东海科学技术学院
毕业论文（设计）
题目：实验室应急照明灯设计
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起止日期：3
摘要
应急照明是现代公共建筑及工业建筑的重要安全设施，是现代建筑物中安全保障体系的一个重要组成部分
ABSTRACT
Emergencylightingisamodernpublicbuildingsandindustrialbuildingsimportanttosafety,isamodernbuildingsecuritysystemisanimportantcomponentofpersonalsafetyandbuildingsafetywiththecloselyrelated.Whenbuildingafireorotherdisaster,alongwiththepowerfailure,emergencylightingforpersonnelevacuation,fireandrescuework,importantproduction,theworknecessarytocontinuerunningtheoperationordisposal,haveanimportantrole.SomedevelopedcountriesandtheInternationalCommissiononIllumination(CIE)haveputforwardaveryhighdemandandthedevelopmentofspecificregulations.Inrecentyears,Chinabuiltmanyhigh-risepublicbuildingsandforeign-relatedconstruction,emergencylightinganincreasinglyprominentrole,causingafiredepartment,thedesignunitattention.
Currentlyonthemarketawiderangeofemergencylighting,featuresbecomemoreperfect,butmanydesignsarenotveryhumane,productqualityisuneven,cannotmeetthevarioustimeperiodsandvariouslocationsontheemergencylightingneeds.Thisspeciallocationforthelaboratory,thispaperdesignedacorrespondingemergencylighting.
Thisarticleisdesignedforemergencylightingisaschoollaboratoryemergencylighting,withrechargeablebattery,easytoinstall.Undernormalcircumstances,chargingpowersupplyischargingstatus.Duringtheday,whetherorpowerfailure,emergencylightingnotworking.Atnight,afterasuddenpowergridautomaticallylighting,delayoff.Indarkenvironments,theactivitiesaroundthebody,canautomaticallylighting,delayoff.Lightwithhighefficiencylight-emittingdiode,LED2Wtotalpowerinthefollowing.
Basedontheresearchandrealizationmentionedabove,withexcellentperformance,convenientoperation,completefunctions,thesystemisasimulationwirelessmonitoringsystem.Inaddition,italsocanofferareferenceforthedevelopmentandrealizationofthesimilarsystemsinthefuture.
KEYWORDS：emergencylighting,rechargeablebattery,automatic,LED
目录
第一章绪论 1
1.1课题的提出和意义 1
1.2应急照明的发展 1
1.3应急照明系统的分类与应用 2
1.3.1疏散应急照明 2
1.3.2安全应急照明 2
1.3.3备用应急照明 2
1.4本文的主要工作目标以及工作内容 2
第二章应急照明系统的设计 3
2.1目前常用的应急照明功能 3
2.1.1持续式应急照明灯 3
2.1.2非持续式应急照明灯 3
2.1.3复合式应急照明灯 3
2.1.4自容式应急照明灯 3
2.1.5中心供电应急照明灯 3
2.2实践中应急照明系统的作法 3
2.2.1实践中比较普遍的应急照明系统 3
2.2.2应急照明系统的比较 4
2.3应急照明控制 5
2.4应急照明的光源 5
第三章实验室应急照明灯的设计思路 7
3.1实验室应急照明灯的设计要求 7
3.2实验室应急照明灯的设计思路 7
3.3元器件的选择 7
3.3.1发光二极管LED 7
3.3.2LM393集成电路 8
3.3.3BISS0001集成电路 9
3.4实验室应急照明灯设计总电路图框图 9
