完成

备

注

注：

本表用于考核学生毕业设计（论文）的进度及完成情况，是学生毕业答辩资格认定和成绩评定的依据之一。

消防智能疏散指示逃生系统设计

摘要：

现代建筑的高层化、大型化、多功能化及复杂化，为消防应急疏散指示逃生提出了一个新的课题。

消防智能疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪，借助消防报警的火灾信息，从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生。

本系统主要采用AT89C51单片机为主控芯片，集成信号采集、执行电路、辅助控制等模块组成。

信号采集由各种传感器（光敏传感器，气敏传感器）在不同环境下进行数据采集通过A/D转换得到；A/D转换的数据传给单片机,并由单片机处理和分析,然后作出相应的执行动作。

并把信息通过无线发射器传送至主控中心。

执行电路在得到单片机的信号后，作出相应的动作；辅助控制主要在一些特殊情况（紧急呼叫，紧急火灾）下执行相应的辅助功能。

关键词：

传感器A/D转换数据无线发送模块单片机

引言

随着时代的进步，经济、科技的迅猛发展，生活质量的日益提高及社会老龄化的趋势，建筑楼宇不断追求人性化、舒适化，大量高层特大型建筑，及地下建筑的涌现导致了建筑物的通道更长、更复杂。

现代的建筑已经不再是孤立的个体，错综复杂的建筑结构，即使在日常行走中，也需借助于标志指示灯或是指示牌，毋庸说在火灾发生时的混乱局面。

烟在火灾发生时，由于烟雾中有很多二氧化硫、一氧化碳等有毒有害气体，当人吸入这些气体后，会导致人体缺氧、呼吸困难、思维迟钝。

在这种情况下能保持清醒的时间大约为50秒左右。

加之现代建筑物通道长而复杂，逃生就更困难。

消防智能应急疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪，借助消防报警的火灾信息，从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生。

对于消防疏散来说，怎样在火灾发生时使逃生更安全、更准确、更迅速，正是时代对建筑防灾提出的新课题。

消防智能疏散指示逃生系统利用火灾报警系统对于逃生系统内的所有设备进行二十四小时不间断巡检工作状态，保证设备时刻处于最佳运行状态。

消防报警系统联动，借助于现场收集到的火警信息，凭借逃生系统的逃生疏散网络，调整所有的标志指示灯或光标灯，使整个系统处在最佳的逃生状态。

消防智能疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪，借助消防报警的火灾信息，从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生。

本系统主要采用HT46单片机为主控芯片，集成信号采集、执行电路、辅助控制等模块组成。

信号采集由各种传感器（光敏传感器，气敏传感器）在不同环境下进行数据采集通过A/D转换得到；A/D转换的数据传给单片机,并由单片机处理和分析,然后作出相应的执行动作。

并把信息通过无线发射器传送至主控中心。

执行电路在得到单片机的信号后，作出相应的动作；辅助控制主要在一些特殊情况（紧急呼叫，紧急火灾）下执行相应的辅助功能。

本作品根据在现有的安全设备的不足之上，设计一款消防智能应急疏散指示逃生系统在紧急情况（夜晚断电、火灾等）下通过高亮的蓝色led灯组成的逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场；在正常情况下，起到照明灯作用，并能检测烟雾等气体，及时给出警报。

一、系统总体设计

1.1设计背景

目前就现代建筑而言，越来越趋向于高层化、大型化、多功能化及复杂化。

单有火灾探测与自动报警系统的设置还不够完善。

我们都意识到了火灾报警系统在现代智能建筑中所起的重要安全保障作用，当前火灾报警系统的发展已经到了相当的水平，可以灵敏地探测到火灾，并且具有防灾和灭火的功能。

但是，随着人们对自身安全意识的加强。

对安全的关注不再仅仅停留在借助外力的防灾和灭火上，除此之外在火灾现场，能进行能动的逃生的恰恰是逃生者本人。

然而，火灾现场环境恶劣，烟、雾、火以及逃生者自身的恐慌心理等众多因素都有可能在最后一刻使逃生者逃生的机会。

但是，如果在火灾现场有一套自成一体的火灾逃生系统，利用应急疏散标志灯指示灯指引安全的逃生方向，降低人们的恐慌心理，能动地避开烟、雾、火，就可使逃生者得到生存的机会。

