应急灯设计毕业论文设计.doc

摘 要 近年来，大型公建越来越多，尤其是人员较为密积的酒店、商场、写字楼，在紧急状况下的人员疏散是一个很现实和重要的问题，这对应急照明系统的合理设置提出了新的问题。应急照明包括以下几种：（1）正常照明失效时，为继续工作（或暂时继续工作）而设的备用照明（2）为使人员在火灾情况下，能从室内安全撤离至室外（或某一安全地区）而设置的疏散照明；（3）正常照明突然中断，为确保处于潜在危险的人员安全而设置的安全照明。就其功能而言，应急照明是十分重要的，它涉及到人身安全的问题，所以应急照明系统设计的合理性是其可靠性的关键。本应急灯由市电和后备电池供电，能在停电之后自动点亮一段时间，适合农村或经常停电的地区作为应急照明之用。在市电正常时，应急灯熄灭，市电经整流，滤波后对后备电池供电。当夜晚市电突然中断时，应急灯启动。【关键词】 应急灯; 整流滤波; 逆变器。abstractin recent years, large-scale male constructed are getting more and more, particularly the personnel denser products hotel, the market, the office, under panic stations personnel dispersal were one very realistic and the important question, this asked the new question to the emergency lighting systems reasonable establishment.emergency lighting including the following several kinds:(1) normal illumination expiration, is continues to work (or continues the emergency lighting which temporarily work) supposes(2) to cause the personnel in the fire situation, can from the indoor safe evacuation the dispersal illumination which establishes to outdoor (or some security area); (3) the normal illumination sudden stop, to guarantee that is in safety lighting which the potential hazard the personal security establishes.speaking of its function, the emergency lighting is very important, it involves to the personal safety question, therefore the emergency lighting system designs rationality is its reliable key.this emergency light by the city electricity and the reserve battery power supply, can after the power cut lightens period of time automatically, suits the area which the countryside or cuts power frequently to take emergency lighting. is normal when the city electricity, the emergency light extinguishes, the city electricity passes through the rectification, after the filter constant voltage, to reserve battery power supply. that night when afternoon market electricity sudden stop, the emergency light starts.【keyword】emergency light; rectification filter; invertor 。目 录摘 要1abstract2目录3背景4应急灯的介绍4应用应急灯的作用与意义41 方案认证52 讨论总体方案53 功能电路分析53.1应急灯总电路图和电路简要分析53.1.1整流电路63.1.2 滤波电路93.1.3充电电路103.2逆变器114 应急灯的组装135 应急灯的整体结构146 改进与设想147 收获和体会15附 录16致 谢17参考文献18绪论应急照明是现代公共建筑及工业建筑的重要安全设施，它同人身安全和建筑物安全紧密相关。当建筑物发生火灾或其它灾害，伴随着电源中断，应急照明对人员疏散、消防救援工作，对重要的生产、工作的继续运行或必要的操作处置，都有重要的作用背景现在人身安全越来越重要，尤其是发生灾害的时候生命显得更加珍贵。建筑设计防火规范 第10.2.6条规定：各单位应在各疏散走道、出口及楼梯间设置事故应急照明灯。但是大部分应急灯都是价格高，不能大规模的应用。本次设计的应急灯简单、价格低廉适应也中等收入的家庭应用。应急灯的介绍应急灯的种类： 手提应急灯； 消防应急灯； 节能应急灯； 供应应急灯； 水下应急灯； 可充电应急灯； 太阳能应急灯； 多功能应急灯。 国内目前使用的应急照明系统以自带电源独立控制型为主，正常电源接自普通照明供电回路中，平时对应急灯蓄电池充电，当正常电源切断时，备用电源（蓄电池）自动供电。这种形式的应急灯每个灯具内部都有变压、稳压、充电、逆变、蓄电池等大量的电子元器件，应急灯在使用、检修、故障时电池均需充放电。 另一种是集中电源集中控制型，应急灯具内无独立电源，正常照明电源故障时，由集中供电系统供电。