專利名稱：一種消防應急燈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應急燈具，更具體地，本實用新型涉及一種消防應 急燈。
背景技術：
消防應急燈是公共場所安全應急的 一種保障，是公共消防的強制性措施， 其使用范圍廣，布置環(huán)境比較復雜。通常，消防應急燈具有消防應急照明燈 和消防應急疏散標志燈二者的功能，其中，消防應急照明燈通常安裝于消防
逃生通道處，當發(fā)生停電、火警等情況時，可自動開燈而實現(xiàn)應急照明功能； 消防應急疏散標志燈用于指示消防逃生通道的位置和方向。
市場上常見的消防應急燈一般釆用蓄電池作為供電電池，通過電池電壓 檢測電路來檢測供電電池的電壓情況而提供對蓄電池的充放電控制，檢測準 確度的波動導致對供電電池充放電控制的不準確。另外，由于供電電池的生 產廠家、規(guī)格型號、新舊程度、使用環(huán)境等因素的差異，現(xiàn)有的充電模式或 者充電電路難以滿足普適性使用的需要，并且電池電壓一有降低就進行充電， 由于充放電的頻繁而導致供電電池的使用壽命縮短。
現(xiàn)有的消防應急燈大多采用普通燈泡作為光源，由于普通燈泡的燈絲冷 態(tài)電阻很小，瞬間點亮燈泡容易出現(xiàn)燈鵠絲燒斷的現(xiàn)象。而也有部分使用LED 作為光源，由于當前LED的控制電路與普通燈泡的控制電路相比未進行改變， 同樣存在供電電池充放電頻繁而導致LED供電電壓頻繁改變，使得LED的亮 度在應急使用時由于其供電電壓頻繁改變而經常不均勻，從而降低了 LED的 使用壽命。
發(fā)明內容為克服現(xiàn)有消防應急燈中供電電池充放電頻繁且不準確而導致供電電池和 光源壽命短的缺陷，本實用新型提出 一種消防應急燈。
才艮據(jù)本實用新型的一個方面，提出了一種消防應急燈，包括一個或者多個
LED以及控制電路，其特征在于
所述消防應急燈還包括用作供電電池的鋰電池；
所述控制電路包括主控制器和分別與所述主控制器相連的充放電電路、 信號檢測與開關控制電路、工作狀態(tài)指示和輸出電路；
所述信號檢測與開關控制電路用于衰減并檢測市電電壓和鋰電池電壓，并 將檢測信號發(fā)送給所述主控制器；
所述充放電控制電路包括具有用于調整鋰電池充電電流并且減少鋰電池充 電的紋波的脈寬調制電路的充電電路，和用于通過調整負載的連接與斷開來對 4里電池》文電的》文電電^各；
所述工作狀態(tài)指示和輸出電路用于控制所述LED和蜂鳴器的工作狀態(tài)；
所述主控制器用于通過信號檢測與開關控制電路采集市電和鋰電池以及負 載的電壓值來判斷當前市電、鋰電池和負載的狀態(tài)，通過充放電控制電路來對 鋰電池充放電，并且通過工作狀態(tài)指示和輸出電路來控制LED指示、故障報警。
所述消防應急燈還包括電源控制電路，所述電源控制電路用于控制供電電 源到鋰電池的電流單向傳輸，并且用于為所述主控制器穩(wěn)定供電。
所述消防應急燈還包括
燈座，用于將所述消防應急燈固定于照明或者指示位置； 燈罩。
所述消防應急燈還包括電路板，所述一個或者多個LED布置在所述電路 板的一面，在所述電路板的另一面上布置所述鋰電池和所述控制電路。
所述信號檢測與開關控制電路還用于檢測按鍵來獲取人工操作指示，以開 啟與關閉所述控制電路。
所述主控制器根據(jù)當前市電電壓低于正常值的情況來啟動放電電路，并根 據(jù)當前市電電壓正常而當前鋰電池需要充電的情況來啟動充電電路。
所述主控制器檢測到所述鋰電池開路或者短路，啟動故障報警電路。
所述主控制器檢測到鋰電池電壓低于預設值時，啟動充電電路進行小電流充電，其中，所述預設值為4.05伏，所述小電流為峰值電流的0.1倍。
所述主控制器檢測到鋰電池電壓大于2. 9V時，所述充電電路對所述鋰電池
