基于高层建筑智能逃生装置的测速控速装置技术领域
本发明涉及高层建筑逃生装置，特别是涉及到一种基于高层建筑智能逃生装置的测
速控速装置。
背景技术
随着城市建设步伐的不断加快，越来越多的高层住宅楼、写字楼、商厦等出现在全
国各大中城市。楼内人员的安全问题已成为我们不可回避的问题。传统楼房遇险逃生多
使用自制绳索而最容易普及最容易在高层建筑火灾中起到好作用的便是高空缓降器。
据分析现有的缓降器具有以下不足：(1)无法实现下降速度的智能控制，安全性较
差。(2)不具备自主返回的功能，只能满足一人逃生需要，不能往复使用，目前仅有的
少数具有返回功能的缓降器也需要在高处进行人工操作进行返回，使用效率和救援效率
低下，无法适应在多人需要逃生情况下的使用；(3)结构复杂，制造成本高，不能面向
家庭或者个人用户推广。为此我们发明了一种新的基于高层建筑智能逃生装置的测速控
速装置，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种速度可以根据不同的使用者自动调整、具备自主返回功能、
面向民用易于推广、安全性能好的基于高层建筑智能逃生装置的测速控速装置。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于高层建筑智能逃生装置的测速控速
装置，该基于高层建筑智能逃生装置的测速控速装置包括霍尔传感器，步进电机和控制
电路板，该控制电路板包括霍尔传感器信号输入电路，步进电机驱动电路和单片机最小
系统，该霍尔传感器连接于该控制电路板，附着在高层建筑逃生装置轮盘上，当高层建
筑逃生装置运行时，该霍尔传感器检测到磁场信号输入时产生电压信号，并将该电压信
号传输给该霍尔传感器信号输入电路，该霍尔传感器信号输入电路连接于该霍尔传感器，
比较该霍尔传感器输出的电压信号和一预定电压信号得到一脉冲信号，并将该脉冲信号
传输给该单片机最小系统，该单片机最小系统连接于该霍尔传感器信号输入电路和该步
进电机驱动电路，并根据该脉冲信号，计算高层建筑逃生装置的运行速度，该步进电机
驱动电路连接于该步进电机，该单片机最小系统通过控制该步进电机驱动电路，控制该
步进电机的正转和反转。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
该霍尔传感器信号输入电路包括电位器，电压比较器，LED和排针，该电压比较器的
第一输入端连接于该霍尔传感器的输出端，该电压器的第二输入端连接于该电位器的输
出端，该电压比较器比较该霍尔传感器输出的电压信号与该电位器的输出信号以得到该
脉冲信号，该LED连接在电源电压该与电压比较器的输出端之间，并在该霍尔传感器的输
出的电压信号大于该电位器的输出信号时，该LED灯亮，该排针的一引脚连接于该电压比
较器的输出端，以将该脉冲信号传输给该单片机最小系统。
该基于高层建筑智能逃生装置的测速控速装置还包括显示屏和显示屏显示电路，该
显示屏连接于该显示屏显示电路，该显示屏显示电路位于该控制电路板，并连接于该单
片机最小系统，该单片机最小系统将该高层建筑逃生装置的运行速度传输给该显示屏显
示电路，以使该显示屏显示该高层建筑逃生装置的运行速度。
该显示屏为LCD1602液晶屏，该显示屏显示电路包括电位器，以调节该显示屏显示的
对比度。
在该高层建筑逃生装置的运行速度不大于事先设定的安全下降速度时，该步进电机
不工作，在该高层建筑逃生装置的运行速度大于事先设定的安全下降速度时，该单片机
最小系统传输反转控制信号给该步进电机驱动电路，以使该步进电机反转。
该步进电机驱动电路包括大电流复合晶体管ULN2003，第一排针和第二排针，该单片
机最小系统通过该第一排针连接于该大电流复合晶体管ULN2003的输入端，该步进电机通
过该第二排针连接于该大电流复合晶体管ULN2003的输出端。
该单片机最小系统包括STC89C52单片机、晶体振荡电路和复位电路，该晶体振荡电
路连接于该STC89C52单片机，用于结合该STC89C52单片机内部电路产生该STC89C52单片
机所需的时钟频率，该复位电路连接于该STC89C52单片机，用于将该STC89C52单片机复
位。
该基于高层建筑智能逃生装置的测速控速装置还包括12V蓄电池和DC-DC模块，该
DC-DC模块连接于该12V蓄电池和该控制电路板，并将该12V蓄电池提供的12V的直流电压
转换为5V电压，为该控制电路板供电。
