CN201434317Y - 一种消防应急灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种消防应急灯，包括锂电池、一个或者多个LED和控制电路，所述控制电路包括主控制器、电源控制电路、充放电电路、信号检测与开关控制电路、工作状态指示和输出电路。本实用新型具有锂电池充放电功能，使锂电池状态自动切换；通过调节放电电流来改变锂电池由于电压改变而出现亮度不均匀的现象，提高了LED的使用寿命；整个应急灯控制电路采用元器件更少，整体性能更可靠，符合国家标准，满足消防和家庭对消防应急灯的需求。

Description

一种消防应急灯

技术领域

本实用新型涉及一种应急灯具，更具体地，本实用新型涉及一种消防应急灯。

背景技术

消防应急灯是公共场所安全应急的一种保障，是公共消防的强制性措施，其使用范围广，布置环境比较复杂。通常，消防应急灯具有消防应急照明灯和消防应急疏散标志灯二者的功能，其中，消防应急照明灯通常安装于消防逃生通道处，当发生停电、火警等情况时，可自动开灯而实现应急照明功能；消防应急疏散标志灯用于指示消防逃生通道的位置和方向。

市场上常见的消防应急灯一般采用蓄电池作为供电电池，通过电池电压检测电路来检测供电电池的电压情况而提供对蓄电池的充放电控制，检测准确度的波动导致对供电电池充放电控制的不准确。另外，由于供电电池的生产厂家、规格型号、新旧程度、使用环境等因素的差异，现有的充电模式或者充电电路难以满足普适性使用的需要，并且电池电压一有降低就进行充电，由于充放电的频繁而导致供电电池的使用寿命缩短。

现有的消防应急灯大多采用普通灯泡作为光源，由于普通灯泡的灯丝冷态电阻很小，瞬间点亮灯泡容易出现灯钨丝烧断的现象。而也有部分使用LED作为光源，由于当前LED的控制电路与普通灯泡的控制电路相比未进行改变，同样存在供电电池充放电频繁而导致LED供电电压频繁改变，使得LED的亮度在应急使用时由于其供电电压频繁改变而经常不均匀，从而降低了LED的使用寿命。

发明内容

为克服现有消防应急灯中供电电池充放电频繁且不准确而导致供电电池和光源寿命短的缺陷，本实用新型提出一种消防应急灯。

根据本实用新型的一个方面，提出了一种消防应急灯，包括一个或者多个LED以及控制电路，其特征在于：

所述消防应急灯还包括用作供电电池的锂电池；

所述控制电路包括主控制器和分别与所述主控制器相连的充放电电路、信号检测与开关控制电路、工作状态指示和输出电路；

所述信号检测与开关控制电路用于衰减并检测市电电压和锂电池电压，并将检测信号发送给所述主控制器；

所述充放电控制电路包括具有用于调整锂电池充电电流并且减少锂电池充电的纹波的脉宽调制电路的充电电路，和用于通过调整负载的连接与断开来对锂电池放电的放电电路；

所述工作状态指示和输出电路用于控制所述LED和蜂鸣器的工作状态；

所述主控制器用于通过信号检测与开关控制电路采集市电和锂电池以及负载的电压值来判断当前市电、锂电池和负载的状态，通过充放电控制电路来对锂电池充放电，并且通过工作状态指示和输出电路来控制LED指示、故障报警。

所述消防应急灯还包括电源控制电路，所述电源控制电路用于控制供电电源到锂电池的电流单向传输，并且用于为所述主控制器稳定供电。

所述消防应急灯还包括：

灯座，用于将所述消防应急灯固定于照明或者指示位置；

灯罩。

所述消防应急灯还包括电路板，所述一个或者多个LED布置在所述电路板的一面，在所述电路板的另一面上布置所述锂电池和所述控制电路。

所述信号检测与开关控制电路还用于检测按键来获取人工操作指示，以开启与关闭所述控制电路。

所述主控制器根据当前市电电压低于正常值的情况来启动放电电路，并根据当前市电电压正常而当前锂电池需要充电的情况来启动充电电路。

所述主控制器检测到所述锂电池开路或者短路，启动故障报警电路。

所述主控制器检测到锂电池电压低于预设值时，启动充电电路进行小电流充电，其中，所述预设值为4.05伏，所述小电流为峰值电流的0.1倍。

所述主控制器检测到锂电池电压大于2.9V时，所述充电电路对所述锂电池恒流充电，当恒流充电，锂电池电压等于4.2V时，通过所述脉宽调制电路调整充电电流，维持锂电池电压稳定在4.2V。