在这种形式的应急照明系统中，所有灯具内部复杂的电子电路被省掉了，应急照明灯具与普通的灯具无异，集中供电系统设置在专用的房间内。与自带电源独立控制型应急灯具相比，集中电源集中控制型应急灯具有便于集中管理、用户自查、消防监督检查、延长灯具寿命、提高应急疏散效能等优点,系统可靠性好、使用寿命长、维护与管理方便、系统价格低。但是集中电源集中控制型应急灯具由于每个应急灯具内没有备用电源（蓄电池），若供电线路发生故障，则会直接影响到应急照明系统的正常运行，所以对其供电线路敷设有特殊的防火要求。而自带电源独立控制型应急灯具因为在每个应急灯具内都带有备用电源（蓄电池），所以对供电线路没有特殊的要求，供电线路故障并不会影响到备用电源发生作用。应急灯发生故障时一般也只影响该灯具本身，对整个系统影响不大。 在选择应急照明灯时，应根据具体情况合理选择应急照明系统。一般来说，新建工程或设有消防控制室的工程，应尽量在建设过程中统一布线，选用集中电源集中控制型应急照明；对于小型场所、后期整改或二次装潢改造的工程应选用自带电源独立控制型应急照明应用应急灯的作用与意义应急灯的作用就是当正常照明出现故障时充当应急照明。属于消防系统的一部分，一般能够应急90分钟左右，帮助人们撤离事故区。应急灯的电源和系统电源连接在一起，平时充当一般照明，同时进行充电，当发生断电或其他事故时自动切入应急状态。用来更好的保护人们的安全、顺利工作。1 方案认证本应急灯由电源电路（整流电路、稳压电路）、充电电路和多谐震荡电路等电路组成。 如图1-1降压、整流滤波电池逆变器灯输入ac220v图 1-1k111常用的容量较大的可充电电池有：镍-镉电池，镍氢电池，铅酸电池等，免维护密封铅酸蓄电池因其容量大，价格廉价而广泛用于便宜式仪器，轮船，电动车，通讯等，本设计选择12v小容量免维护蓄电池。2 讨论总体方案220v交流市电由工频变压降压，变压器次级电压经整流滤波用于对电池充电，稳压器输出电压调定在12v。用12v直流电压给蓄电池充电，市电中断时经过逆变器输出220v交流电压供灯照明。用单片机作核心控制元件。单片机形成pwm脉冲，推动开关管工作，获得220v的稳压交流点输出。单片机同时接受各种检测信号，完成控制功能。因单片机功能强大，在不增加硬件成本的情况下，可实现更多完善的充电。保护功能。 此方案的优点是电路简单，可靠；缺点是由于蓄电池的关系照明时间比较短。3 功能电路分析3.1应急灯总电路图和电路简要分析该停电应急灯电路由电源电路、充电电路、触发开关电路和多谐振荡器电路组成，如图3.1-1所示。电源电路由电源变压器tl、整流二极管vd和充电电容器cl组成。图3.1-1 应急灯总图充电电路由继电器k的常开触头k1-2、发光二极管vl、蓄电池gb组成。逆变器由单片机tl494、四个晶振三极管、升压变压器和一些电容电阻及二极管构成（成品电路板，不需组装焊接）在市电正常时，交流220v电压经tl降压及vd整流后使k吸合，k的常开触头k1-2接通，常闭触头k1-1断开，逆变器与电源断开，逆变器不工作，节能灯el不亮。此时发光二极管vl点亮，gb开始充电。停电时，k释放，其常开触头kl-2断开，常闭触头k1-1接通，（s1为演示开关平常是闭合的）蓄电池与逆变器连通，逆变器通电工作，蓄电池12v直流电压经过逆变器输出220v交流电压，将节能灯el点亮。按下s1时，蓄电池与逆变器断开，逆变器停止工作，节能灯el熄灭。3.1.1整流电路图 3.1.1-1 单相半波整流工作原理图3.1.1-1中tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压u1变成整流电路要求的交流电压u2 ， rl是要求直流供电的负载电阻，vd为整流二极管，它是整流电路的关键器件，主要是靠它的单向导电性完成整流任务。在电压u2的正半周（设a端为正，b端为负时是正半周），二极管导通，电流通路如图3.1.1-1箭头所示。 在电压u2的负半周（a端为负，b端为正时是负半周），二极管截止，ul0。流过负载rl的电流il及负载两端电压ul的波形如图3.1.1-2所示。是单方向的半波脉动波形。图 3.1.1-2 半波整流电路波形图主要参数在研究整流电路时，主要考查整流电路输出电压平均值（即负载上的直流电压ul）和输出电流平均值（即负载上的直流电流il）这两项指标。从2-2（c）所示波形可知，当t=0时， ；当t= 2时， 。所以，求解 的平均值ul，就是将0 的电压平均在0 2间隔之中。如图3.1.1-3所示。 图3.1.1-3 半波整流输出电压平均值写成表达式为 (3.1.1-1)解得 因为变压器输出7.5v电压 即 ul=0. 45 * 12=5.4v在单相半波整流电路中，二极管的正向平均电流等于负载电流平均值。即： (3.1.1-2)二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压。即： (3.1.1-3)一般情况下，允许电网电压有10 的波动，即电源变压器初级电压为198 242v，因此，在选用二极管时，对于最大整流平均电流if和最高反向工作电压ur均应至少留有10%的余地，以保证二极管安全工作。即选取： 总结：单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是，由于它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大（即脉动大），效率低。因此，这种电路仅适用于负载电流较小，对脉动要求不高的场合。3.1.2 滤波电路整流电路的输出电压虽然是单一方向，但是脉动较大，含有较大的交流成分，不能适应大多数电子电路及设备的需要。因此，一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉冲的直流电压变为平滑的直流电压。滤波电路一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器c，或与负载串联电感器l，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。常用的滤波电路如图3.1.2-1所示。 