CN105208718A - 一种独立控制型智能消防应急指示灯 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种独立控制型智能消防应急指示灯。本发明主要由主控模块和电源模块两部分组成。主控模块具备灯光亮度自适应外界光强、红外计数、蓝牙通信、突发情况短信报警和智能电量管理功能。电源模块为整个灯具提供工作电源，主要由锂电池和电源电路组成。相较于现有的灯具，本发明设计的智能消防应急指示灯功能更加强大、更加节能、使用更加方便，能够为建筑物的消防安全提供更多的保障。

Description

一种独立控制型智能消防应急指示灯

技术领域

本发明属于消防照明领域，具体涉及一种独立控制型智能消防应急指示灯。

背景技术

消防应急灯具主要包括消防应急照明灯具、消防应急指示灯具和消防应急照明指示灯三种，是建筑物消防系统中最为常见的部分。消防应急照明灯具的主要作用是为人员疏散、消防作业提供照明。消防应急指示灯具的主要作用是指示安全出口及其疏散方向，指示楼层、避难层及其他安全场所，指示禁止入内的场所、通道和危险品存放处。消防应急照明指示灯具备前面两者的功能。消防应急指示灯灯体通常由铝材制成，灯光以绿色为主，工作状态为24小时不间断工作。

根据控制方式的不同，消防应急指示灯可分为独立控制型、子母控制型和集中控制型三种类型。目前市场上常见的为独立控制型消防应急指示灯，此类指示灯集电源、灯泡和控制器于一身，能够自身完成应急状态的转换。此类指示灯具虽然能够实现其规定的功能，但是其功能较为单一，在某些情况下灯具的使用并不方便，还有诸多可扩展之处。本发明对传统的消防应急指示灯具进行了改进，具体涉及一种新型的独立控制型智能消防应急指示灯。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的消防应急指示灯具的不足，提供一种新型独立控制型智能消防应急指示灯。

本发明主要由主控模块和电源模块两部分组成。主控模块是整个灯具的控制模块，主要具备灯光亮度自适应外界光强、红外计数、蓝牙通信、突发情况短信报警和智能电量管理功能。灯光亮度自适应光强是指当指示灯所在环境光照强度发生变化时，指示灯的亮度也会随着改变，如当外界光强变大时，指示灯亮度降低，反之指示灯亮度增加。红外计数是指通过红外传感器来检测经过灯具的人数，该功能主要用以统计经过指示灯具的人数，并可以将人数通过蓝牙通信发送至相关的手机端。蓝牙通信是指灯具可与相应的手机端进行蓝牙通信，灯具可向手机端发送相关信息，手机端也通过蓝牙将指示灯关闭。突发状况短信报警，此处的突发状况是指火灾与地震两种情况，灯具检测到突发状况发生后，开启短信报警功能，向外界发出报警短信。

电源模块主要功能是为整个灯具提供工作电源，主要由锂电池和电源电路组成。首先，市电经过开关电源后得到5V的直流电源，市电供电正常时，市电为灯具工作电源，其中包括给LED灯供电、给主控模块供电和给锂电池充电。市电断电时，电源模块自动切换成锂电池供电，此时锂电池成为整个系统的供电电源。

电源电路包括整流电路、5V直流稳压电路、锂电池充电控制电路、锂电池放电控制电路和3.3V直流稳压电路。

整流电路包括市电接口JP5、交流电压器T1、整流桥B1、第五电容C5和第六电容C6。其中，交流变压器T1为降压变压器，将220V交流电降为12V交流电。电容C5和C6为电解电容，起到滤波作用。整流桥B1的型号为KBP307，最高能经受3A电流、700V电压，其作用是将交流电转换为直流电。

接口JP5的1号脚与2号脚与变压器T1的初级线圈的2号脚和1号脚相连接。变压器T1次级线圈的3号脚、4号脚分别与整流桥B1的2号脚、4号脚相连。整流桥B1的3号脚、电容C5正极、电容C6正极相连接，标注为12V+端。整流桥B1的1号脚、电容C5、电容C6的负极相连接，标注为GND端。

5V直流稳压电路包括直流稳压芯片U4、肖特基二极管D1、电感L1、第七电容C7、第八电容C8、可变电阻R5、第六电阻R6、第九电容C9。其中，稳压芯片U4的型号为LM2596，电容C9为容量较大的电解电容。