在放电过程中，所述脉宽调制电路控制放电电流的大小，当锂电池电压高于3.2V时，降低放电电流；当锂电池电压低于2.9V时，提高放电电流，使放电电流保持一致。

本实用新型具有高效安全锂电池充放电功能，使供电电池状态自动切换；通过PWM电路调节充电电流来改变供电电池由于电压改变而出现亮度不均匀的现象，提高了LED的使用寿命；整个应急灯控制电路采用元器件更少，整体性能更可靠，符合国家标准，满足消防和家庭对消防应急灯的需求。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的控制电路的框图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的控制电路原理图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的控制流程图；

图4是根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的锂电池充电曲线图；

图5是根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的锂电池充电流程图；和

图6是根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的主控制器的封装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种消防应急灯进行详细描述。

图1示出根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的控制电路的框图。如图1所示，消防应急灯的控制电路包括主控制器、电源控制电路、充放电电路、信号检测与开关控制电路、工作状态指示和输出电路。

信号检测与开关控制电路与主控制器相连，包括信号检测电路和开关控制电路。信号检测电路用于作为分压电路对接入的市电电压、供电电池电压进行衰减并且滤波，以及用于作为分压电路通过主控制器对LED信号衰减。开关控制电路用于检测按键来获取人工的操作指示，以实现整个控制电路的开启与关闭。并且，信号检测与开关控制电路将市电电压信号、供电电池电压信号、按键指示信号传输给主控制器。

电源控制电路与主控制器相连，用于对整个控制电路的供电电源滤波，并且用于控制供电电源到供电电池的电流单向传输，还用于构成一个滤波稳压电路来给主控制器稳定供电。

充放电控制电路与主控制器相连，包括充电电路和放电电路。充电电路包括脉宽调制(PWM)电路，用于调整供电电池充电电流的大小并且减少供电电池充电的纹波。放电电路用于通过调整负载的连接与断开对供电电池进行放电。

工作状态指示和输出电路和主控制器相连，包括不同指示的LED、蜂鸣器，用于指示整个消防应急灯的工作状态，并输出电流来控制LED和蜂鸣器的工作。

主控制器用于通过信号检测与开关控制电路采集市电、供电电池和负载的电压值来判断当前市电、供电电池和负载的状态，实现通过充放电控制电路对供电电池充放电的控制，实现通过工作状态指示和输出电路对LED指示、故障报警的控制。

图2示出根据本实用新型的一个实施例的图1所示的消防应急灯的控制电路的详细原理图。参见图1和图2所示，其中，充电电路由二极管D5、三极管Q2和Q4、电容C2、电阻R15组成PWM电路，通过控制三极管Q4的导通和截止来实现对供电电池充电电流大小的控制，具体电流大小的控制如下结合图4和图5详细描述。电容C2、电阻R15构成RC滤波电路，减少供电电池充电的纹波，使系统充电更稳定。

放电电路由三极管Q6和Q7、电阻R22和R2、负载U1和U2组成，主控制器通过控制其第3引脚的高低电平来实现控制三极管Q6、Q7的导通和截止，从而控制负载的放电电路。

工作状态指示和输出电路由发光二极管L2(红色)、发光二极管L1(黄色)、发光二极管L3(绿色)、电阻R8、R17、R29、R30、三极管Q8和Q9以及蜂鸣器组成。发光二极管L2、L1通过电阻R8来降压并连接主控制器，发光二极管L3通过R37降压并连接主控制器，电阻R29和R30、三极管Q8和Q9、蜂鸣器组成声音报警电路。

电源控制电路包括转换桥BR1、电阻R1、R2、R13、R31、RNC、二极管D5、D6、D7、电容C1、C6、CNC、稳压器TL431(Q3)。电阻R1和电容C1组成RC滤波电路，对系统电源进行滤波。二极管D5实现电流的单向导通，使得电流只能从电源给供电电池充电，而不能从供电电池反向流入电源。二极管D6和D7用于防止电源的电流给供电电池充电。电源经过RC滤波后接入稳压器TL431，再通过电阻RNC、电容CNC和C6组成的滤波电路，使电压稳定在2.5V来给主控制器供电。