恒流充電，當恒流充電，鋰電池電壓等于4. 2V時，通過所述脈寬調制電路調整
充電電流，維持鋰電池電壓穩(wěn)定在4. 2V。
在^:電過程中，所述脈寬調制電路控制;改電電流的大小，當鋰電池電壓高
于3. 2V時，降低放電電流；當鋰電池電壓低于2. 9V時，提高放電電流，使放
電電流保持一致。
本實用新型具有高效安全鋰電池充放電功能，使供電電池狀態(tài)自動切換； 通過P麗電路調節(jié)充電電流來改變供電電池由于電壓改變而出現(xiàn)亮度不均勻的 現(xiàn)象，提高了 LED的使用壽命；整個應急燈控制電路采用元器件更少，整體性 能更可靠，符合國家標準，滿足消防和家庭對消防應急燈的需求。


圖1是根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的控制電路的框圖； 圖2是根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的控制電路原理圖； 圖3是根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的控制流程圖； 圖4是根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的鋰電池充電曲線圖； 圖5是根據(jù)本實用新型的 一 個實施例的消防應急燈的鋰電池充電流程和
圖6是根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的主控制器的封裝示 意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型提供的 一種消防應急燈進行詳細 描述。
圖1示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的控制電路的框圖。 如圖1所示，消防應急燈的控制電路包括主控制器、電源控制電路、充放電 電路、信號檢測與開關控制電路、工作狀態(tài)指示和輸出電路。信號檢測與開關控制電路與主控制器相連，包括信號檢測電路和開關控制 電路。信號檢測電路用于作為分壓電路對接入的市電電壓、供電電池電壓進行
衰減并且濾波，以及用于作為分壓電路通過主控制器對LED信號衰減。開關控 制電路用于檢測按鍵來獲取人工的操作指示，以實現(xiàn)整個控制電路的開啟與關 閉。并且，信號檢測與開關控制電路將市電電壓信號、供電電池電壓信號、按 鍵指示信號傳輸給主控制器。
電源控制電路與主控制器相連，用于對整個控制電路的供電電源濾波，并 且用于控制供電電源到供電電池的電流單向傳輸，還用于構成一個濾波穩(wěn)壓電 路來給主控制器穩(wěn)定供電。
充放電控制電路與主控制器相連，包括充電電路和放電電路。充電電路包 括脈寬調制(P謂)電路，用于調整供電電池充電電流的大小并且減少供電電池 充電的紋波。放電電路用于通過調整負載的連接與斷開對供電電池進行放電。
工作狀態(tài)指示和輸出電路和主控制器相連，包括不同指示的LED、蜂鳴 器，用于指示整個消防應急燈的工作狀態(tài)，并輸出電流來控制LED和蜂鳴器 的工作。
主控制器用于通過信號檢測與開關控制電路釆集市電、供電電池和負載的 電壓值來判斷當前市電、供電電池和負載的狀態(tài)，實現(xiàn)通過充放電控制電路對 供電電池充放電的控制，實現(xiàn)通過工作狀態(tài)指示和輸出電路對LED指示、故障 報警的控制。
圖2示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的圖1所示的消防應急燈的控制 電路的詳細原理圖。參見圖l和圖2所示，其中，充電電路由二極管D5、三極 管Q2和Q4、電容C2、電阻R15組成PWM電路，通過控制三極管Q4的導通和截 止來實現(xiàn)對供電電池充電電流大小的控制，具體電流大小的控制如下結合圖4 和圖5詳細描述。電容C2、電阻R15構成RC濾波電if各，減少供電電池充電的紋 波，使系統(tǒng)充電更穩(wěn)定。