稳压芯片U4的1号引脚与12V+端相连，2号引脚与肖特基二极管D1的负极、电感L1一端相连。电感L1的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、可变电阻R5的2号脚、可变电阻R5的3号脚、电解电容C9的正极相连，标注为5V_OUT端。稳压芯片U4的4号脚、电容C8的另一端、可变电阻R5的1号脚、电阻R6的一端相连。稳压芯片U4的3号脚和5号脚、肖特基二极管D1的正极、电容C7的另一端、电阻R6的另一端、电解电容C9的负极相连，并与GND端相接。

锂电池充电控制电路包括第十电容C10、发光二极管LED_RED、发光二极管LED_GREEN、第七电阻R7、第八电阻R8、锂电池充电芯片U5、第九电阻R9、第十一电容C11、锂电池BAT1。其中，发光二极管LED_RED和LED_GREEN分别为红色发光二极管和绿色发光二极管，U5的型号是TP4056。

锂电池充电控制电路参照TP4056的芯片手册。电容C10的一端、芯片U5的4号脚、芯片U5的8号脚、发光二极管LED_RED的正极、发光二极管LED_GREEN的正极相连，并与5V端口相连。发光二极管LED_RED的负极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与芯片U5的7号脚相连。发光二极管LED_GREEN的负极与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与芯片U5的6号脚相连。芯片U5的3号脚、电容C11的一端以及锂电池BAT1正极BTA+相连。芯片U5的2号脚与电阻R9的一端相连。芯片U5的1号脚、芯片U5的3号脚、电阻R9的另一端、电容C11的另一端、锂电池BAT1的负极BTA-相连，并与GND端相连。

锂电池放电控制电路由继电器K1构成，继电器K1型号为SRD-5VDC-SL-C。继电器K1的1号脚与5V_OUT端相连，2号脚与GND端相连，4号脚与5V_OUT端相连，5号脚与锂电池BAT1的正极BTA+相连。继电器K1的3号脚标注为5V端。

3.3V直流稳压电路包括第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、稳压芯片U6。其中，稳压芯片U6型号为AMS117-3.3，它是一种降压稳压芯片，可将输出电压稳定在3.3V。电容C12、C13、C14与C15主要起到滤波作用，使芯片U6输出端与输入端的信号纹波更小。

电容C12的一端、电容C13的一端与芯片U6的3号脚相连，并跟5V端相连。芯片U6的2号脚与电容C14的一端、电容C15的一端相连，标注为3.3V端。电容C12的另一端、电容C13的另一端、芯片U6的1号脚、电容C14的另一端、电容C15的另一端相连，并与GND端相连。

主控模块包括USB转串口电路、MCU电路、光强自适应电路、火灾地震监测电路以及GSM模块、蓝牙模块、红外传感器的接口电路。

USB转串口电路包括USB转串口芯片U1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、晶振Y1、USB插座U2。其中，芯片U1的型号是CH341，作用是将USB通信转为串口通信，方便MCU程序的下载。

电容C1的一端、芯片U1的11号脚、芯片U1的12号脚相连，并与GND端相连。电容C1的另一端、芯片U1的13号脚、芯片U1的20号脚相连，并与5V端相连。电容C3的一端、电容C2的一端、芯片U1的19号脚相连，并与GND端相连。电容C3的另一端与晶振Y1的一端、芯片U1的10号脚相连。晶振Y1的另一端与电容C2的另一端、芯片U1的9号脚相连。芯片U1的7号脚、8号脚分别与USB插座U2的3号脚、2号脚相连。芯片U1的3号脚、4号脚分别与主控芯片U3的10号脚、9号脚相连。芯片U1的1号脚、2号脚、5号脚、14号脚、15号脚、16号脚、17号脚、18号脚悬空。USB插座U2的5号脚和6号脚相连，4号脚接GND端，1号脚接5V端。

主控MCU电路由MCU芯片U3构成。U3的具体型号是基于32位的ARMCortex-M3处理器STM32F103VBT6，它是整个指示灯的控制器。U3的21号脚、6号脚、22号脚、11号脚、28号脚、100号脚、75号脚、50号脚均与3.3V端相连。U3的20号脚、19号脚、10号脚、27号脚、99号脚、74号脚、49号脚相均与GND端相连。