信号检测电路包括电阻R14、R18、R25、R49、R21、R20、R23、R24、电容C5，电阻R14、R18组成分压电路用于衰减市电电压，并且通过电容C5对信号滤波并接入主控制器。电阻R25、R49组成分压电路用于对供电电池电压信号衰减并接入控制器，电阻R2R20组成分压电路用于对负载U1信号衰减并接入控制器，电阻R23、R24组成分压电路用于对负载U2信号衰减并接入控制器。

开关控制电路由三极管Q2和Q5、电阻R3、R4、R7、按键K1组成，主控制器通过检测按键K1的状态来实现人机的交互。当检测到当前为市电连接，则启动放电电路；当检测到当前为关机，则通过控制主控制器的第14脚的高电平来导通Q1，使Q5截止，将整个控制电路断电，实现关机功能。

图3示出根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的控制流程。主控制器启动，对整个控制电路初始化，包括：对主控制器(例如，本实施例中采用的MCU)内部RAM清零，设置I/O口的输入输出状态，设置信号检测的4个I/O口、按键检测I/O口为输入模式(高阻模式)，各种状态指示灯LED(红灯，黄灯，绿灯)、充放电PWM电路控制脚、电源控制脚设置成输出模式。

主控制器通过信号检测电路采集市电、供电电池和负载的电压值来判断当前市电、供电电池、负载的状态。如果当前市电电压低于正常值，则打开放电电路，并根据供电电池的电压值来改变放电电流的PWM控制，实现对负载放电电流的控制；如果当前市电电压正常，则判断供电电池电压是否需要充电，如当前供电电池需要充电，则开启充电电路，进行充电。

主控制器通过供电电池电压值判断当前供电电池的状态，改变充电电流的PWM控制，从而改变供电电池电流大小，实现对供电电池的充放电。如供电电池电压不正常(供电电池开路或者供电电池短路)，则启动系统故障报警电路。

通过检测负载电压值判断当前负载状态，如负载电压不正常(负载开路或者负载短路)，工作状态指示和输出电路指示包括：如果当前市电正常，则绿灯开启；如果当前供电电池正在充电，则红灯亮；如果当前供电电池处于放电或者停止，则充电红灯关闭；如果当前控制电路出现故障(供电电池短路开路或者负载短路开路)，则黄灯开启，蜂鸣器响；如果当前控制电路故障解除，则黄灯关闭，蜂鸣器停。

主控制器通过检测开关控制电路的按键来启动或者停止控制电路。如果检测到按键为当前市电正常，即为连接市电，则开启放电电路；如果当前市电处于停电状态，则关闭控制电路。

图4示出根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的锂电池充电曲线图。从图示曲线中可以看到，锂电池最高充电终止电压为4.2V，不能过充，如果继续充电，锂电池电压也不会继续提高，还会破坏锂电池的内部结构；同样锂电池在放电过程中不能出现过放现象，锂电池电压如果低于3V，将会破坏锂电池的内部结构。主控制器通过实时采集锂电池的电压来判断当前锂电池的状态，修改充放电电流的PWM控制，实现对锂电池电压的控制。

从图4的曲线图还可以看出锂电池电压在3V-4V的过程中电压提升非常快，而到了4V以后电压上升的幅度明显减缓，则可以根据锂电池的这个特性相应设计充放电电路的控制。

图5示出根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的锂电池充电流程图。如图5所示，充电过程分为5种模式阶段：关断模式，预充模式，恒流充电模式，恒压充电模式和充电结束。

关断模式阶段是指当锂电池充满电后，控制电路停止给锂电池充电，由于长时间没有充电，锂电池的电量减少，当锂电池电压低于一个界定值(图中为4.05V)，控制电路再次启动充电程序。

当锂电池进入充电状态，根据锂电池的特性，由于锂电池状态不是很稳定，开始充电的电流都非常小，即预充模式阶段。如图5中所示，电流为峰值电流的0.1倍，当检测到当前锂电池电压＞2.9V时，预充模式阶段结束。