放電電路由三極管Q6和Q7、電阻R22和R2、負載U1和U2組成，主控制 器通過控制其第3引腳的高低電平來實現(xiàn)控制三極管Q6、 Q7的導通和截止，從 而控制負載的放電電路。
工作狀態(tài)指示和輸出電路由發(fā)光二極管L2(紅色)、發(fā)光二極管Ll (黃色)、發(fā)光二極管L3 (綠色)、電阻R8、 R17、 R29、 R30、三極管Q8和Q9以及蜂鳴 器組成。發(fā)光二極管L2、 Ll通過電阻R8來降壓并連接主控制器，發(fā)光二極管 L3通過R37降壓并連接主控制器，電阻R29和R30、三極管Q8和Q9、蜂鳴器組 成聲音報警電路。
電源控制電路包括轉換橋BR1、電阻R1、 R2、 R13、 R31、 RNC、 二極管D5、 D6、 D7、電容C1、 C6、 CNC、穩(wěn)壓器TL431 ( Q3 )。電阻Rl和電容Cl組成RC 濾波電路，對系統(tǒng)電源進行濾波。二極管D5實現(xiàn)電流的單向導通，使得電流只 能從電源給供電電池充電，而不能從供電電池反向流入電源。二極管D6和D7 用于防止電源的電流給供電電池充電。電源經過RC濾波后接入穩(wěn)壓器TL4 31, 再通過電阻RNC、電容CNC和C6組成的濾波電路，使電壓穩(wěn)定在2. 5V來給主控 制器供電。
4言號4僉測電3各包4舌電阻R14、 R18、 R25、 R49、 R21、 R20、 R23、 R24、電容 C5,電阻R14、 R18組成分壓電路用于衰減市電電壓，并且通過電容C5對信號 濾波并接入主控制器。電阻R25、 R49組成分壓電路用于對供電電池電壓信號衰 減并接入控制器，電阻R2R20組成分壓電路用于對負載Ul信號衰減并接入控制 器，電阻R23、 R24組成分壓電路用于對負載U2信號衰減并接入控制器。
開關控制電路由三極管Q2和Q5、電阻R3、 R4、 R7、按鍵K1組成，主控制 器通過檢測按鍵K1的狀態(tài)來實現(xiàn)人機的交互。當檢測到當前為市電連接，則啟 動放電電路；當檢測到當前為關機，則通過控制主控制器的第14腳的高電平來 導通Q1，使Q5截止，將整個控制電路斷電，實現(xiàn)關機功能。
圖3示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的控制流程。主控制 器啟動，對整個控制電路初始化，包括對主控制器(例如，本實施例中采用 的MCU)內部RAM清零，設置I/O 口的輸入輸出狀態(tài)，設置信號檢測的4個I/0 口 、按鍵檢測I/O 口為輸入模式(高阻模式)，各種狀態(tài)指示燈LED (紅燈，黃 燈，綠燈)、充放電P麗電路控制腳、電源控制腳設置成輸出模式。
主控制器通過信號檢測電路采集市電、供電電池和負載的電壓值來判斷當 前市電、供電電池、負載的狀態(tài)。如果當前市電電壓低于正常值，則打開放電 電路，并根據(jù)供電電池的電壓值來改變放電電流的P麵控制，實現(xiàn)對負載放電 電流的控制；如果當前市電電壓正常，則判斷供電電池電壓是否需要充電，如當前供電電池需要充電，則開啟充電電路，進行充電。
主控制器通過供電電池電壓值判斷當前供電電池的狀態(tài)，改變充電電流的 PWM控制，從而改變供電電池電流大小，實現(xiàn)對供電電池的充放電。如供電電池 電壓不正常(供電電池開路或者供電電池短路)，則啟動系統(tǒng)故障報警電路。
通過檢測負載電壓值判斷當前負載狀態(tài)，如負載電壓不正常(負載開路或