第四章实验室应急照明灯各功能电路设计 11
4.1各部分电路原理图 11
4.1.1降压整流电路 11
4.1.2自动充电控制电路 11
4.1.3电源检测电路 12
4.1.4感应电路 13
4.1.5照明驱动电路 14
4.2实验室应急照明灯设计总电路图 14
小结 16
致谢 17
［参考文献］ 18
附录一、BISS0001集成电路各引脚功能表 19
附录二、LM393引脚功能表 20
第一章绪论
1.1课题的提出和意义
应急照明是现代公共建筑及工业建筑的重要安全设施，是现代建筑物中安全保障体系的一个重要组成部分根据国家颁布的规范，许多单层建筑、多层建筑及高层建筑的特定部位均应设置应急照明。出人意料的临时停电常常使人们陷入完全黑暗之中不论是医院、剧场或家庭,这种情况都需要可自动启动的紧急照明系统实践证明，有的建筑发生停电或火灾时造成严重的人员伤亡事故，其原因固然是多方面的，但与有无应急照明以及应急照明系统设计不合理也有一定关系，可见设计一套合理的应急照明系统是相当重要的。应急照明系统的比较以上列举了目前应急照明系统的几种方式，但是，仅适用于双电源容易解决、面积较大、非常重要的建筑。对供电电源和线路的可靠性要求较高；双电源切换的间隙应急照明出现间断，如果两路电源均出现问题就不能保证应急照明的要求，适用于双电源容易解决、面积较大、非重要的建筑。因此这两种方式皆不常用。下面就其他两种常用的方式进行一些比较。系统可靠性：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，整个应急照明系统中的电子元器件的数量就更多，这种形式存在着大量的故障隐患。但是自带备用蓄电池式应急灯故障时一般只影响该灯具本身，对整个系统影响不大。：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，只有集中电源部分有易损的电子元件，而其工作环境较为理想。因此单纯就故障率来讲应急照明系统可靠性要高得多。但是应急照明系统如电源部分出现故障，将使整个系统受到影响。使用寿命：这种形式的应急灯的正常电源接自普通照明供电回路中，在使用、检修、故障时电池均需充放电。由于应急灯具大部分时间都处于工作状态，其内部温度比较高，这些都会对蓄电池产生不利的影响，缩短其寿命，从而影响应急灯的使用寿命。：这种形式的应急照明系统的情况与上述恰恰相反，整个系统采用独立电源，只有在正常照明电源故障时才启用蓄电池，而且由于电源设备只有一套，可以采用较精密的技术来达到保护、控制蓄电池充放电周期等目的。再者，系统电源及蓄电池部分一般放置在专用房间内，易于将环境温度控制在有利于电源和蓄电池工作的范围内，所以集中供电式应急照明系统中的蓄电池寿命大大高于独立式供电应急灯。维护与管理：由于应急灯具分布于建筑物内各处，平时由交流电源供电，即使直流备用电源部分故障，平时也很难发现，而且其内部线路复杂，元器件多，维护工作量很大。：将复杂的电子电路放置在专用的房间内，应急照明灯具与普通的灯具无异，一般电工就能够进行维护。而且，随着现代技术的发展，许多厂家生产的应急电源还自带了自动检测功能，甚至可以通过其自身带有的计算机通讯接口，将信号送到主机，用计算机来进行监视与管理。在电源发生故障或电源将要耗尽时，发出声光报警，从而大大降低了系统维护与管理的工作量。系统价格：由于每个应急灯具内都有一整套降压、稳压、充电、蓄电池等元器件，所以整个系统的价格较高。：恰恰相反，由于省去了每个应急灯具内的一整套降压、稳压、充电、蓄电池等元器件，应急灯具可以选用普通灯具，整个系统仅在集中应急电源处设置一套装置，如果能充分利用其蓄电池容量，则会大大降低系统的成本。
第三章实验室应急照明灯的设计思路
3.1实验室应急照明灯的设计要求
本课题所要求的应急照明灯是针对实验室这一特殊地点所设计的，根据要求，应急照明灯用充电电池供电，便于安装，而且发光体采用高效发光二极管，发光总功率在2W以下，而且为了设计的更具有人性化更智能化，所设计的应急照明灯还应满足以下条件：
（1）正常情况下，充电电源处于充电状态。当充电达到饱和状态下能够自动断开，当电量消耗掉后又能自动充电。
（2）在白天，无论是否停电，应急照明灯不工作。在夜间，电网突然断电后能自动照明，延时熄灭。
（3）在暗环境中，其周围有活动人体时，能自动照明，延时熄灭。
根本以上要求，所设计的应急照明灯应该是一款除了能满足应急照明这最基本的要求还应该能够满足电池自动充电断电以及能够感应光线强弱和周围有无人体活动的智能灯，发光体采用的是LED发光二极管。
如图3.1，即为应急照明的设计要求框图。
图3.1应急照明的设计要求框图
3.2实验室应急照明灯的设计思路
整个电路是与220V交流电相连，所以需要一个降压整流电路来连接交流电。电路能够自动充电当达到饱和状态又能自动断开，因此需要设计一个自动充电控制电路。此外，电路还具备断电感应以及人体感应功能，因此还需设计一个感应电路。蓄电池与人体感应装置之间还需要一个电源检测装置进行连接，所以要设计一个电源检测电路。最后还应设计一个照明驱动电路以用来驱动点亮发光二极管LED。
总的来说，实验室应急照明灯的电路可以分为五大部分：降压整流电路、充电控制电路、电源检测电路、感应电路以及一个照明驱动电路。
3.3元器件的选择
3.3.1发光二极管LED