就目前来说，建筑物内的仅仅停留在独立型应急疏散标志灯作为一个整体辅助人们逃生缺是一个空白。

日前，上海宝星灯饰电器有限公司（ShanghaiBaoXingLamp&ElectricApplicationCo.,Ltd）在新一代LED应急标志灯基础上研制的消防智能应急照明疏散指示逃生系统填补了火灾逃生领域的这一空白。

1.2设计思想

消防智能应急疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪，借助消防报警的火灾信息，从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生。

悬挂在楼道顶部起到一灯多功能作用，在正常情况下起到照明和监控的作用，在火灾情况下，指示灯投影在地上领导人快速逃离现场；在救援中可以快速找到在现场中人员的具体位置，从而减少救援时间；可以根据各类传感器实时监控火灾报警系统。

本作品根据在现有的安全设备的不足之上，设计一款消防智能应急疏散指示逃生系统在紧急情况（夜晚断电、火灾等）下通过高亮的蓝色led灯组成的逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场；在正常情况下，起到照明灯作用，并能检测烟雾等气体，及时给出警报。

1.3系统功能

本作品根据在现有的安全设备的不足之上，设计一款消防智能应急疏散指示逃生系统在紧急情况（夜晚断电、火灾等）下通过高亮的蓝色led灯组成的逃生引导标志投影在地上和语音提示引导人快速逃离现场；在正常情况下，起到照明灯作用，并能检测烟雾等气体，及时给出警报。

消防智能应急疏散指示逃生系统结合光标、语音、频闪，借助消防报警的火灾信息，从听觉、视觉等感观上引导人们正确逃生。

悬挂在楼道顶部起到一灯多功能作用，在正常情况下起到照明和监控的作用，在火灾情况下，指示灯投影在地上领导人快速逃离现场；在救援中可以快速找到在现场中人员的具体位置，从而减少救援时间；可以根据各类传感器实时监控火灾报警系统。

1.4系统总体框图

图1.1系统总体匡图

1.5系统工作原理

A：

无紧急情况下：

在没有例如火灾，地震，煤气泄漏等突发事件下，本系统处于日常工作模式下：

光敏传感器采集光照强度，A/D转换将光敏传感器采集到的模拟量转换为数字量，并送到单片机里处理，以区分白天和夜晚，自动选择提供照明。

气敏传感器时时监测该区域气体中有害气体的浓度，将检测到的信号通过A/D转换成数字量，发送到单片机处理，当超过阀值时，便发出报警。

温度传感器实际上是系统的扩展功能，采用DS18B20。

它可以直接输出数字量，供单片机处理，每个温度传感器都有唯一的ID号，这样可以通过NRF401发送多个温度值，即省去了大量布线的麻烦又降低了成本，将数值传至中央空调处理器方便对该区域的整体温度控制，达到节约用电的目的（特别适用于企业）。

B:

紧急情况下：

只是停电的情况下系统自动启动后备电力，继续提供照明不会报警。

在遇到灾难的情况下，会发出报警。

为了让人们快速脱离险境（特别是在浓烟的情况下），安全通道引导系统会通过高亮LED组成的逃生标志投影在地面上，并且还通过消防语音提示。

使正在寻找出口的人们快速找到最近的逃生路线。

当有人因为火势太大或者地震造成逃生通道堵塞而无法逃生时，可通过最近的安全通道紧急按钮触发求救信号，通过单片机控制NRF401无线发射器，发出求救信号和位置坐标，有利于消防员快速找到遇难者，实施救援。