根据锂电池的充电特性，电压在3V-4V的电压上升的非常快，进入恒流充电模式，充电电流也提到最大值，主控制器通过检测锂电池当前电压值来改变当前的充电电流的PWM控制，实现恒流充电，当电压＝4.2V时，恒流充电模式阶段结束。

恒流充电模式阶段结束后，即进入恒压充电模式，通过检测锂电池的电压，调整电流的PWM控制，维持锂电池电压稳定在4.2V。检测锂电池充电电流，如果充电电流＜0.1倍的峰值电流时，锂电池已经充满电，则关闭充电程序。

锂电池放电控制：根据锂电池的特性，锂电池放电必须在一个安全范围之内，这个值在2.9V-3.2V之间，在本实施例中，选择3.1V。如果锂电池电压低于3.1V，关闭控制电路，更好的保护锂电池。

另外，LED灯的使用寿命和亮度均匀有很大的关系，消防灯在放电的过程中也需要保持LED灯的亮度均匀。当锂电池电量充足时，放电电流比较大；而当锂电池电压很低时，放电电流却很小，要保证亮度均匀，则需要保证锂电池放电电流一致，所以在放电过程中使用PWM电路来控制放电电流大小，使放电电流一致，即使得LED的亮度一致。可以根据锂电池电压的大小来改变放电电流PWM的控制，当锂电池电压很高时，降低放电电流；而当锂电池电压比较低时，提高放电电流，实现通过调节PWM电路来改变由于电压改变而出现亮度不均匀的现象，从而实现LED亮度均匀，提高LED的使用寿命。

图6示出根据本实用新型的一个实施例的消防应急灯的主控制器的封装示意图。在本实施例中，图2所示的主控制器采用微控制器(MCU)。以下详细说明使用MCU进行控制时的引脚定义和连接关系。

如图6所示，普通I/O口：P1.2(1脚)、P1.1(2脚)、P1.0(3脚)、P0.3(4脚)、P0.2(5脚)、P0.1(6脚)、P0.0(7脚)、P2.0(9脚)、P 3.2(10脚)、P 3.1(12脚)、P3.2(13脚)、P1.5(14脚)、P1.4(15脚)、P1.3(16脚)。

特殊功能I/O口：COMP1+(2脚)、COMP1-(3脚)、COMP0+(6脚)、COMP0-(7脚)。

AD转换功能I/O口：AN 3(4脚)、AN2(5脚)、AN1(6脚)、AN0(7脚)。

晶振I/O口：OSC OUT(13脚)、OSC IN(12脚)。

复位I/O口：RES(10脚)。

定时器I/O口：RTCC(5脚)。

电源和地线：VDD(11脚)、GND(8脚)。

其中：

P1.2(1脚)，普通I/O口，可以设置成输入模式(内部阻抗非常高，也为高阻模式)，输入模式下只能用作输入，不能用作输出，管脚状态由外部决定；可以设置成输出模式(推挽模式)，只能作为输出，管脚状态由内部决定。

P1.1(2脚)，可以做普通I/O口，有输入输出功能；也可以设置成比较模式，在比较模式下，可以和P1.0(3脚)组成一个比较器。

P1.0(3脚)，可以做普通I/O口，有输入输出功能；也可以设置成比较模式，在比较模式下，可以和P1.1(2脚)组成一个比较器。

P0.3(4脚)，可以设置成普通输入输出模式，也可以设置成AD模式，用作AD转换器，精度为8位AD。

P0.2(5脚)，可以设置成普通输入输出模式，也可以设置成AD模式，用作AD转换器，精度为8位AD，还可以设置成定时器I/O口

P0.1(6脚)，可以设置成普通输入输出模式，也可以设置成AD模式，用作AD转换器，精度为8位AD；也可以设置成比较模式，在比较模式下，可以和P0.0(7脚)组成一个比较器。

P0.0(7脚)，可以设置成普通输入输出模式，也可以设置成AD模式，用作AD转换器，精度为8位AD；也可以设置成比较模式，在比较模式下，可以和P0.1(6脚)组成一个比较器。

OSC IN(13脚)可以设置成晶振输入脚，也可以设置成普通I/O口。

OSC OUT(14脚)可以设置成晶振输出脚，也可以设置成普通I/O口。

本实用新型采用LED作为光源，使用锂电池代替蓄电池，采用微控制器(MCU)代替模拟电路，这样可以科学的给锂电池充电，高效控制LED，使LED使用寿命更长，维护成本降低。