光强自适应电路包括第一电阻R1、光敏电阻R2、第三电阻R3、NPN型三极管Q1、LED灯LED1。其中，LED灯LED1即为指示灯的光源。电阻R1的一端与3.3V端相连，另一端与芯片U3的18号脚和光敏电阻R2的一端相连。三极管Q1的集电极与5V端相连，基电极与芯片U3的92号脚相连，发射级与LED灯LED1的正极相连。LED1的负极与电阻R3的一端相连。R3的另一端与R2的另一端均与GND端相连。

火灾地震监测电路包括第四电阻R4、震动开关Key_Shake、烟雾传感器接口JP1。其中震动开关为市场上常见的滚珠开关SW-200D，用以监测震动的发生。烟雾传感器为市场上常见的MQ-2烟雾传感器模块，用以监测火灾产生的烟雾。电阻R4的一端与3.3V端相连，另一端与芯片U3的53号脚和震动开关Key_Shake的1号脚相连。震动开关Key_Shake的2号脚与GND端相连。烟雾传感器接口JP1的1号脚、2号脚分别与芯片U3的9号脚、16号脚相连，JP1的3号脚与5V端相连，4号脚与GND端相连。

GSM模块、蓝牙模块、红外传感器的接口电路包括GSM模块接口JP2、蓝牙模块接口JP3、红外传感器接口JP4。其中，GSM模块的主要作用是发送报警短信，该模块采用的是西门子公司生产的TC35模块。蓝牙模块的主要作用是用与灯具与手机端的通信，采用的是市面上常见的HC-05模块。红外传感器主要用于测量经过指示灯的人员的数量，采用的是市面上常见的HC-SR501模块。

接口JP2的1号脚、接口JP3的1号脚以及接口JP4的1号脚均与5V端相连。接口JP2的4号脚、接口JP3的4号脚以及接口JP4的4号脚均与GND端相连。接口JP2的2号脚、3号脚分别于芯片U3的47号脚、48号脚相连。接口JP3的2号脚、3号脚分别于芯片U3的25号脚、26号脚相连。接口JP4的2号脚、3号脚分别于芯片U3的15号脚、17号脚相连。芯片U3的剩余引脚均悬空。

本发明的有益效果：本发明丰富了传统的消防指示灯的功能，大大增加了指示灯的智能性，是一种新型的独立控制型智能消防指示灯。与传统指示灯相比，本发明设计的智能消防应急指示灯功能更加强大、更加节能、使用更加方便，能够为建筑物的消防安全提供更多的保障。其中，灯光亮度自适应光照强度的功能可以很好的节约电能，尤其适用于这种24小时不间断工作的灯具。突发状况报警功能可以更及时的发现突发状况，并将情况已短信的方式向管理员发出警报，以便及时采取措施，减少突发状况造成的损失。红外计数功能能够监控经过指示灯人员的数量，特别是在安全出口出能够检测的进入建筑物内人员的数量以及从建筑物内出去的人员数量，可以方便的监控人员的流动。蓝牙通信功能可以用蓝牙开关将指示灯关闭，也可以在相应手机客户端查看经过指示灯的人员数量。本发明的电量管理功能用硬件方式实现，不需要任何软件的配合，能很好的保护好锂电池，同时能及时的在锂电池与市电之间进行切换。上述功能均是传统消防指示灯上不具备的，这些功能可以更好地保障建筑物的消防安全。

附图说明

图1为本发明的灯具结构图；

图2为整流电路图；

图3为5V直流稳压电路图；

图4为锂电池充电控制电路；

图5为锂电池放电控制电路；

图6为3.3V直流稳压电路图；

图7为USB转串口电路图；

图8为MCU电路图；

图9为光强自适应电路图；

图10为火灾地震监测电路图；

图11为GSM模块、蓝牙模块和红外传感器接口电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体灯具的结构对本发明做进一步说明。

