消防电源设计方案

消防电源电路设计方案1一、简述近年来，尽管各类型消防体系的各个方面都有了很大的发展，但由于设备电源故障导致在失火时消防设备不能正常运行，致使火灾蔓延扩大酿成重大人员伤亡和财产损失的事件屡屡发生。消防电源可以确保平时和火灾情况下都能令消防设备正常运转。若是没有牢靠的电源，就不能实时报警、灭火，无法有效地疏散人员、财物和控制火势蔓延，从而造成严重损失。本设计的意义在于利用AT89C51为消防设备研发一种新型电源。其中充电模块，交流/直流转换模块和主备电转换模块主要由带有蓄电池充放电功能的消防控制器电源UPS24V电源实现。UPS名为不间断电源，当交流电源电供电时，UPS电源将交流电经稳压后给负载供电，这里它是一台交流市电稳压器，与此同时向蓄电池充电；当市电中断时,转换成备用电池供电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏；模数转换模块由芯片ADC0808来完成，ADC0808将采集到的模拟量转换为对应的数字量传递到单片机。显示模块主要有LM016l来实现，显示的主要有数字、文字和图形。本设计采用RS-485实现通信功能，在产业控制等情况下，经常有电气噪声滋扰传输线路，采用RS-232网络会受到外界电气干预从而导致传输错误的信号，在不增加缓冲器时传输的最大距离只可以达到15米，所以本设计采用RS-485通讯方式。本设计基本可实现主备电切换功能，即交流电停电时,自动切换到电瓶供电输出并在电瓶电压欠压（低于20.8V)时自动切断电瓶放电输出，欠电压保护防止电池过放电；交流电回电后自动优先切换为外部供电，同时输出27.2V电压为备用电瓶充电且电瓶充足后自动停止充电，保持消防设备电源不断电地使消防设备正常工作。同时通过液晶显示器和通信电路直观监控检测设备工作状态。此次设计选用的LCD显示器相比较CRT显示器有很多优点，比方：零辐射、低耗能、散热小、纤薄灵活、节约空间、正确复原图像、无几何失真、显示字符敏锐等益处。电源工作过程中无需人工干预，提高工作效率，使用元器件少且节约成本，弥补了目前消防电源的不足，为现有消防设备提供了一种新型高效的电源。2二、消防电源设计方案基本内容包括充电模块，AC/DC转换模块，主电、备电转换模块，主控电路，LCD显示接口电路，RS485通信接口电路，电池电压监测模块，充电器状态监控模块，输入输出状态监控模块。其电路组成如图1所示：AC/DC转换将输入的交流电转换成直流电，输入AC=200V，输出DC=24V，其主要用于稳压、稳流、控制功率以及保护直流线路。由于直流不稳定，正常是将直流先转变成交流，通过附加电路控制输出功率，然后交流经整流滤波等变成直流，通过电容和电抗等来控制输出电流和电压。交流电输入时，一路输出直流电24V、5A为设备供电，同时另一路输出27.2V2A给蓄电池充电，电池饱和则停止充电。当直流输出24V电压非正常工作时，将转换备用电源工作，其主要由继电器实现。继电器属于一种电子控制器件，它分为控制系统和被控制系统，一般被用在自动控制电路中。事实上继电器是一种自动开关，它用很小的电流去掌控大电流，所以在电路中的作用是自动调节、保护电路、转换电路等等。当交流市电断电后常闭触点吸合，备用电池工作，其供电的时间主要由蓄电池的容量决定；当交流市电恢复正常时，消防电源将恢复成交流市电供电工作。将采集到的AC/DC的输出电流和输出电压，电池电压以及交流市电五个数值通过ADC0808数模转换后反馈给AT89C51单片机，从而可以在LCD显示器中显示其数值并通过RS485通信电路实现远距离传输串行通信数据，同时一旦电路的交流市电和电池电压欠压电路则会发出报警。整体电路设计可基本实现新型消防电源的功能。监测AC/DC监测监测显示AT89C51220V充电通信图1消防电源电路设计设计框图3三、硬件电路设计3.1单片机主控单元电路设计主控电路采用芯片AT89C51，如图1所示。