樓宇通道安全指示標志及語音提示系統研究

孔凡茂，高 藝

(長春理工大學 機電工程學院，長春 130022)

目前，在城市的高層建筑、辦公大樓、以及政府機關、大中小學校等單位的樓道中均設有安全通道指示標志。然而，當危險發生時，尤其是在有濃煙或其它有礙視覺的危險發生時，人們很難確認安全通道指示標志所代表的方向。另外，如果危險或緊急事件發生在夜晚，人們從沉睡中被驚醒，在恐慌的狀態下很容易忘記尋找安全通道標志，而是依據平時走路的經驗尋找走出建筑物的通道，在慌亂中一旦記憶有誤，很容易失去逃生機會。因此，在發生危險時既可以用視覺設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間內離開危險區域顯得尤為重要。

本裝置主要應用在樓宇出現危險情況時智能逃生指示系統。

1 裝置系統的組成

樓宇通道安全的控制系統的包括LED燈安全出口標志、點陣塊文字顯示、語音芯片、單片機、電源和揚聲器等若干電子元器件組成。系統結構如圖1所示。

由紅警警報器啟動單片機進入緊急工作狀態，當火災停電時正常工作(本身自帶電源)，語音芯片播放錄音內容，然而不論裝置系統安裝在哪一層樓、哪一個位置，可以根據它的安裝位置，即每個安全出口的實際位置錄音。這樣，該語音提示器播放的錄音才具有現實的提示和指導作用。

圖1 統結構圖

2 裝置系統的硬件設計及工作原理

裝置系統采用的硬件有STC12C2052AD和STC89C58RD+單片機［1］，并通過MAX232轉換器連接電腦串口下載程序，以及DM74LS138M譯碼器來控制點陣塊顯示和SN74HC04N反相器驅動LED指示燈，并采用APR9600語音芯片及揚聲器達到發音效果。

2.1 單片機電源、時鐘及復位電路

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

圖2 單片機電源、時鐘及復位電路圖

單片機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。單片機是一種時序電路，必須有時鐘信號才能正常工作。單片機芯片的XTAL1和XTAL2分別為片內振蕩器的輸入端和輸出端，只要在XTAL1和XTAL2之間接上一個晶振，再加上2個33PF的瓷片電容即可構成單片機所需的時鐘電路。RST復位信號輸入端。單片機在開機時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狀態等情況下都需要復位。復位的作用是使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作。STC系列單片機的復位靠外部電路實現，信號從RST引腳輸入，高電平有效，只要保持RST引腳高電平2個機器周期，單片機就能正常復位。

2.2 LED燈指示標志模塊

在STC12C2052AD單片機的P1、P3.5和P3.7輸入輸出I/O口串聯SN74HC04N六組反相器和0.1K保護電阻，驅動LED指示燈。在沒有發生火情的時候，安全通道LED燈指示標志正常發光工作，指明安全出口方向。

當發生火情的時候，單片機接收觸發火警按鈕報警信號，此時單片機執行內部程序，并把指令下達到外圍電路中，安全通道LED燈指示標志由正常工作轉換到緊急狀態，LED燈有規律閃爍，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，是采用模擬存儲技術，具有音質好、噪音低、不怕斷電、可反復錄放的語音電路。當語音芯片控制板接收都觸發信號時，語音芯片開始工作，揚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，告戒人們沉著、冷靜、穩定情緒，安全迅速地撤離事故現場。反復播放錄音，提醒人們當前你所處的位置、緊急出口在哪、逃生注意事項等等。

因此它更像個火場臨時指揮員，這在火災初期，消防人員趕到現場之前，對疏散指示作用是相當大的。

2.3 文字顯示模塊

文字顯示模塊由4塊8*8單色LED點陣屏及單片機STC89C58RD+和HD74LS138P三線-八線譯碼器組成。STC89C58RD+單片機輸入輸出 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，其它兩個使能端與地線相連接，P1依次連接共陰極LED點陣屏的陰極。三線-八線譯碼器八個輸出端依次連接共陰極LED點陣屏的陽極，然后根據三線-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行譯碼的作用)進而控制點陣屏顯示文字，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

當單片機系統的硬件電路焊接完畢后，單片機系統還不能工作，因為單片機產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，并生成目標程序代碼。通過電腦RS-232C串口與單片機連線通訊，其通訊結構如圖6所示。

圖中是計算機與終端之間利用RS-232C直接通信的最常用的交叉連線圖。圖中“發送數據”與“接收數據”是交叉相連的，使得兩臺設備都能正確地發送和接收。“數據終端就緒”與“數據設備就緒”兩根線也是交叉相連的，使得兩臺設備都能檢測出對方是否已經準備好。

圖6 數據通訊結構

對51單片機來說，利用RXD(串行數據接收端)線、TXD(串行數據發送端)線以及一根地線，就可以符合RS-232C接口標準的全雙工串行通訊口。由于RS-232C采用負邏輯，即:邏輯1(-5～-15V)，邏輯0(+5～+15V)，而51單片機采用TTL電平，所以用RS-232C標準接口通信必須進行電平轉換，目前RS-232C與TLL的電平轉換最常用的集成電路芯片是MAX232傳輸線驅動器，如圖7所示。

圖7 MAX232電平轉換端口

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

3 系統的實現流程

程序下載后給系統上電，裝置開始工作(工作燈亮)，由LED燈組成指示出口標志正常發光，點陣塊顯示文字。當火警警報觸發，單片機接收到觸發信號，同時發送信號到LED燈、點陣塊和語音模塊裝置中。此時LED燈組成指示出口標志有規律的閃爍，并指明安全出口的方向、點陣塊開始播放安全措施文字同時語音模塊開始工作，此時狀態一直等到火警警報解除為止，當警報解除，裝置又恢復初始狀態。如圖8所示。

由于錄音內容是自動地、反反復復地播放，并伴隨文字顯示和安全出口指示，意思表達非常清晰、準確，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或聽過逃生講座，這時也能夠照著錄音去做，從而大大降低了人員危險。

4 結語

圖8 工作流程圖

本裝置的設計思想來源于生活實際，該研究的實施可以增加危險區人們的逃生機會，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間，為及時逃生指明了方向。具有很好的社會意義。

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

［1］ 張義和，等編著，袁彩霞改變.例說51單片機(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電路設計實例教程［M］.北京:清華大學出版社，2008.

［3］ 蔡美琴，張為民，何金兒，等.MCS-51系統單片機系統及其應用［M］.2版.北京:高等教育出版社，2004.