楼宇通道安全指示标志及语音提示系统研究

2013-02-05孔凡茂

长春大学学报 2013年2期

孔凡茂，高艺

(长春理工大学机电工程学院，长春 130022)

目前，在城市的高层建筑、办公大楼、以及政府机关、大中小学校等单位的楼道中均设有安全通道指示标志。然而，当危险发生时，尤其是在有浓烟或其它有碍视觉的危险发生时，人们很难确认安全通道指示标志所代表的方向。另外，如果危险或紧急事件发生在夜晚，人们从沉睡中被惊醒，在恐慌的状态下很容易忘记寻找安全通道标志，而是依据平时走路的经验寻找走出建筑物的通道，在慌乱中一旦记忆有误，很容易失去逃生机会。因此，在发生危险时既可以用视觉设备指示逃生通道的方位，也可以通过声音提示逃生者，从而使人们可以在最短的时间内离开危险区域显得尤为重要。

本装置主要应用在楼宇出现危险情况时智能逃生指示系统。

1 装置系统的组成

楼宇通道安全的控制系统的包括LED灯安全出口标志、点阵块文字显示、语音芯片、单片机、电源和扬声器等若干电子元器件组成。系统结构如图1所示。

由红警警报器启动单片机进入紧急工作状态，当火灾停电时正常工作(本身自带电源)，语音芯片播放录音内容，然而不论装置系统安装在哪一层楼、哪一个位置，可以根据它的安装位置，即每个安全出口的实际位置录音。这样，该语音提示器播放的录音才具有现实的提示和指导作用。

图1 统结构图

2 装置系统的硬件设计及工作原理

装置系统采用的硬件有STC12C2052AD和STC89C58RD+单片机［1］，并通过MAX232转换器连接电脑串口下载程序，以及DM74LS138M译码器来控制点阵块显示和SN74HC04N反相器驱动LED指示灯，并采用APR9600语音芯片及扬声器达到发音效果。

2.1 单片机电源、时钟及复位电路

单片机是让一块芯片通过其引脚控制各种不同的外围电路，实现具体功能。所以要掌握单片机技术，必须先了解单片机的基本引脚功能和一些基本电路［2］，如图2所示。

图2 单片机电源、时钟及复位电路图

单片机芯片右上角一般为正电源引脚VCC，一般外接+5V电压，左下角接地引脚GND。单片机是一种时序电路，必须有时钟信号才能正常工作。单片机芯片的XTAL1和XTAL2分别为片内振荡器的输入端和输出端，只要在XTAL1和XTAL2之间接上一个晶振，再加上2个33PF的瓷片电容即可构成单片机所需的时钟电路。RST复位信号输入端。单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控，或工作中程序处于某种死循环状态等情况下都需要复位。复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。STC系列单片机的复位靠外部电路实现，信号从RST引脚输入，高电平有效，只要保持RST引脚高电平2个机器周期，单片机就能正常复位。

2.2 LED灯指示标志模块

在STC12C2052AD单片机的P1、P3.5和P3.7输入输出I/O口串联SN74HC04N六组反相器和0.1K保护电阻，驱动LED指示灯。在没有发生火情的时候，安全通道LED灯指示标志正常发光工作，指明安全出口方向。

当发生火情的时候，单片机接收触发火警按钮报警信号，此时单片机执行内部程序，并把指令下达到外围电路中，安全通道LED灯指示标志由正常工作转换到紧急状态，LED灯有规律闪烁，并指明安全出口方向，电路图如图3所示。

图3 安全通道指示标志电路图

2.2 语音芯片模块

语音芯片控制板主要由APR9600语音录放芯片组成，是采用模拟存储技术，具有音质好、噪音低、不怕断电、可反复录放的语音电路。当语音芯片控制板接收都触发信号时，语音芯片开始工作，扬声器开始播放语音提示，电路如图4所示。

图4 语音芯片控制电路图

最具意义的是，语音芯片不仅录一些提示人们怎样逃生及消防常识，告戒人们沉着、冷静、稳定情绪，安全迅速地撤离事故现场。反复播放录音，提醒人们当前你所处的位置、紧急出口在哪、逃生注意事项等等。

因此它更像个火场临时指挥员，这在火灾初期，消防人员赶到现场之前，对疏散指示作用是相当大的。

2.3 文字显示模块

文字显示模块由4块8*8单色LED点阵屏及单片机STC89C58RD+和HD74LS138P三线-八线译码器组成。STC89C58RD+单片机输入输出 I/O 口 P0.0 ～P0.2、P0.4 ～P0.6、P2.0 ～P2.2 和 P2.4 ～P2.6 依次连接三线-八线译码器输入端A、B、C，P0.3、P0.7、P2.3和 P2.7依次连接三线 -八线译码器使能控制端OE1，其它两个使能端与地线相连接，P1依次连接共阴极LED点阵屏的阴极。三线-八线译码器八个输出端依次连接共阴极LED点阵屏的阳极，然后根据三线-八线译码器真值表和使能控制端高低电平(高低电平起到控制译码器是否能进行译码的作用)进而控制点阵屏显示文字，其电路图如图5所示。

图5 文字显示电路图

2.4 程序下载接口

当单片机系统的硬件电路焊接完毕后，单片机系统还不能工作，因为单片机产品需要硬件和软件共同支持才能正常工作，这里用到的是编写源程序与烧写程序软件［3］。使用Keilu Vision4编辑源程序，用键盘把程序输入电脑，并生成目标程序代码。通过电脑RS-232C串口与单片机连线通讯，其通讯结构如图6所示。

图中是计算机与终端之间利用RS-232C直接通信的最常用的交叉连线图。图中“发送数据”与“接收数据”是交叉相连的，使得两台设备都能正确地发送和接收。“数据终端就绪”与“数据设备就绪”两根线也是交叉相连的，使得两台设备都能检测出对方是否已经准备好。

图6 数据通讯结构

对51单片机来说，利用RXD(串行数据接收端)线、TXD(串行数据发送端)线以及一根地线，就可以符合RS-232C接口标准的全双工串行通讯口。由于RS-232C采用负逻辑，即:逻辑1(-5～-15V)，逻辑0(+5～+15V)，而51单片机采用TTL电平，所以用RS-232C标准接口通信必须进行电平转换，目前RS-232C与TLL的电平转换最常用的集成电路芯片是MAX232传输线驱动器，如图7所示。

图7 MAX232电平转换端口

将单片机I/O口的P3.0/P3.1分别连接到MAX232的9/10端口，经过MAX232电平转换器转换后连接到电脑RS-232C串口就可以在把编写好的目标程序代码通过电脑端的STC-ISP软件控制下载到STC12C2052AD与STC89C58RD+单片机中。

3 系统的实现流程

程序下载后给系统上电，装置开始工作(工作灯亮)，由LED灯组成指示出口标志正常发光，点阵块显示文字。当火警警报触发，单片机接收到触发信号，同时发送信号到LED灯、点阵块和语音模块装置中。此时LED灯组成指示出口标志有规律的闪烁，并指明安全出口的方向、点阵块开始播放安全措施文字同时语音模块开始工作，此时状态一直等到火警警报解除为止，当警报解除，装置又恢复初始状态。如图8所示。

由于录音内容是自动地、反反复复地播放，并伴随文字显示和安全出口指示，意思表达非常清晰、准确，可以令混乱、慌张情况下的人们听得清楚、看地明白，即使没有参加过消防演习或听过逃生讲座，这时也能够照着录音去做，从而大大降低了人员危险。