者負載短路)，工作狀態(tài)指示和輸出電路指示包括如果當前市電正常，則綠 燈開啟；如果當前供電電池正在充電，則紅燈亮；如果當前供電電池處于放電 或者停止，則充電紅燈關閉；如果當前控制電路出現(xiàn)故障(供電電池短路開路 或者負載短路開路)，則黃燈開啟，蜂鳴器響；如果當前控制電路故障解除， 則黃燈關閉，蜂鳴器停。
主控制器通過檢測開關控制電路的按鍵來啟動或者停止控制電路。如果檢 測到按lt為當前市電正常，即為連4妻市電，則開啟放電電3各；如果當前市電處 于停電狀態(tài)，則關閉控制電路。
圖4示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的鋰電池充電曲線 圖。從圖示曲線中可以看到，鋰電池最高充電終止電壓為4.2V,不能過充，如 果繼續(xù)充電，鋰電池電壓也不會繼續(xù)提高，還會破壞鋰電池的內部結構；同樣 鋰電池在放電過程中不能出現(xiàn)過放現(xiàn)象，鋰電池電壓如果低于3V，將會破壞鋰 電池的內部結構。主控制器通過實時采集鋰電池的電壓來判斷當前鋰電池的狀 態(tài)，修改充放電電流的P麗控制，實現(xiàn)對鋰電池電壓的控制。
從圖4的曲線圖還可以看出鋰電池電壓在3V-4V的過程中電壓提升非?？欤?而到了 4V以后電壓上升的幅度明顯減緩，則可以根據(jù)鋰電池的這個特性相應設 計充放電電路的控制。
圖5示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的鋰電池充電流程 圖。如圖5所示，充電過程分為5種模式階^^殳關斷才莫式，預充才莫式，恒流充 電模式，恒壓充電模式和充電結束。
關斷模式階段是指當鋰電池充滿電后，控制電路停止給鋰電池充電，由于 長時間沒有充電，鋰電池的電量減少，當鋰電池電壓低于一個界定值(圖中為 4. 05V)，控制電路再次啟動充電程序。
當鋰電池進入充電狀態(tài)，才艮據(jù)鋰電池的特性，由于鋰電池狀態(tài)不是4艮穩(wěn)定，開始充電的電流都非常小，即預充模式階段。如圖5中所示，電流為峰值電流 的0. 1倍，當檢測到當前鋰電池電壓〉2. 9V時，預充^f莫式階段結束。
根據(jù)鋰電池的充電特性，電壓在3V-4V的電壓上升的非?？欤M入恒流充電 模式，充電電流也提到最大值，主控制器通過檢測鋰電池當前電壓值來改變當前 的充電電流的PWM控制，實現(xiàn)恒流充電，當電壓=4. 2V時，恒流充電模式階段結束。
恒流充電模式階段結束后，即進入恒壓充電模式，通過檢測鋰電池的電壓， 調整電流的P麗控制，維持鋰電池電壓穩(wěn)定在4. 2V。檢測鋰電池充電電流，如 果充電電流<0. 1倍的峰值電流時，鋰電池已經充滿電，則關閉充電程序。
鋰電池放電控制根據(jù)鋰電池的特性，鋰電池放電必須在一個安全范圍之 內，這個值在2. 9V-3. 2V之間，在本實施例中，選擇3. IV。如果鋰電池電壓低 于3. IV,關閉控制電路，更好的保護鋰電池。
另外，LED燈的使用壽命和亮度均勻有很大的關系，消防燈在放電的過程中 也需要保持LED燈的亮度均勻。當鋰電池電量充足時，放電電流比較大；而當 鋰電池電壓很低時，放電電流卻很小，要保證亮度均勻，則需要保證鋰電池放 電電流一致，所以在放電過程中使用PWM電路來控制放電電流大小，使放電電 流一致，即使得LED的亮度一致?？梢愿鶕?jù)鋰電池電壓的大小來改變放電電流 P麗的控制，當鋰電池電壓^艮高時，降低放電電流；而當鋰電池電壓比較低時， 提高放電電流，實現(xiàn)通過調節(jié)P麗電路來改變由于電壓改變而出現(xiàn)亮度不均勻 的現(xiàn)象，從而實現(xiàn)LED亮度均勻，提高LED的使用壽命。
圖6示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的消防應急燈的主控制器的封裝 示意圖。在本實施例中，圖2所示的主控制器采用微控制器(MCU)。以下 詳細說明使用MCU進行控制時的引腳定義和連接關系。