如图1所示。本发明是一种独立控制型智能消防应急指示灯，其结构上分为主控模块和电源模块两部分。主控模块是整个灯具的控制电路，主控MCU是STM32系列单片机，具体型号为STM32F103VBT6。主控模块主要功能是指示灯亮度光强自适应、突发状况报警、红外计数和蓝牙通信功能。指示灯亮度光强自适应是指当外界光强变大时，指示灯亮度降低，反之指示灯亮度增加，指示灯的亮度能自动随着环境光强而调节。红外计数是指通过红外传感器来检测经过灯具的人数，该功能主要用以统计经过指示灯具的人数，并可以将人数通过蓝牙通信发送至相关的手机端。蓝牙通信是指灯具可与相应的手机端进行蓝牙通信，灯具可向手机端发送相关信息，手机端也通过蓝牙将指示灯关闭。突发状况短信报警，此处的突发状况是指火灾与地震两种情况，灯具检测到突发状况发生后，开启短信报警功能，向外界发出报警短信。

电源模块功能是为整个指示灯提供工作电源、锂电池电量的管理、断电时灯具工作电源的切换。市电经过一系列的开关电源电路后得到5V的直流电和3.3V的直流电。得到的直流电用作指示灯灯泡电源、锂电池充电电源已经控制模块工作电源。市电正常时，由市电作为整个灯具的电源。市电断开时，在锂电池放电电路的作用下，灯具自动切换成锂电池供电，此时锂电池作为整个灯具的工作电源。

如图2所示。整流电路包括市电接口JP5、交流电压器T1、整流桥B1、第五电容C5和第六电容C6。接口JP5的1号脚与2号脚与变压器T1的初级线圈的2号脚和1号脚相连接。变压器T1次级线圈的3号脚、4号脚分别与整流桥B1的2号脚、4号脚相连。整流桥B1的3号脚、电容C5正极、电容C6正极相连接，标注为12V+端。整流桥B1的1号脚、电容C5、电容C6的负极相连接，标注为GND端。

如图3所示。5V直流稳压电路包括直流稳压芯片U4、肖特基二极管D1、电感L1、第七电容C7、第八电容C8、可变电阻R5、第六电阻R6、第九电容C9。其中，稳压芯片U4的型号为LM2596，电容C9为容量较大的电解电容。稳压芯片U4的1号引脚与12V+端相连，2号引脚与肖特基二极管D1的负极、电感L1一端相连。电感L1的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、可变电阻R5的2号脚、可变电阻R5的3号脚、电解电容C9的正极相连，标注为5V_OUT端。稳压芯片U4的4号脚、电容C8的另一端、可变电阻R5的1号脚、电阻R6的一端相连。稳压芯片U4的3号脚和5号脚、肖特基二极管D1的正极、电容C7的另一端、电阻R6的另一端、电解电容C9的负极相连，并与GND端相接。

如图4所示，锂电池充电控制电路包括第十电容C10、红色发光二极管LED_RED、绿色发光二极管LED_GREEN、第七电阻R7、第八电阻R8、锂电池充电芯片U5、第九电阻R9、第十一电容C11、锂电池BAT1。U5的型号是TP4056。锂电池充电控制电路参照TP4056的芯片手册。电容C10的一端、芯片U5的4号脚、芯片U5的8号脚、发光二极管LED_RED的正极、发光二极管LED_GREEN的正极相连，并与5V端口相连。发光二极管LED_RED的负极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与芯片U5的7号脚相连。发光二极管LED_GREEN的负极与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与芯片U5的6号脚相连。芯片U5的3号脚、电容C11的一端以及锂电池BAT1正极BTA+相连。芯片U5的2号脚与电阻R9的一端相连。芯片U5的1号脚、芯片U5的3号脚、电阻R9的另一端、电容C11的另一端、锂电池BAT1的负极BTA-相连，并与GND端相连。

如图5所示。锂电池放电控制电路由继电器K1构成。继电器K1的1号脚与5V_OUT端相连，2号脚与GND端相连，4号脚与5V_OUT端相连，5号脚与锂电池BAT1的正极BTA+相连。继电器K1的3号脚标注为5V端。

如图6所示。3.3V直流稳压电路包括第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、稳压芯片U6。稳压芯片U6型号为AMS117-3.3。电容C12的一端、电容C13的一端与芯片U6的3号脚相连，并跟5V端相连。芯片U6的2号脚与电容C14的一端、电容C15的一端相连，标注为3.3V端。电容C12的另一端、电容C13的另一端、芯片U6的1号脚、电容C14的另一端、电容C15的另一端相连，并与GND端相连。