而不必担心因为火灾或者地震等原因造成导线断裂，求救信号无法发出。

1.6系统实现方案

（1）利用各种传感器接收需要异常信号，信号的检测与转换传输。

（2）单片机接收传感器检测信号，进行初步处理，如记录发生情况的位置，何种报警等等，也可以单片机进行现场报警。

（3）利用无线模块实现各个分机机与主控计算机的串口通讯。

（4）在主控计算机上接收各个机送来的报警信号，发出报警信息。

二、系统硬件设计

2.1总体模块

本系统以AT89C51系统单片机为主控核心，通过信号采集，控制中心，执行电路，辅助控制，四大模块组成，如图所示。

将现场疏散指示灯具的指示方向和实际环境结合，实现避烟、避险动态逃生，以应对大型公共建筑物人流大、通道复杂等因素。

图2.1总体结构图

2.1.1单片机控制模块

经过比较，作者决定使用常用、廉价的单片机AT89C51作为主控制器。

单片机AT89C51是由ATMEL公司生产的51单片机。

简单介绍如下：

AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。

AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C51具有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

AT89C51的引脚图如下图2.2所示：

图2.2AT89C51芯片的引脚图

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

2.1.2照明指示模块

主要用节能灯和高亮绿色led灯组成。

节能灯在正常情况下运行，高亮绿色led灯在遇到灾难情况下自动启动。

如图2.3：

图2.3照明指示模块图

语音出口标志灯：

设置于疏散通道末端出口处。

具有语音播放功能，可根据使用环境附之以不同语种的提示音。

具有频闪功能，增强火灾中对烟雾的穿透力，实现避烟、避险疏散。

双向可调标志灯：

设置于疏散走道内。

具有远程控制指示方向调整功能，根据火灾烟雾蔓延走势，动态调整疏散指示路径，，实现避烟、避险疏散。

同时具有频闪功能。

地面导向光流灯：

设置于人流密集的主干道内。

应急启动时，形成稳定向前滚动的光带，是保持视觉连续的疏散指示标志，同时具有调整方向功能，应用时，设置间距为0.5米至1.5米之间。

2.1.3无线收发模块

XL02-232AP1是UART接口半双工无线传输模块，可以工作在433MHz公用频段。

本模块专为用于各种串口设备之间的无线通讯，如电脑，单片机，各种机器设备串口等，可以直接在原来的有线连接上升级为无线链接，无需额外编程，完全兼容有线通讯串口协议，XL02-232AP1的各项参数如：

输出功率、串口速率、工作频率、产品ID等相关参数

可以通过软件设置，客户如无特别说明模块默认参数为96008N1。

300米传输距离

工作频率在428.8－435.1MHz，（默认433.92MHZ）

可设置ID：

范围0－65535,默认ID:

22136

串口速率1.2K---115.2KBPS.（默认9.6KBPS）

数据格式8N1

XL02-232AP1的各项参数如：

输出功率、串口速率、工作频率、产品ID等相关参数

电气特性 

工作频率 428.5－435.1MHz 

调制方式 FSK 

发射功率 0dBm /5dBm /10dBm /15dBm（默认15dBm） 

接收灵敏度 ‐110dBm  

工作电压 +5V

谐波 <‐60dBc 

杂散 <‐60dBm 

串口速率 1.2k/2.4k/4.8k/9.6k/19.2k/38.4k/57.6k/115.2k（默认9.6K）

发射电流 24mA@0dBm、29mA@5dBm 、38mA@10dBm、45mA@15dBm 

接收电流 16mA 

接口数据格式 8N1 

用户接口电平 TTL

工作温度 ‐30℃~70℃ 

工作湿度 10%~90%相对湿度，无冷凝 

外形尺寸  24mm×40mm 

参考距离 300m（天线如用17.2Cm导线的话距离可达500m） 

配置接口通讯协议

一.接口

通讯接口:

RS232–TTL

通讯速率:

9600bps

通讯格式:

1startbit,8databits,noparitybit,1stopbit

二.命令

写命令:

0xF8

数据格式:

主机发送:

0xF8+串口速率+RF发射功率+RF频率高字节+RF频率低字节+ID高字节+ID低字节+和校验字节

参数范围：

功率01–04；0dbm,5dbm,10dbm,15dbm

RS23201–06；1.2kbps,2.4kbps,4.8kbps,9.6kbps,19.2kbps,38.4kbps

频率428.8MHZ–435.1MHZ；0x0000–0xfbff

ID0x0000–0xffff

2.1.4各种传感器采集模块

传感器是一个从系统接收功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件。

按照这一定义，可以说传感器是一种吸收（提取）、转换和传送能量的器件。

严格地说，应该区别检测和变换这两个概念。

前者只是将被测量转移到系统中去，而后者从字面上说是将被测量的种类加以改变。

有时，对被测量只进行一次变换还不够，必须进行第二次、第三次变换，一直到所希望的能量形式为止。

传感器转换能量的理论基础都是利用物理学、化学等各种现象和效应来进行能量形式的变换。

随着微电子和计算机技术的发展，传感器输出信号的形式应尽可能是电量。

传感器的组成按其定义一般是由敏感元件、变换元件和测量电路三部分组成。

除自源型传感器外，还需外加辅助电源，用框图表示，如图2.7所示。

由图可知，传感器由以下几个部分组成：

图2.4传感器的组成框图

（1）敏感元件（预变换器）直接感受被测量（一般为非电量）并将其转换为与被测量有确定关系的易变成电量（包括电量）的其它量的元件。

（2）转换元件（变换器）它能将其它物理量直接转换为有确定关系的电量的元件。

（3）测量电路（变换电路）把转换元件输出的电信号变为便于处理、显示、记录、控制的可用电信号的电路。

测量电路的类型视转换元件的不同而定．经常采用的有电桥电路和其它特殊电路，加高阻抗输入电路、脉冲电路、振荡电路等。

（4）辅助电源供给转换能量。

（5）传感器模块主要由光敏传感器如图2.5

图2.5传感器模块图

光敏传感器由AT89C51的P0口的P0．5作为光敏传感器模块的输出信号端,其光敏传感器模块原理图:

如图2.6

图2.6光敏传感器模块原理图

2.1.5辅助输入模块模块

该模块主要由消防语音提示模块组成。

我们采用WT588D语音芯片作为语音模块核心。

如图2.7：

图2.7辅助输入模块图

WT588D语音芯片是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片。

WT588D让语音芯片不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路，高度集成的单片机技术足于取代复杂的外围控制电路。

配套WT588DVoiceChip上位机操作软件可随意更换WT588D语音单片机芯片的任何一种控制模式，把信息下载到SPI-Flash上即可。

软件操作方式简洁易懂，撮合了语音组合技术，大大减少了语音编辑的时间。

完全支持在线下载，即便是WT588D通电的情况下，一样可以通过下载器给关联的SPI-Flash下载信息，给WT588D语音芯片电路复位一下，就能更新到刚下载进来的控制模式支持插入静音模式，插入静音不占用SPI-Flash内存的容量，一个地址位可插入10ms～25min的静音；

MP3控制模式下，完全迎合市场上MP3的播放/暂停、停止、上一曲、下一曲、音量+、音量-等功能；

按键控制模式下触发方式灵活，可随意设置任意按键为脉冲可重复触发、脉冲不可重复触发、无效按键、电平保持不可循环、电平保持可循环、电平非保持可循环、上一曲不循环、下一曲不循环、上一曲可循环、下一曲可循环、音量+、音量-、播放/暂停、停止、播放/停止等15种触发方式，最多可用10个按键触发控制输出；3×8按键组合控制模式下能以脉冲可重复触发的方式触发24个地址位语音，所触发地址位语音可在0～219之间设置；并口控制模式可用8个控制端口进行控制，仅限于WT588D-32L、WTW-28P；一线串口控制模式可通过发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小，或者直接触发0～219地址位的任意语音，发码速度600us～2000us；

三线串口控制模式和三线串口控制控制端口扩展输出模式之间可通过