引言
消防應急燈具作為一種重要的消防器材，廣泛應用于賓館、商場、娛樂場所等公眾聚集場所，其功能是在這些場所發(fā)生火災斷電后，應急燈具自動照明，引導被困人員疏散。消防應急疏散照明技術是一項重要的救生疏散技術。為了降低應急燈具的生產成本和功耗，以及其設備可靠性的問題，設計一種消防應急燈具的專用控制芯片，該芯片可完全達到國家標準并大大降低產品的開發(fā)難度。
1 芯片的內部組成
目前市場上的消防應急燈按應急供電方式大致分為：自帶電源型和集中電源型。自帶電源型單個系統自帶備用蓄電池，平時由市電供電，只有當市電電源切斷時，備用電源自動投入運行。集中電源型是在主電故障時，利用蓄電池提供的直流電源，逆變輸出交流電壓，而主電正常時，則由開關電路控制，直接將主電輸出。
本芯片主要用于各種自帶電源型的消防應急照明燈具和疏散燈具中，其系統框圖如圖1所示。
1．1 8051徼處理器IP核
8051是一款單芯片、快速的8位微處理器IP核。它的8位功能性的嵌入式控制器支持所有的ASM51指令集以及80C31的相同指令。指令是計算機用于控制各部分功能部件完成某一動作的指令和命令。8051核的指令按照功能分為5類：數據傳送指令、算術運算指令、邏輯運算及移位指令、控制轉移指令、位操作指令。豐富的指令可以增加IP核的使用范圍，同時8051提供軟件和硬件中斷，一個串行通信的接口以及兩個定時器。
在對8051的仿真測試過程中，具體測試到哪部分就針對哪部分編寫相應的測試程序，對后續(xù)添加的模塊要根據模塊的功能編寫相應的測試程序。
對8051核的仿真測試進行的主要測試內容如下：各個器件的測試，包括加法器、乘／除法器、內／外部RAM、ROM、特殊功能寄存器、定時器、外部中斷、UART、P0～P3管口以及每一條指令的測試，共256個操作碼。圖2為定時器O的仿真測試波形。
8051微處理器IP核作為該芯片的核心控制部分，具有運算速度快、工作電壓范圍廣、工作功耗低等優(yōu)點。在軟硬件功能劃分上，該模塊主要利用軟件完成電檢測，工作狀態(tài)顯示，自復式檢測功能和主電故障保護功能。
同時8051是開源的代碼設計核，可用于ASIC的再使用以及FPGA開發(fā)。
1．2 模／數轉換模塊
實現A／D轉換的基本方法有十幾種，常用的有計數法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉換法。由于逐次逼近式A／D轉換具有速度快、分辨率高的優(yōu)點，而且采用這種方法的芯片成本較低，因此在計算機數據采集系統之中獲得了廣泛的應用。
這類A／D轉換器的轉換原理建立在逐次逼近的基礎之上，即把輸入電壓和一組從參考電壓分層得到的量化電壓進行比較，比較從最大的量化電壓開始，由粗到細逐次進行，由每次比較的結果來確定對應的位是1還是O，不斷比較，不斷逼近，直到兩者的差別小于某一誤差范圍時即完成一次轉換。
1．3 RS 485總線模塊
在工業(yè)控制及測量領域較為常用的網絡之一就是物理層采用RS 485通信接口所組成的工控設備網絡。這種通信接口可以十分方便地將許多設備組成一個控制網絡。RS 485通信協議的物理層是利用物理媒介實現物理連接的功能描述和執(zhí)行連接的規(guī)程，提供用于建立、保持和斷開物理連接的、機械的、電氣的、功能的和過程的條件。數據鏈路層用于建立、維持和拆除鏈路連接，實現無差錯傳輸的功能。應用層針對不同的應用，利用鏈路層提供的服務，完成不同通信節(jié)點之間的通信。
1．4 電源監(jiān)控保護模塊
電池是應急燈的重要組成部分，過度放電會影響電池的壽命。自帶電源型消防應急燈具由于使用獨立電源作為備甩電源，電池的特性會直接影響到應急時間、光源的亮度，因此采用合適的電池非常重要。目前，消防應急燈具普遍采用鎳鉻或鎳氫充電電池。同時，控制系統必須對電池進行檢測，以實現對電源的保護。
1．5 光源監(jiān)控保護模塊
光源控制模塊完成兩個功能：應急狀態(tài)下產生信號，打開備用電源和光源的放電回路，在市電正常時檢測光源是否打開。標準規(guī)定：消防應急燈具的應急轉換時間應不大于5 s，高危險區(qū)域使用的消防應急燈具的應急轉換時間不大于0．25s。
2 結語
研制高度集成新技術、新標準的消防控制專用芯片，無疑將大大降低設備制造商的產品開發(fā)難度、成本與能耗，提高設備的可靠性。這已經成為芯片設計者、設備制造商追求的目標。隨著企業(yè)生產規(guī)模的不斷加大，該芯片的成本還有進一步的降低空間?？紤]到市場有對產品要求不斷提高的趨勢，在設計時，該芯片預留了系統升級更新的空間，可在短時間內發(fā)展出衍生品種，滿足市場需求。
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