如图7所示。USB转串口电路包括USB转串口芯片U1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、晶振Y1、USB插座U2。其中，芯片U1的型号是CH341。电容C1的一端、芯片U1的11号脚、芯片U1的12号脚相连，并与GND端相连。电容C1的另一端、芯片U1的13号脚、芯片U1的20号脚相连，并与5V端相连。电容C3的一端、电容C2的一端、芯片U1的19号脚相连，并与GND端相连。电容C3的另一端与晶振Y1的一端、芯片U1的10号脚相连。晶振Y1的另一端与电容C2的另一端、芯片U1的9号脚相连。芯片U1的7号脚、8号脚分别与USB插座U2的3号脚、2号脚相连。芯片U1的3号脚、4号脚分别与主控芯片U3的10号脚、9号脚相连。芯片U1的1号脚、2号脚、5号脚、14号脚、15号脚、16号脚、17号脚、18号脚悬空。USB插座U2的5号脚和6号脚相连，4号脚接GND端，1号脚接5V端。

如图8所示。主控MCU电路由MCU芯片U3构成。U3的具体型号是基于32位的ARMCortex-M3处理器STM32F103VBT6。U3的21号脚、6号脚、22号脚、11号脚、28号脚、100号脚、75号脚、50号脚均与3.3V端相连。U3的20号脚、19号脚、10号脚、27号脚、99号脚、74号脚、49号脚相均与GND端相连。

如图9所示。光强自适应电路包括第一电阻R1、光敏电阻R2、第三电阻R3、NPN型三极管Q1、LED灯LED1。其中，LED灯LED1即为指示灯的光源。光敏电阻R2的阻值随着环境光强的改变而改变。电阻R1的一端与3.3V端相连，另一端与芯片U3的18号脚和光敏电阻R2的一端相连。三极管Q1的集电极与5V端相连，基电极与芯片U3的92号脚相连，发射级与LED灯LED1的正极相连。LED1的负极与电阻R3的一端相连。R3的另一端与R2的另一端均与GND端相连。

如图10所示。火灾地震监测电路包括第四电阻R4、震动开关Key_Shake、烟雾传感器接口JP1。电阻R4的一端与3.3V端相连，另一端与芯片U3的53号脚和震动开关Key_Shake的1号脚相连。震动开关Key_Shake的2号脚与GND端相连。烟雾传感器接口JP1的1号脚、2号脚分别与芯片U3的9号脚、16号脚相连，JP1的3号脚与5V端相连，4号脚与GND端相连。

如图11所示。GSM模块、蓝牙模块、红外传感器的接口电路包括GSM模块接口JP2、蓝牙模块接口JP3、红外传感器接口JP4。接口JP2的1号脚、接口JP3的1号脚以及接口JP4的1号脚均与5V端相连。接口JP2的4号脚、接口JP3的4号脚以及接口JP4的4号脚均与GND端相连。接口JP2的2号脚、3号脚分别于芯片U3的47号脚、48号脚相连。接口JP3的2号脚、3号脚分别于芯片U3的25号脚、26号脚相连。接口JP4的2号脚、3号脚分别于芯片U3的15号脚、17号脚相连。芯片U3的剩余引脚均悬空。

该独立控制型智能消防应急指示灯工作过程为：市电经过整流电路后得到12V直流电，将12V直流电输入5V直流稳压电路。5V直流稳压电路可以参考LM2596的芯片手册，使用时调节可变电阻R5的阻值，使之与电阻R6构成一定比例即可5V_OUT端得到稳定的5V直流电。锂电池放电控制电路的作用是控制锂电池放电，亦作为指示灯电源的选择电路。继电器K1默认情况下3号脚与5号脚接通，当内置线圈有电流通过时，由于电磁效应，衔铁吸下使得3号脚与4号脚相接。如图5所示，继电器K1的1号脚、4号脚接至5V_OUT端，2号脚接GND端，5号脚接锂电池正极BTA+端，3号脚接5V端。当市电正常供电时，继电器K1有电流经过，在电磁效应作用下3号脚与4号脚接通，此时5V_OUT端与5V端相接，即5V端的电源来源于市电。当市电断开时，继电器K1无电流经过，3号脚与5号脚相接，此时5V端与BAT+端相接，即此时5V端的电源来源于锂电池BAT。当市电恢复供电时，继电器K1的3号脚与4号脚接通，此时5V端的电源再次由市电提供。综述总结，市电正常供电时，锂电池的充电电源、主控模块的工作电源以及指示灯灯泡工作电源均来源于市电，且此时锂电池充电管理电路自动对锂电池进行充电管理。市电断开时，锂电池由充电状态转变为放电状态，主控模块以及指示灯灯泡工作电源均来源于锂电池。此过程即为灯具智能电量管理的实现过程。