该基于高层建筑智能逃生装置的测速控速装置还包括直流电机，该直流电机接线连
接于该12V蓄电池，由该12V蓄电池供电，该直流电机由开关控制，打开开关后该直流电
机转动，以带动高层建筑逃生装置绕线盘反转，使高层建筑逃生装置回升至初始位置，
以提供下一逃生人员使用。
该高层建筑逃生装置的运行速度的计算公式为：
V＝4*π*π*R1*R2/t
其中R1为磁铁安装半径，R2为绕绳外围平均半径，t为该脉冲信号的两个脉冲之间的
时间差。
本发明中的基于高层建筑智能逃生装置的测速控速装置，能根据高层建筑逃生装置
上附着的霍尔电流传感器测出当时的下降速度，经过单片机的计算处理在LED数码管中显
示相应的下降速度，使其与事先设定速度相比较，并控制步进电机来压紧逃生装置制动
把手以实现自动制动的效果，在一个人完成逃生后可利用电机反转带动逃生装置回升以
供下一个人使用，实现了重复利用的优点。
附图说明
图1为本发明的基于高层建筑智能逃生装置的测速控速装置的一具体实施例的结构
图；
图2为图1中的单片机的系统电路图；
图3为图1中的霍尔传感器和霍尔传感器信号输入电路的电路图；
图4为图1中的步进电机驱动电路图；
图5为图1中的显示屏和显示屏显示电路的电路图。
具体实施方式
为使本发明上述的其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，
并配合所附图式，作详细说明如下。
如图1所示，本发明的基于高层建筑智能逃生装置的测速控速装置的结构图。该基于
高层建筑智能逃生装置的测速控速装置包括霍尔传感器2、显示屏3、步进电机4、直流电
机7、12V蓄电池5、DC-DC模块6和控制电路板1，控制电路板1由外围控制电路、单片机最
小系统14组成，外围控制电路由霍尔传感器信号输入电路1111、显示屏显示电路12和步
进电机驱动电路13。霍尔传感器2、显示屏3、步进电机4分别接入霍尔传感器信号输入电
路1111、显示屏显示电路12、步进电机驱动电路13后接入单片机最小系统14，由单片机
最小系统14进行控制。12V蓄电池5直接向直流电机7供电，并通过DC-DC模块6转换为5V电
压，为控制电路板1供电，其中DC-DC模块6采用市场上已经存在的模块电路。
霍尔传感器2连接于控制电路板1，附着在逃生装置轮盘上，当高层建筑逃生装置开
始向下运行时，霍尔传感器2检测到磁场信号输入时产生电压信号，并将该电压信号传
输给霍尔传感器信号输入电路11。
霍尔传感器信号输入电路11连接于霍尔传感器2，比较霍尔传感器2输出的电压信号
和电位器的输出信号得到一脉冲信号，并将脉冲信号输入单片机最小系统14。
霍尔传感器信号输入电路11包括电位器，电压比较器，LED和排针。该电压比较器的
第一输入端连接于该霍尔传感器2的输出端，电压比较器的第二输入端连接于电位器的输
出端，其比较霍尔传感器2输出的电压信号与电位器的输出信号以得到一脉冲信号，led
连接在电源电压与电压比较器的输出端之间，并在霍尔传感器2的输出信号大于电位器的
输出信号时，led灯亮。排针的一引脚连接于电压比较器的输出端，以将该脉冲信号传输
给单片机。
如图3所示，霍尔传感器信号输入电路中，霍尔传感器3144的引脚1接入电源电压VCC，
引脚2接入电源地GND，引脚3接入电压比较器U1A的3引脚(+端)，电位器RP2一路接入电
源电压VCC，一路接入电源地GND，另一路接入电压比较器的2引脚(-端)，电压比较器的
引脚8一路接入电源电压VCC，另一路连接电阻R2、LED1后接入排针J3的引脚2，电压比较
器的引脚4接入电源地GND，引脚1一路连接电容C4后接入电源地GND，另一路接入J3的引
脚2，J3的引脚1接入电源电压VCC，引脚3接入电源地GND，J3的引脚2为电路的信号输出
端，连接到单片机的引脚P3.3。通过调节电位器RP2，改变霍尔传感器2的灵敏度，使霍
尔传感器检测到磁场时，其引脚3输出电压值大于电位器RP2的输出电压值，通过电压比
较器U1A进行比较，输出电压比较器U1A的引脚1输出低电平，此时LED1灯亮，反之输出高
电平，LED1灯暗。
显示屏3连接于控制电路板1，并在控制电路板1的控制下，显示高层建筑逃生装置的
运行速度。在一实施例中，显示屏3为LCD1602液晶屏。LCD1602液晶屏是工业字符型液晶，
能够同时显示16x02即32个字符(16列2行)，其内部的字符发生器已经存储了160个不同
