樓宇通道安全指示標(biāo)志及語音提示系統(tǒng)研究

孔凡茂，高 藝

(長春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長春 130022)

目前，在城市的高層建筑、辦公大樓、以及政府機(jī)關(guān)、大中小學(xué)校等單位的樓道中均設(shè)有安全通道指示標(biāo)志。然而，當(dāng)危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，尤其是在有濃煙或其它有礙視覺的危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)，人們很難確認(rèn)安全通道指示標(biāo)志所代表的方向。另外，如果危險(xiǎn)或緊急事件發(fā)生在夜晚，人們從沉睡中被驚醒，在恐慌的狀態(tài)下很容易忘記尋找安全通道標(biāo)志，而是依據(jù)平時(shí)走路的經(jīng)驗(yàn)尋找走出建筑物的通道，在慌亂中一旦記憶有誤，很容易失去逃生機(jī)會(huì)。因此，在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)既可以用視覺設(shè)備指示逃生通道的方位，也可以通過聲音提示逃生者，從而使人們可以在最短的時(shí)間內(nèi)離開危險(xiǎn)區(qū)域顯得尤為重要。

本裝置主要應(yīng)用在樓宇出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)智能逃生指示系統(tǒng)。

1 裝置系統(tǒng)的組成

樓宇通道安全的控制系統(tǒng)的包括LED燈安全出口標(biāo)志、點(diǎn)陣塊文字顯示、語音芯片、單片機(jī)、電源和揚(yáng)聲器等若干電子元器件組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由紅警警報(bào)器啟動(dòng)單片機(jī)進(jìn)入緊急工作狀態(tài)，當(dāng)火災(zāi)停電時(shí)正常工作(本身自帶電源)，語音芯片播放錄音內(nèi)容，然而不論裝置系統(tǒng)安裝在哪一層樓、哪一個(gè)位置，可以根據(jù)它的安裝位置，即每個(gè)安全出口的實(shí)際位置錄音。這樣，該語音提示器播放的錄音才具有現(xiàn)實(shí)的提示和指導(dǎo)作用。

圖1 統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 裝置系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理

裝置系統(tǒng)采用的硬件有STC12C2052AD和STC89C58RD+單片機(jī)［1］，并通過MAX232轉(zhuǎn)換器連接電腦串口下載程序，以及DM74LS138M譯碼器來控制點(diǎn)陣塊顯示和SN74HC04N反相器驅(qū)動(dòng)LED指示燈，并采用APR9600語音芯片及揚(yáng)聲器達(dá)到發(fā)音效果。

2.1 單片機(jī)電源、時(shí)鐘及復(fù)位電路

單片機(jī)是讓一塊芯片通過其引腳控制各種不同的外圍電路，實(shí)現(xiàn)具體功能。所以要掌握單片機(jī)技術(shù)，必須先了解單片機(jī)的基本引腳功能和一些基本電路［2］，如圖2所示。

圖2 單片機(jī)電源、時(shí)鐘及復(fù)位電路圖

單片機(jī)芯片右上角一般為正電源引腳VCC，一般外接+5V電壓，左下角接地引腳GND。單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有時(shí)鐘信號(hào)才能正常工作。單片機(jī)芯片的XTAL1和XTAL2分別為片內(nèi)振蕩器的輸入端和輸出端，只要在XTAL1和XTAL2之間接上一個(gè)晶振，再加上2個(gè)33PF的瓷片電容即可構(gòu)成單片機(jī)所需的時(shí)鐘電路。RST復(fù)位信號(hào)輸入端。單片機(jī)在開機(jī)時(shí)或在工作中因干擾而使程序失控，或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需要復(fù)位。復(fù)位的作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。STC系列單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn)，信號(hào)從RST引腳輸入，高電平有效，只要保持RST引腳高電平2個(gè)機(jī)器周期，單片機(jī)就能正常復(fù)位。

2.2 LED燈指示標(biāo)志模塊

在STC12C2052AD單片機(jī)的P1、P3.5和P3.7輸入輸出I/O口串聯(lián)SN74HC04N六組反相器和0.1K保護(hù)電阻，驅(qū)動(dòng)LED指示燈。在沒有發(fā)生火情的時(shí)候，安全通道LED燈指示標(biāo)志正常發(fā)光工作，指明安全出口方向。

當(dāng)發(fā)生火情的時(shí)候，單片機(jī)接收觸發(fā)火警按鈕報(bào)警信號(hào)，此時(shí)單片機(jī)執(zhí)行內(nèi)部程序，并把指令下達(dá)到外圍電路中，安全通道LED燈指示標(biāo)志由正常工作轉(zhuǎn)換到緊急狀態(tài)，LED燈有規(guī)律閃爍，并指明安全出口方向，電路圖如圖3所示。

圖3 安全通道指示標(biāo)志電路圖

2.2 語音芯片模塊

語音芯片控制板主要由APR9600語音錄放芯片組成，是采用模擬存儲(chǔ)技術(shù)，具有音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的語音電路。當(dāng)語音芯片控制板接收都觸發(fā)信號(hào)時(shí)，語音芯片開始工作，揚(yáng)聲器開始播放語音提示，電路如圖4所示。

圖4 語音芯片控制電路圖

最具意義的是，語音芯片不僅錄一些提示人們怎樣逃生及消防常識(shí)，告戒人們沉著、冷靜、穩(wěn)定情緒，安全迅速地撤離事故現(xiàn)場。反復(fù)播放錄音，提醒人們當(dāng)前你所處的位置、緊急出口在哪、逃生注意事項(xiàng)等等。