锂电池充电控制电路参考TP4056的芯片手册，其中5V端口的电源作为锂电池的充电电源已经芯片U5的工作电源。芯片U5是专门用于锂电池充电管理的芯片，它能实现自动对锂电池进行充电管理，电池充满的情况下能自动降低充电电流，以免锂电池过充。LED_RED和LED_GREEN分别为红色发光二极管和绿色发光二极管，作为锂电池状态指示灯。当锂电池正在充电时，红灯亮绿灯灭；当锂电池充满电时，红灯灭绿灯亮；当未接入锂电池或电池端断路时，绿灯亮红灯闪烁。因此，LED_RED和LED_GREEN也可作为灯具状态的指示灯。

由5V直流稳压电路输出的直流电压再经过3.3V直流稳压电路后可得到稳定的3.3V直流电压，供主控模块使用。USB转串口电路功能是方便程序下载至MCU。

光敏电阻R2的阻值随着光照强度的增加而减小，因此电阻R1与光敏电阻R2便组成了一个光照强度的测量电路。如图9所示，PC3端与MCU芯片U3的18号脚相连，因此可以使用STM32单片机的ADC1的IN13通道来测量光敏电阻R2端的电压，以此检测环境光照强度的变化。三极管Q1的基电极与U3的92号引脚相连，可以使用STM32单片机的定时器TIM4的CH1通道输出占空比可调的PWM波，以此调节指示灯的亮度。当测得R2端电压升高时，说明此时光照强度减小，增大PWM波占空比调高指示灯亮度。反之减小PWM波占空比，调低指示灯亮度。

震动开关Key_Shake为滚珠开关，震动时在内置滚珠的作用下该开关的1号脚与2号脚会出现短路。震动开关Key_Shake的1号脚与U3的53号脚相连，通过使用STM32单片机的中断通道EXTI14，配置中断为下降沿出发，每有震动产生便能触发中断，以此实现地震的监测。烟雾传感器JP1接口的1号脚与2号脚分别与芯片U3的9号脚、16号脚相连，分别对应着STM32单片机的中断通道EXTI15、ADC1的IN11通道。烟雾传感器的输出通常有数字信号和模拟信号，将数字信号输出端与JP1的1号脚相连，模拟信号输出端与JP1的2号脚相连即可。同理，通过STM32的中断和AD采样便可检测火灾的发生。

GSM模块接口JP2的2号脚和3号脚分别于芯片U3的47号脚、48号脚相连，分别对应着STM32单片机的USART3_TX通道和USART3_TX通道。JP2的1号脚为GSM模块供电，将模块上的RX信号脚与JP2的2号脚相连，模块上的TX信号脚与JP2的3号脚相连，如此便能控制GSM模块发短信。事先在程序中编辑好短信内容，将程序下载进MCU内，当MCU检测到火灾或地震发生时，通过相关的指令控制GSM模块发送报警短信。蓝牙模块接口JP3的2号脚、3号脚分别于芯片U3的25号脚、26号脚相连，对应着STM32单片机的USART2_TX通道和USART2_RX通道。JP3的1号脚为蓝牙模块供电，将蓝牙模块上的RX信号脚与JP3的2号脚相连，蓝牙模块上的TX信号脚与JP3的3号脚相连，如此便能进行蓝牙通信。使用蓝牙通信，配合相应的手机端便能以无线方式控制指示灯的开关，且指示灯会将由红外计数测得的人数发送到与之配对的手机端。红外传感器接口JP4的2号脚、3号脚分别于芯片U3的15号脚、17号脚相连，分别对应着STM32单片机的ADC1的IN10通道和中断通道EXTI2。与烟雾传感器同理，红外传感器的输出通常有数字信号和模拟信号，将数字信号输出端与JP4的3号脚相连，模拟信号输出端与JP4的2号脚相连即可。通过相应的软件算法便能测量经过指示灯的人员数量。

Claims (1)