AT89C51采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，是一种高效微控制器，它将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，可以为很多嵌入式控制系统提供了一种实用性高的设计方案。3.2单片机电源电路设计电源模块采用芯片7150，如图2所示。输出电压为5.0V，可用于电池等电源的供电设备、各种通信设备以及音频/视频设备中，方便且可靠。该电源电路应用7150的基本电路，DC输出电压24V、5A输入，经过整流、滤波和稳压形成直流电源向电路供电。二极管D15在电路中起到的是整流作用，根据二极管单向导电性，能够把方向交替转变的交流电改变成方向不变的脉冲直流电。C1的作用是滤波，减小电压的脉动，是输出电压变得平滑，电容C容量的取值应满足RC=(3-5)T/2的条件。使用电容滤波的电路简易方便，输出电压平均值高，经常被用于负载电流很小且其变化也很小的电路。为了防止电路产生自激振荡，采用电容C2来消除输入线较长的电感感应，其容量一般小于1uF。电容C3用图1单片机主控单元电路设计4于解除输出电压中的高频噪声，可取容量小于1uF的电容，以便输出较大脉冲。需注意的是，若C3容量较大，当输入端断开后，C3会从稳压器输出端向7150稳压器放电，这样会容易损坏稳压器。3.3主备自动转换电路设计本电路设计采用带有蓄电池充放电功能的消防控制器电源UPS24V电源以及电源滤波器。如图3所示。电源滤波器是一种无源双向网络电器设备，能有效滤除电源线中特定频率的频点或该频点之外的频率。在电源线中接入电源滤波器可以获得一个特定频率的电源信号或者去除一个特定频率后得到的电源信号。所以，可将一个方波群和复合噪波经过电源滤波器得到一个特定频率的正弦波。UPS电源名为不间断电源，其中含有储能装置，主要由逆变器构成，UPS电源电压恒定频率恒定。主要作用是给单、多台计算机或其它电力电子设备不中断供电。当市电正常工作时，UPS将市电稳压后直接为设备供电，同时它还向备用蓄电池充电；当交流电中止时,此电源会马上将备用蓄电池的电能经过逆变转换的方法向设备继续提供所需的220V交流电，使设备保持正常工作同时起到保护设备软、硬件不受毁坏的作用。图2单片机电源电路设计53.4ADC0808接口电路设计模数转换模块采用芯片ADC0808，ADC0808是一个内部有8通道多路开关、以逐次逼近原理进行A/D转换的8位采样分辨率A/D转换器件。它可以根据3位地址输入线ADDA、ADDB、ADDC来选通8路模拟输入信号中的一路输入进行A/D转换，每个通道转换时间大约为100μs，在本电路设计中ADC0808共需采集5路模拟输入信号。因ADC0808内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，所以将ADC0808的ALE引脚与单片机的CLOCK引脚连接。如图4所示。图3主备自动转换电路设计图4ADC0808接口电路设计63.5LCD字符显示器接口电路设计显示模块采用LCD1602，现在LCD显示器已经成为主流，它能够显示大量的信息，如文字、曲线、图形和动画等，价格也已经下降了很多，受到了很多人的青睐。电路设计如图5所示。3.6RS485通信接口电路设计该电路设计采用RS485网络与上位机通信。RS485准则通信距离长、速率高，它只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。RS485使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，发送和接受两端A-A，B-B相连，另有一个信号地PE。在RS485中，一般还有一个使能控制信号，此引脚可以控制发送发送器与传输线的切断与连通，当使能端开始工作时，发送发送器处于高阻状态。在RS485网络通信之前，应该设置好通信协议，各个模块之间服从标准的通信规则，才可以有效的进行通信。电路设计如图6所示。图5LCD字符显示器接口电路设计7图6RS485通信接口电路设计