图3.1.2-1滤波电路的基本形式图3.1.2-1(a)为电容滤波，图(b)称为倒l型（复式）滤波，图(c)称为p型（复式）滤波。 由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器c在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使输出电压比较平滑，即电容c具有平波的作用；与负载串联的电感l，当电源供给的电流增加时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感也有平波作用。本次设计使用的是电容滤波 如图3.1.2-2 、 图3.1.2-3 所示：图3.1.2-2 单相半波整流电容滤波图3.1.2-3 单相半波整流电容滤波电路的波形u2为变压后的电压12v，由以上两图所示，经过电容器滤波后得到了比较平滑的输出电压。由于条件的限制所以经过测试选择了100uf 的电容器。3.1.3充电电路充电电路由：变压器、继电器、电容器、和蓄电池组成。如图 3.1.3-1图 3.1.3 -1 在市电正常时，交流220v电压经t1降压及vd整流后使继电器k吸合，k的常开触头kl-2接通，常闭触头k1-1断开。此时发光二极管vl点亮，gb开始充电。直流继电器原理： 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。3.2逆变器逆变器由tl494芯片、四个晶振三极管、升压变压器和一些电容电阻及二极管构成，用单片机作核心控制元件。单片机形成pwm脉冲，推动开关管工作，获得220v的稳压交流点输出。本次设计使用的是小型的车载逆变器 如图3.2-1图3.2-13.2.1 tl494芯片 tl494是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双管式、半桥式、全桥式开关电源。tl494有so-16和pdip-16两种封装形式，以适应不同场合的要求。本次设计使用的是pdip-16型如图3.2.1-1图3.2.1-1 tl494芯片tl494cn引脚主要功能如下：1 a检测放大器正输入；2 a检测放大器负输入；3 脉宽调制比较器输入；4 死区时间控制；5谐振电容；6定时电阻；7 地；8 驱动管；9 驱动管a发射极；10 驱动管b发射极；11 驱动管b集电极；12 正电源；13 输出方式控制a集电极；14 基准5v电压输出；15 b检测放大器负输入；16 b检测放大器正输入。其主要特征如下：1、 集成了全部的脉宽调制电路。2、 置线性锯齿波振荡器，外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）。3、 内置误差放大器。4、 内止5v参考基准电压源。5、 可调整死区时间。6、 内置功率晶体管可提供500ma的驱动能力。7、 推或拉两种输出方式。工作原理简述：tl494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置了线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节。 输出脉冲的宽度是通过电容ct上的正极性锯齿波电压与另外两个控制信号进行比较来实现。功率输出管q1和q2受控于或非门。当双稳触发器的时钟信号为低电平时才会被选通，即只有在锯齿波电压大于控制信号期间才会被选通。当控制信号增大，输出脉冲的宽度将减小。参见图3.2.1-1 图2 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比较器具有120mv的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的4%，当输出端接地，最大输出占空比为96%，而输出端接参考电平时，占空比为48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在03.3v之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。3.2.2整体逆变器 图3.2.2-1 逆变器电路图工作原理：由tl494芯片产生频率震荡，其输出推动两个小晶体三极管vt1、vt2，再由两个小管推动两个大管vt3、vt4，最后由两个大管推动升压变压器升压输出220v交流电，之后由220v交流电带动节能灯照明。逆变器的作用：逆变器就是一种将低压（12或24伏）直流电转变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。我们处在一个“移动”的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和娱乐。在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。4 应急灯的组装除发光二极管、灯、开关外所有元器件都用胶枪固定在一个塑料盒地盘上。前挡板有电钻打两个孔分别安装发光二极管和开关，后挡板同样用电钻打孔用来电源线的接入。（如 图4 所示）图4 应急灯的组装5 应急灯的整体结构蓄电池、变压器、继电器、逆变器都固定在盒子内部，灯坐固定在盒子的顶端。整体结构如 图5 所示图5 应急灯的整体结构6 改进与设想 本次设计的应急灯属于比较简单的小家庭用灯，成本底制作方便，不需要太复杂的电路。所以有许多的方面需要改进：1、 添加稳压电路使之运行更稳定；2、 将功能控制部分，改为数字逻辑电路，以简化电路；3、 增加光敏器件，防止白天断电时，应急灯也会点亮，更大限度的节约能源；7 收获和体会通过这次毕业设计使我掌握了做电子产品研究的基本方法和思路，为今后的工作打下了基础，现将感受总结如下：1、学习并亲自经历了一个电子产品的研制过程：方案论证系统设计安装样机。任何一个产品都有多个可供选择的方案。需要在先进性、实用性、可靠性、性价比等众多因素中折中优化2、通过本次设计，学会了整流，稳压电源的设计，主要元器件的选择，加深了对模拟电子技术许多知识的理解。实用电子产品的设计都要使用经验数据。这是前人的劳动经验，是课本上学不到的。这次毕业设计突显出来的工程能力训练，是以前我们