LED光源的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80～90%。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm／W，寿命小于?2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm／W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm／W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光?LED为20～28lm／W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。具体表现在以下几方面：
（1）电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。
（2）效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%?。
（3）适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。
（4）稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。
（5）响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。
（6）对环境污染：无有害金属汞。
（7）颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。
（8）价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300～500只二极管构成。
本课题选择发光二极管LED作为发光源，除了LED具备以上特点之外，它还拥有许多的优点，具体表现为：
（1）点亮无延迟，响应时间更快，传统玻壳灯泡则有0.3秒的延迟。
（2）更强的抗震性能。
（3）发光纯度高，无需灯罩滤光，光波长误差在10纳米以内。
（4）发光热量很小，对灯具材料的耐热性要求不是很高。
（5）光束集中，更易于控制，且不需要用反射器聚光，有利于减小灯具的深度。
（6）耗电量低，达到传统灯泡同等的发光亮度时，耗电量仅为传统灯泡的6%，省电节油。
（7）超长寿命，无灯丝结构不发热，正常使用在6年以上。
（8）车辆控制电路不易氧化。
总的来说，LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是不可避免地现有照明器件。BISS0001是一款高性能的传感信号处理集成电路。静态电流极小，配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器。广泛用于安防、自控等领域能。内设延迟时间定时器和封锁时间定时器，
图3.3实验室应急照明灯总电路图框图
第四章实验室应急照明灯各功能电路设计
4.1各部分电路原理图
4.1.1降压整流电路
从交流市电上获取电路的工作电压，一是获取电网有否停电的信息，二是在正常情况下给蓄电池充电，为临测电路提供工作电源。
图4.1降压整流电路
如4.1所示，闭合开关，220V交流电流通过耦合电路进行降压，次级上的交流电经过整流桥BRIDGE1全波整流后变成直流电流输出。其中电容C8用以滤除直流电源中不需要的交流成分，使直流电压波形平滑。D2用作交流电源供电指示灯，R17是他的限流电阻。
4.1.2自动充电控制电路
蓄电池的充电电流应该有一定限制，再加上需要长时间对电池进行充电，所以充电电路应该对充电电流、电压都进行限制。以此为原则，采用的充电电路稳压电路和稳流电路两部分组成，如图4.2所示。
图4.2自动充电控制电路
可调三端稳压器LM317构成稳压电路，限制电池充电的最高电压值，最终以恒压方式进行。该电压值视电池需要进行适当调整。
LM317稳压器的输出电压Uo决定于电阻R11、R13的比值。
（4-1）
（4-2）
恒流充电电路由电压比较器IC2B和电阻R14、R15、R18、R19、R12、电容C构成。其中R19是充电电流取样电阻，当充电电流流过电阻R19时,产生电压降，通过R15送至电压比较器IC2B的反相端6。同时电压比较器IC2B的同相端5由R14、R18提供一个参见定的分压值，作为取样电阻最高电压值的限制。当充电电流过大，则R19上产生的取样电压将高于比较器同相端的电压，比较器输出低电平，造成稳压器输出电压下降，充电电流也随之下降。最终，使R19上取样电压与比较器反相端设定电位相等，由此可确定进行充电电流大小。
（4-3）
（4-4）
电阻R14、R18、的阻值也是由上术公式为依据进行确定。
4.1.3电源检测电路
电源检测电路是用于检测交流电网是否停电。未停电则处于充电状态；若检测到停电则进入照明状态。在照明状态下，电能来自于蓄电池。实际上检测电路是对蓄电池电压和交流电输入电压进行判断。该检测电路如图4.3所示。
图4.3电源检测电路
LM393是一块双比较器集成电路，使用其中的一个比较器。将蓄电池电压送入到比较器的同相端，将交流电供电电压送入到比较器的反相端。为了防止交流电供电电压输入过高，损坏电压比较器，在反相端与同相端之间连接一个二极管1N5819，这样，反相端的最高电位只比同相端高出约0.2V，使得比较器能够正常工作。
当交流电供电电压正常时，他高于蓄电池电压，使得反相端电位高于同相端，比较器输出低电平，关闭热释感应器的信号输送，BISS0001的第二脚输出低电平，无照明。当交流电供电电压停止时，反相端的输入电压将低于蓄电池电压，即反相端电位低于同相端，比较器输出开路电平，热释感应器的信号输送牌正常状态。若周围有人体活动，BISS0001的第二脚将输出高电平，进入照明状态。