对于之前描述的实施例，消防应急灯包括供电电池、光源和布置在电路板上的控制电路。消防应急灯还可以包括用于将其固定于照明或者指示位置的灯座。在另一个实施例中，该消防应急灯还可以包括灯罩，以防止周围环境对其的损害。在又一个实施例中，该消防应急灯还可以包括与市电相连的电源线。在一个实施例中，该供电电池是锂电池，但是本领域内普通技术人员可以理解，该供电电池也可以选择市场上常用的具有充放电功能的蓄电池。

在一个实施例中，光源为一个或者多个LED，该一个或者多个LED布置在电路板的一面上，在电路板的另一面上布置供电电池，在本实施例中，该供电电池为锂电池。在电路板上布置供电电池的一面布置消防应急灯的控制电路，可以理解，该控制电路也可以布置在LED所在一面，但是，避免LED和控制电路的发热的互相影响，优选将该控制电路布置在供电电池所在一面。在另一个实施例中，供电电池、光源和控制电路的其中一个或者多个可以布置在电路板的同一面或者不同面。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本实用新型的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本实用新型在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本实用新型的精神和教导范围内。

Claims (10)

1、一种消防应急灯，包括一个或者多个LED以及控制电路，其特征在于：

所述消防应急灯还包括用作供电电池的锂电池；

所述控制电路包括主控制器和分别与所述主控制器相连的充放电电路、信号检测与开关控制电路、工作状态指示和输出电路；

所述信号检测与开关控制电路用于衰减并检测市电电压和锂电池电压，并将检测信号发送给所述主控制器；

所述充放电控制电路包括具有用于调整锂电池充电电流并且减少锂电池充电的纹波的脉宽调制电路的充电电路，和用于通过调整负载的连接与断开来对锂电池放电的放电电路；

所述工作状态指示和输出电路用于控制所述LED的工作状态；

所述主控制器用于通过信号检测与开关控制电路采集市电和锂电池以及负载的电压值来判断当前市电、锂电池和负载的状态，通过充放电控制电路来对锂电池充放电，并且通过工作状态指示和输出电路来控制LED指示、故障报警。

2、根据权利要求1所述的消防应急灯，其特征在于，所述消防应急灯还包括电源控制电路，所述电源控制电路用于控制供电电源到锂电池的电流单向传输，并且用于为所述主控制器稳定供电。

3、根据权利要求1所述的消防应急灯，其特征在于，所述消防应急灯还包括：

灯座，用于将所述消防应急灯固定于照明或者指示位置；

灯罩。

4、根据权利要求1所述的消防应急灯，其特征在于，所述消防应急灯还包括电路板，所述一个或者多个LED布置在所述电路板的一面，在所述电路板的另一面上布置所述锂电池和所述控制电路。

5、根据权利要求1所述的消防应急灯，其特征在于，所述信号检测与开关控制电路还用于检测按键来获取人工操作指示，以开启与关闭所述控制电路。

6、根据权利要求1所述的消防应急灯，其特征在于，所述主控制器根据当前市电电压低于正常值的情况来启动放电电路，并根据当前市电电压正常而当前锂电池需要充电的情况来启动充电电路。

7、根据权利要求1所述的消防应急灯，其特征在于，所述主控制器检测到所述锂电池开路或者短路，启动故障报警电路。

8、根据权利要求1所述的消防应急灯，其特征在于，所述主控制器检测到锂电池电压低于预设值时，启动充电电路进行小电流充电，其中，所述预设值为4.05伏，所述小电流为峰值电流的0.1倍。

9、根据权利要求1所述的消防应急灯，其特征在于，所述主控制器检测到锂电池电压大于2.9V时，所述充电电路对所述锂电池恒流充电，当恒流充电，锂电池电压等于4.2V时，通过所述脉宽调制电路调整充电电流，维持锂电池电压稳定在4.2V。

10、根据权利要求1所述的消防应急灯，其特征在于，在放电过程中，所述脉宽调制电路控制放电电流的大小，当锂电池电压高于3.2V时，降低放电电流；当锂电池电压低于2.9V时，提高放电电流，使放电电流保持一致。

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