1.一种独立控制型智能消防应急指示灯，主要由主控模块和电源模块两部分组成，其特征在于：主控模块是整个灯具的控制模块，主要具备灯光亮度自适应外界光强、红外计数、蓝牙通信、突发情况短信报警和智能电量管理功能；灯光亮度自适应光强是指当指示灯所在环境光照强度发生变化时，指示灯的亮度也会随着改变；红外计数是指通过红外传感器来检测经过灯具的人数，该功能主要用以统计经过指示灯具的人数，并可以将人数通过蓝牙通信发送至相关的手机端；蓝牙通信是指灯具可与相应的手机端进行蓝牙通信，灯具可向手机端发送相关信息，手机端也通过蓝牙将指示灯关闭；突发状况短信报警，此处的突发状况是指火灾与地震两种情况，灯具检测到突发状况发生后，开启短信报警功能，向外界发出报警短信；

电源模块为整个灯具提供工作电源，主要由锂电池和电源电路组成；市电经过开关电源后得到5V的直流电源，市电供电正常时，市电为灯具工作电源，其中包括给LED灯供电、给主控模块供电和给锂电池充电；市电断电时，电源模块自动切换成锂电池供电，此时锂电池成为整个系统的供电电源；

所述电源电路包括整流电路、5V直流稳压电路、锂电池充电控制电路、锂电池放电控制电路和3.3V直流稳压电路；

整流电路包括市电接口JP5、交流电压器T1、整流桥B1、第五电容C5和第六电容C6；其中，交流变压器T1为降压变压器，将220V交流电降为12V交流电；电容C5和C6为电解电容，起到滤波作用；整流桥B1的型号为KBP307，最高能经受3A电流、700V电压，其作用是将交流电转换为直流电；

接口JP5的1号脚、2号脚对应的与变压器T1的初级线圈的2号脚、1号脚相连接；变压器T1次级线圈的3号脚、4号脚分别与整流桥B1的2号脚、4号脚相连；整流桥B1的3号脚、电容C5正极、电容C6正极相连接，输出为12V+；整流桥B1的1号脚、电容C5、电容C6的负极相连接并接地；

5V直流稳压电路包括直流稳压芯片U4、肖特基二极管D1、电感L1、第七电容C7、第八电容C8、可变电阻R5、第六电阻R6、第九电容C9；其中，稳压芯片U4的型号为LM2596；

稳压芯片U4的1号引脚与12V+端相连，2号引脚与肖特基二极管D1的负极、电感L1一端相连；电感L1的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端、可变电阻R5的2号脚、可变电阻R5的3号脚、电解电容C9的正极相连，并输出5V_OUT；稳压芯片U4的4号脚、电容C8的另一端、可变电阻R5的1号脚、电阻R6的一端相连；稳压芯片U4的3号脚和5号脚、肖特基二极管D1的正极、电容C7的另一端、电阻R6的另一端、电解电容C9的负极相连并接地；

锂电池充电控制电路包括第十电容C10、发光二极管LED_RED、发光二极管LED_GREEN、第七电阻R7、第八电阻R8、锂电池充电芯片U5、第九电阻R9、第十一电容C11、锂电池BAT1；其中，发光二极管LED_RED和LED_GREEN分别为红色发光二极管和绿色发光二极管，锂电池充电芯片U5的型号是TP4056；

电容C10的一端、芯片U5的4号脚、芯片U5的8号脚、发光二极管LED_RED的正极、发光二极管LED_GREEN的正极相连，并与5V端口相连；发光二极管LED_RED的负极与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与芯片U5的7号脚相连；发光二极管LED_GREEN的负极与电阻R8的一端相连，电阻R8的另一端与芯片U5的6号脚相连；芯片U5的3号脚、电容C11的一端以及锂电池BAT1正极BTA+相连；芯片U5的2号脚与电阻R9的一端相连；芯片U5的1号脚、芯片U5的3号脚、电阻R9的另一端、电容C11的另一端、锂电池BAT1的负极BTA-相连，并接地；

锂电池放电控制电路由继电器K1构成，继电器K1型号为SRD-5VDC-SL-C；继电器K1的1号脚与5V_OUT端相连，2号脚接地，4号脚与5V_OUT端相连，5号脚与锂电池BAT1的正极BTA+相连；继电器K1的3号脚标注为5V端；