因此它更像個(gè)火場臨時(shí)指揮員，這在火災(zāi)初期，消防人員趕到現(xiàn)場之前，對(duì)疏散指示作用是相當(dāng)大的。

2.3 文字顯示模塊

文字顯示模塊由4塊8*8單色LED點(diǎn)陣屏及單片機(jī)STC89C58RD+和HD74LS138P三線-八線譯碼器組成。STC89C58RD+單片機(jī)輸入輸出 I/O 口 P0.0 ～P0.2、P0.4 ～P0.6、P2.0 ～P2.2 和 P2.4 ～P2.6 依次連接三線-八線譯碼器輸入端A、B、C，P0.3、P0.7、P2.3和 P2.7依次連接三線 -八線譯碼器使能控制端OE1，其它兩個(gè)使能端與地線相連接，P1依次連接共陰極LED點(diǎn)陣屏的陰極。三線-八線譯碼器八個(gè)輸出端依次連接共陰極LED點(diǎn)陣屏的陽極，然后根據(jù)三線-八線譯碼器真值表和使能控制端高低電平(高低電平起到控制譯碼器是否能進(jìn)行譯碼的作用)進(jìn)而控制點(diǎn)陣屏顯示文字，其電路圖如圖5所示。

圖5 文字顯示電路圖

2.4 程序下載接口

當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路焊接完畢后，單片機(jī)系統(tǒng)還不能工作，因?yàn)閱纹瑱C(jī)產(chǎn)品需要硬件和軟件共同支持才能正常工作，這里用到的是編寫源程序與燒寫程序軟件［3］。使用Keilu Vision4編輯源程序，用鍵盤把程序輸入電腦，并生成目標(biāo)程序代碼。通過電腦RS-232C串口與單片機(jī)連線通訊，其通訊結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖中是計(jì)算機(jī)與終端之間利用RS-232C直接通信的最常用的交叉連線圖。圖中“發(fā)送數(shù)據(jù)”與“接收數(shù)據(jù)”是交叉相連的，使得兩臺(tái)設(shè)備都能正確地發(fā)送和接收。“數(shù)據(jù)終端就緒”與“數(shù)據(jù)設(shè)備就緒”兩根線也是交叉相連的，使得兩臺(tái)設(shè)備都能檢測出對(duì)方是否已經(jīng)準(zhǔn)備好。

圖6 數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu)

對(duì)51單片機(jī)來說，利用RXD(串行數(shù)據(jù)接收端)線、TXD(串行數(shù)據(jù)發(fā)送端)線以及一根地線，就可以符合RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)的全雙工串行通訊口。由于RS-232C采用負(fù)邏輯，即:邏輯1(-5～-15V)，邏輯0(+5～+15V)，而51單片機(jī)采用TTL電平，所以用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口通信必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，目前RS-232C與TLL的電平轉(zhuǎn)換最常用的集成電路芯片是MAX232傳輸線驅(qū)動(dòng)器，如圖7所示。

圖7 MAX232電平轉(zhuǎn)換端口

將單片機(jī)I/O口的P3.0/P3.1分別連接到MAX232的9/10端口，經(jīng)過MAX232電平轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后連接到電腦RS-232C串口就可以在把編寫好的目標(biāo)程序代碼通過電腦端的STC-ISP軟件控制下載到STC12C2052AD與STC89C58RD+單片機(jī)中。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程

程序下載后給系統(tǒng)上電，裝置開始工作(工作燈亮)，由LED燈組成指示出口標(biāo)志正常發(fā)光，點(diǎn)陣塊顯示文字。當(dāng)火警警報(bào)觸發(fā)，單片機(jī)接收到觸發(fā)信號(hào)，同時(shí)發(fā)送信號(hào)到LED燈、點(diǎn)陣塊和語音模塊裝置中。此時(shí)LED燈組成指示出口標(biāo)志有規(guī)律的閃爍，并指明安全出口的方向、點(diǎn)陣塊開始播放安全措施文字同時(shí)語音模塊開始工作，此時(shí)狀態(tài)一直等到火警警報(bào)解除為止，當(dāng)警報(bào)解除，裝置又恢復(fù)初始狀態(tài)。如圖8所示。

由于錄音內(nèi)容是自動(dòng)地、反反復(fù)復(fù)地播放，并伴隨文字顯示和安全出口指示，意思表達(dá)非常清晰、準(zhǔn)確，可以令混亂、慌張情況下的人們聽得清楚、看地明白，即使沒有參加過消防演習(xí)或聽過逃生講座，這時(shí)也能夠照著錄音去做，從而大大降低了人員危險(xiǎn)。

4 結(jié)語

圖8 工作流程圖

本裝置的設(shè)計(jì)思想來源于生活實(shí)際，該研究的實(shí)施可以增加危險(xiǎn)區(qū)人們的逃生機(jī)會(huì)，值得一提的是，無論大人、小孩和老人，人們可以邊跑邊聽、邊聽邊看，大大縮短了在火場里逗留的時(shí)間，為及時(shí)逃生指明了方向。具有很好的社會(huì)意義。

除此之外，該裝置還可以提供各國的語言，以便在危險(xiǎn)的時(shí)刻幫助那些外國的朋友迅速的逃離現(xiàn)場。

［1］ 張義和，等編著，袁彩霞改變.例說51單片機(jī)(C語言版)［M］.北京:人民郵電出版社，2008.

［2］ 王瑩瑩，汪東，晁陽，編著.Protel DXP電路設(shè)計(jì)實(shí)例教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［3］ 蔡美琴，張為民，何金兒，等.MCS-51系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用［M］.2版.北京:高等教育出版社，2004.