如圖6所示，普通I/O 口 P1.2(l腳)、Pl.l(2腳)、P1.0(3腳)、P0.3(4 腳)、PO. 2(5腳)、PO. 1(6腳)、PO. 0(7腳)、P2. 0(9腳)、P3. 2(10腳)、P3.1(12 腳)、P3. 2(13腳)、P1.5(14腳)、P1.4(15腳)、Pl. 3(16腳)。
特殊功能I/0口 C0MPl+(2腳)、C0MPl-(3腳)、COMP0+(6腳)、COMP0-(7腳)。
AD轉換功能I/0口: AN3(4腳)、AN2 (5腳)、AN1 (6腳)、ANO (7腳)。 晶振I/0口0SC 0UT(13腳)、OSC IN(12腳)。復位I/O 口 RES(10腳)。 定時器I/O 口 RTCC(5腳)。 電源和地線VDD(11腳)、GND(8腳)。 其中
P1.2(l腳)，普通I/0口，可以設置成輸入模式(內部阻抗非常高，也為 高阻模式)，輸入模式下只能用作輸入，不能用作輸出，管腳狀態(tài)由外部決定; 可以設置成輸出模式(推挽模式)，只能作為輸出，管腳狀態(tài)由內部決定。
Pl. 1 (2腳)，可以做普通I/O 口 ，有輸入輸出功能；也可以設置成比較模式， 在比較模式下，可以和Pl. 0(3腳)組成一個比較器。
Pl. 0(3腳)，可以做普通I/O 口，有輸入輸出功能；也可以設置成比較模式， 在比較模式下，可以和Pl. 1 (2腳)組成一個比較器。
PO. 3 (4腳)，可以設置成普通輸入輸出模式，也可以設置成AD模式，用 作AD轉換器，精度為8位AD。
PO. 2 (5腳)，可以設置成普通輸入輸出模式，也可以設置成AD模式，用 作AD轉換器，精度為8位AD，還可以設置成定時器I/O 口
PO. 1 (6腳)，可以設置成普通輸入輸出模式，也可以設置成AD模式，用 作AD轉換器，精度為8位AD;也可以設置成比較模式，在比較模式下，可以和 PO. 0 (7腳)組成一個比較器。
PO. 0(7腳)，可以設置成普通輸入輸出模式，也可以設置成AD模式，用 作AD轉換器，精度為8位AD;也可以設置成比較模式，在比較模式下，可以和 PO. 1(6腳)組成一個比較器。
OSC IN (13腳)可以設置成晶振輸入腳，也可以設置成普通I/O 口。
OSC OUT (14腳)可以設置成晶振輸出腳，也可以設置成普通I/O 口。
本實用新型采用LED作為光源，使用鋰電池代替蓄電池，采用纟鼓控制器(MCU ) 代替模擬電路，這樣可以科學的給鋰電池充電，高效控制LED，使LED使用壽命 更長，維護成本降低。
對于之前描述的實施例，消防應急燈包括供電電池、光源和布置在電路 板上的控制電路。消防應急燈還可以包括用于將其固定于照明或者指示位置 的燈座。在另一個實施例中，該消防應急燈還可以包括燈罩，以防止周圍環(huán)境對其的損害。在又一個實施例中，該消防應急燈還可以包括與市電相連的 電源線。在一個實施例中，該供電電池是鋰電池，但是本領域內普通技術人
員可以理解，該供電電池也可以選擇市場上常用的具有充;^文電功能的蓄電池。 在一個實施例中，光源為一個或者多個LED，該一個或者多個LED布置 在電路板的一面上，在電路板的另一面上布置供電電池，在本實施例中，該 供電電池為鋰電池。在電路板上布置供電電池的一面布置消防應急燈的控制 電路，可以理解，該控制電路也可以布置在LED所在一面，但是，避免LED 和控制電路的發(fā)熱的互相影響，優(yōu)選將該控制電路布置在供電電池所在一面。 在另一個實施例中，供電電池、光源和控制電路的其中一個或者多個可以布 置在電路板的同一面或者不同面。
最后應說明的是，以上實施例僅用以描述本實用新型的技術方案而不是對 本技術方法進行限制，本實用新型在應用上可以延伸為其他的修改、變化、應 用和實施例，并且因此認為所有這樣的修改、變化、應用、實施例都在本實用 新型的精神和教導范圍內。