4.1.4感应电路
图4.4感应电路
如图4.4，此为电路系统的感应电路，其中W为人体感应器，RG为光敏电阻。整个电路由BISS0001集成电路进行控制。并且感应电路与发光体LED连接一起。
光敏电阻是一种电阻值随着入射光的强弱而改变的电阻；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。当白天或者光线比较强的时候，光敏电阻阻值减小，然后造成电路短路状态，此时的感应电路为不工作状态。当晚上或者光线比较暗的时候，光敏电阻阻值增大，电路进入正常工作状态。此时:
（1）如果突然断电，蓄电池发挥作用进行供电，电流信号通过电流检测反相输入到BISS0001集成电路的第13端，通过BISS0001集成电路的第2端输出控制信号，将信号传送到Q1，延时停止。
（2）如果周围有人体活动，人体感应器感应到信号并同相输入到BISS0001集成电路的第14端，通过BISS0001集成电路的第2端输出控制信号，将信号传送到Q1，延时停止。
4.1.5照明驱动电路
因为采用LED照明，所以可以使用较低的电压供电。
图4.5照明驱动电路
如图4.5所示，此为应急照明电路的照明驱动电路，2个LED发光二极管与驱动元件Q1串联，当感应电路传递信号至Q1即可驱动2个LED发光二极管点亮。
4.2实验室应急照明灯设计总电路图
将降压整流电路、自动充电控制电路、电源检测电路、感应电路以及照明驱动电路组合起来就可得到实验室应急照明灯的总电路。
将图4.1、图4.2、图4.3、图4.4和图4.5相互组合连接起来，即可设计出实验室应急照明灯的总电路图。
如图4.6所示的电路图即是一个完整的实验室应急照明灯电路图，当开关闭合之后，整个电路就进入了正常的工作状态。
在白天或者光线比较强的情况下，由于光敏电阻的缘故，感应电路处于非工作状态，系统只进行对蓄电池的充电工作。
当晚上或者光线比较弱的情况下，光敏电阻阻值增大，感应电路进入工作状态，此时：
（1）如果突然断电，蓄电池发挥作用进行供电，电流信号通过电流检测反相输入到BISS0001集成电路的第13端，通过BISS0001集成电路的第2端输出控制信号传递至Q1，驱动发光二极管LED点亮，延时熄灭。
（2）如果周围有人体活动，人体感应器感应到信号并同相输入到BISS0001集成电路的第14端，通过BISS0001集成电路的第2端输出控制信号传递至Q1，驱动发光二极管LED点亮，延时熄灭。
图4.6实验室应急照明灯总电路图
小结
良好的照明系统是一个相当重要的安全设施，是保障建筑内人员安全、及时疏散以及保证室内活动继续进行的前提，并有利于救援工作的顺利进行，从而最大限度的减少人员的伤亡和降低财产的损失。
随着社会的发展，应急照明技术已得到了发展和应用，并取得了显著的成效。然而，同市场需要和社会、经济发展要求相比，应急照明技术的发展还不能完全满足现实和未来需要，有待研究和解决的问题还很多。因此我们在工程设计中，应该根据实际情况，具体分析、合理采用，使得在灾害发生时，建筑中的应急照明系统能为减少人员的伤亡、降低财产的损失发挥出它应有的作用。本文是对于应急照明系统的设计还有其它方法，，各有的优缺点。致谢
在完成终稿的今天，在敲完最后一个句号的时刻，我的思想同周围凝固的热气一样停驻了，不知道是慰藉还是悲伤，大学四年的生活就这样结束了，而眼前的路还很长，虽然似乎有些迷茫，但我必须整理心情，背上行囊，坚定的踏上新的征程……
感谢我的指导老师陈庭勋老师，导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。是们给予我努力学习的信心和力量。们无私的关怀是我努力进取的动力，使我永远不会感觉孤单和疲倦。最后，感谢所有关心我、支持我和帮助过我的同学、朋友、老师和亲人。在这里，我仅用一句话来表明我无法言语的心情：感谢你们！［参考文献］
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附录一、BISS0001集成电路各引脚功能表
脚号 符号 功能 1 A 可重复触发和不可重复触发控制端。当A=“1”量，允许重复触发；当A=“0”时，不可重复触发。 2 VO 控制信号输出端。 3，4 RR1，RC1 输出延迟时间Tx的调节端。Tx=49152R1C1 5，6 RR2，RC2 触发封锁时间Ti的调节端。Ti=24R2C2 7 VSS 工作电源负端，一般作为地端。 8 VRF/RESET 参考电压及复位输入端。一般接VDD。接“0”时可使定时器复位。 9 VC 触发禁止端。当VC＜VR时，禁止触发；当VC＞VR时，允许触发。 10 IB 运算放大器偏置电流设置端。经由1M左右的R3接VSS端。 11 VDD 工作电源正端。 12 2OUT 第二级运算放大器的输出端2IN- 第二级运算放大器的反相输入端1IN+ 第一级运算放大器的同相输入端1IN- 第一级运算放大器的反相输入端1OUT 第一级运算放大器的输出端LM393引脚功能表 1 OUT1 输出端1 2 1N-(1) 反向输入端1 3 1N+(1) 正向输入端1 4 GND 地 5 1N+(2) 正向输入端2 6 1N-(2) 反向输入端2 7 OUT2 输出端2 8 VCC 电源
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照明驱动电路
电源检测电路
感应电路
自动充电控制电路
降压整流电路
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