3.3V直流稳压电路包括第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、稳压芯片U6；其中，稳压芯片U6型号为AMS117-3.3，它是一种降压稳压芯片，可将输出电压稳定在3.3V；电容C12、C13、C14与C15主要起到滤波作用，使芯片U6输出端与输入端的信号纹波更小；

电容C12的一端、电容C13的一端与稳压芯片U6的3号脚相连，并跟5V端相连；稳压芯片U6的2号脚与电容C14的一端、电容C15的一端相连，标注为3.3V端；电容C12的另一端、电容C13的另一端、稳压芯片U6的1号脚、电容C14的另一端、电容C15的另一端相连，并接地；

所述主控模块包括USB转串口电路、MCU电路、光强自适应电路、火灾地震监测电路以及GSM模块、蓝牙模块、红外传感器的接口电路；

USB转串口电路包括USB转串口芯片U1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、晶振Y1、USB插座U2；其中，芯片U1的型号是CH341，作用是将USB通信转为串口通信，方便MCU程序的下载；

电容C1的一端、芯片U1的11号脚、芯片U1的12号脚相连并接地；电容C1的另一端、芯片U1的13号脚、芯片U1的20号脚相连，并与5V端相连；电容C3的一端、电容C2的一端、芯片U1的19号脚相连，并与GND端相连；电容C3的另一端与晶振Y1的一端、芯片U1的10号脚相连；晶振Y1的另一端与电容C2的另一端、芯片U1的9号脚相连；芯片U1的7号脚、8号脚分别与USB插座U2的3号脚、2号脚相连；芯片U1的3号脚、4号脚分别与主控芯片U3的10号脚、9号脚相连；芯片U1的1号脚、2号脚、5号脚、14号脚、15号脚、16号脚、17号脚、18号脚悬空；USB插座U2的5号脚和6号脚相连，4号脚接GND端，1号脚接5V端；

MCU电路由MCU芯片U3构成；U3的具体型号是基于32位的ARMCortex-M3处理器STM32F103VBT6，它是整个指示灯的控制器；U3的21号脚、6号脚、22号脚、11号脚、28号脚、100号脚、75号脚、50号脚均与3.3V端相连；U3的20号脚、19号脚、10号脚、27号脚、99号脚、74号脚、49号脚相均与GND端相连；

光强自适应电路包括第一电阻R1、光敏电阻R2、第三电阻R3、NPN型三极管Q1、LED灯LED1；其中，LED灯LED1即为指示灯的光源；电阻R1的一端与3.3V端相连，另一端与芯片U3的18号脚和光敏电阻R2的一端相连；三极管Q1的集电极与5V端相连，基电极与芯片U3的92号脚相连，发射级与LED灯LED1的正极相连；LED1的负极与电阻R3的一端相连；R3的另一端与R2的另一端均与GND端相连；

火灾地震监测电路包括第四电阻R4、震动开关Key_Shake、烟雾传感器接口JP1；其中震动开关为滚珠开关SW-200D，用以监测震动的发生；烟雾传感器为MQ-2烟雾传感器模块，用以监测火灾产生的烟雾；电阻R4的一端与3.3V端相连，另一端与芯片U3的53号脚和震动开关Key_Shake的1号脚相连；震动开关Key_Shake的2号脚接地；烟雾传感器接口JP1的1号脚、2号脚分别与芯片U3的9号脚、16号脚相连，JP1的3号脚与5V端相连，4号脚接地；

GSM模块、蓝牙模块、红外传感器的接口电路包括GSM模块接口JP2、蓝牙模块接口JP3、红外传感器接口JP4；其中，GSM模块的主要作用是发送报警短信，该模块采用的是西门子公司生产的TC35模块；蓝牙模块的主要作用是用与灯具与手机端的通信，采用的是HC-05模块；红外传感器主要用于测量经过指示灯的人员的数量，采用的是HC-SR501模块；

接口JP2的1号脚、接口JP3的1号脚以及接口JP4的1号脚均与5V端相连；接口JP2的4号脚、接口JP3的4号脚以及接口JP4的4号脚均接地；接口JP2的2号脚、3号脚分别与芯片U3的47号脚、48号脚相连；接口JP3的2号脚、3号脚分别与芯片U3的25号脚、26号脚相连；接口JP4的2号脚、3号脚分别与芯片U3的15号脚、17号脚相连；芯片U3的剩余引脚均悬空。