權利要求1、一種消防應急燈，包括一個或者多個LED以及控制電路，其特征在于所述消防應急燈還包括用作供電電池的鋰電池；所述控制電路包括主控制器和分別與所述主控制器相連的充放電電路、信號檢測與開關控制電路、工作狀態(tài)指示和輸出電路；所述信號檢測與開關控制電路用于衰減并檢測市電電壓和鋰電池電壓，并將檢測信號發(fā)送給所述主控制器；所述充放電控制電路包括具有用于調整鋰電池充電電流并且減少鋰電池充電的紋波的脈寬調制電路的充電電路，和用于通過調整負載的連接與斷開來對鋰電池放電的放電電路；所述工作狀態(tài)指示和輸出電路用于控制所述LED的工作狀態(tài)；所述主控制器用于通過信號檢測與開關控制電路采集市電和鋰電池以及負載的電壓值來判斷當前市電、鋰電池和負載的狀態(tài)，通過充放電控制電路來對鋰電池充放電，并且通過工作狀態(tài)指示和輸出電路來控制LED指示、故障報警。
2、 根據(jù)權利要求1所述的消防應急燈，其特征在于，所述消防應急燈還 包括電源控制電路，所述電源控制電路用于控制供電電源到鋰電池的電流單向 傳輸，并且用于為所述主控制器穩(wěn)定供電。
3、 根據(jù)權利要求1所述的消防應急燈，其特征在于，所述消防應急燈還 包括燈座，用于將所述消防應急燈固定于照明或者指示位置； 燈罩。
4、 根據(jù)權利要求1所述的消防應急燈，其特征在于，所述消防應急燈還 包括電路板，所述一個或者多個LED布置在所述電路板的一面，在所述電路 板的另一面上布置所述鋰電池和所述控制電路。
5、 根據(jù)權利要求1所述的消防應急燈，其特征在于，所述信號檢測與開 關控制電路還用于檢測按鍵來獲取人工操作指示，以開啟與關閉所述控制電路。
6、 根據(jù)權利要求1所述的消防應急燈，其特征在于，所述主控制器根據(jù) 當前市電電壓低于正常值的情況來啟動放電電路，并根據(jù)當前市電電壓正常而當前鋰電池需要充電的情況來啟動充電電^"。
7、 根據(jù)權利要求1所述的消防應急燈，其特征在于，所述主控制器檢測 到所述鋰電池開路或者短路，啟動故障報警電路。
8、 根據(jù)權利要求1所述的消防應急燈，其特征在于，所述主控制器檢測到鋰電池電壓低于預設值時，啟動充電電路進行小電流充電，其中，所述預設值為4.05伏，所述小電流為峰值電流的0.1倍。
9、 根據(jù)權利要求1所述的消防應急燈，其特征在于，所述主控制器檢測 到鋰電池電壓大于2. 9V時，所述充電電路對所述鋰電池恒流充電，當恒流充電， 鋰電池電壓等于4. 2V時，通過所述脈寬調制電路調整充電電流，維持鋰電池電 壓穩(wěn)定在4. 2V。
10、 根據(jù)權利要求1所述的消防應急燈，其特征在于，在放電過程中，所 述脈寬調制電路控制放電電流的大小，當鋰電池電壓高于3. 2V時，降低放電電 流；當鋰電池電壓低于2. 9V時，提高放電電流，使放電電流保持一致。
專利摘要本實用新型提供一種消防應急燈，包括鋰電池、一個或者多個LED和控制電路，所述控制電路包括主控制器、電源控制電路、充放電電路、信號檢測與開關控制電路、工作狀態(tài)指示和輸出電路。本實用新型具有鋰電池充放電功能，使鋰電池狀態(tài)自動切換；通過調節(jié)放電電流來改變鋰電池由于電壓改變而出現(xiàn)亮度不均勻的現(xiàn)象，提高了LED的使用壽命；整個應急燈控制電路采用元器件更少，整體性能更可靠，符合國家標準，滿足消防和家庭對消防應急燈的需求。
文檔編號F21V23/00GK201434317SQ20092016121
公開日2010年3月31日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權日2009年7月3日
發(fā)明者琨 李 申請人:佛山市智邦電子科技有限公司