的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号等，每一
个字符都有一个固定的代码。由于LCD1602识别的是ASCII码，可以用ASCII码直接赋值，
在单片机编程中，也可用字符常量或变量赋值。
显示屏显示电路12连接于显示屏3，用于传输显示数据、提供电源、提供背光源、调
节对比度。
如图5所示，显示屏显示电路包括电位器，用于调节显示屏显示的对比度，使数据显
示更加清晰。LCD1602液晶屏的引脚VSS接入电源地GND，引脚VCC接入电源电压VCC，引脚
V0连接电位器RP1后接入电源地GND，引脚RS连接到单片机引脚P2.4，引脚R/W连接到单片
机P2.5，引脚E连接到单片机P2.6，引脚DB0-DB7连接到单片机P0.0-P0.7，引脚BLA接入
电源电压VCC，引脚BLK接入电源地GND。当打开总开关，系统上电复位，单片机程序初始
化，通过字符常量赋值，使LCD1602显示屏显示speed＝0.0m/s。
步进电机4连接于控制电路板1，并在控制电路板1的控制下，进行电机正转和反转，
在下降速度不大于事先设定的安全下降速度时，步进电机4不工作，在下降速度大于事先
设定的安全下降速度时，步进电机4正转带动高层逃生装置液压制动把手进行减速，从而
控制装置下降速度的稳定。
步进电机驱动电路13连接于步进电机4，单片机最小系统14通过控制该步进电机驱动
电路13，控制步进电机4的正转和反转。
步进电机驱动电路13包括大电流复合晶体管ULN2003，排针J1和排针J2。单片机系统
通过排针J1连接于大电流复合晶体管ULN2003的输入端，步进电机通过排针J2连接于大电
流复合晶体管ULN2003的输出端。
如图4所示，所述步进电机驱动电路由高耐压、大电流复合晶体管ICULN2003组成，
其引脚COM1接入电源地GND，引脚COM2接入电源电压VCC，引脚2、3、4、5分别连接到单
片机P1.1、P1.2、P1.3、P1.4，J1、J2为排针，J2的引脚1接入电源电压VCC。
所述步进电机驱动电路中，OUT2-OUT5引脚连接于步进电机的接线插座，通过控制
ULN2003芯片的OUT2-OUT5引脚的电平来控制电机正转和反转。用1代表高电平，0代表低
电平，当OUT2-OUT5引脚的状态为如下顺序：0111，0011，1011，1001，1101，1100，1110，
0110，步进电机正转；当OUT2-OUT5引脚的状态为如下顺序：0110，1110，1100，1101，
1001，1011，0011，0111，步进电机反转。当下降速度大于事先设定的安全下降速度时，
步进电机正转带动高层逃生装置液压制动把手进行减速，从而控制装置下降速度的稳定。
在此期间，LCD1602显示屏实时显示装置下降速度，红灯闪烁，红灯闪烁的频率反映装置
下降速度的快慢。
直流电机7接线连接于12V蓄电池5的正负极。直流电机7由开关控制，打开开关后电
机转动，并带动线轮转动进行反转绕线，当反转绕线时，霍尔元件依然能感应产生脉冲
信号，并送入单片机最小系统14计算反转速度，输出于显示屏3。此时，由于线轮绕线时
无须进行自动制动，步进电机4不工作。当人安全着陆后，打开电机开关，直流电机7转
动带动高层逃生装置绕线盘反转，使逃生装置回升至初始位置，以提供下一逃生人员使
用。
单片机最小系统14连接于霍尔传感器信号输入电路11、显示屏显示电路12、步进电
机驱动电路13，单片机最小系统14根据霍尔传感器信号输入电路11提供的脉冲信号，计
算高层建筑逃生装置的运行速度，并将该高层建筑逃生装置的运行速度传输给显示屏显
示电路12，以通过显示屏3进行显示。在下降速度不大于事先设定的安全下降速度时，步
进电机4不工作，在下降速度大于事先设定的安全下降速度时，单片机最小系统14传输反
转控制信号给步进电机驱动电路13，以使步进电机4反转。直流电机7受控于开关，并不
受单片机最小系统14控制。
当高层建筑逃生装置开始向下运行时，附着在逃生装置轮盘上的霍尔电流传感器检
测有磁场信号输入，此时图2所示的霍尔传感器电路的信号输出端由高电平变为低电平，
由此得到相应的脉冲，通过公式计算两个脉冲之间的时间差，得到装置下降速度
V＝4*π*π*R1*R2/t
其中R1为磁铁安装半径，R2为绕绳外围平均半径，t为霍尔电流传感器检测两个脉冲
之间的时间差。磁铁位于线轮中与霍尔传感器相对应的位置，以保证线轮每转一圈磁铁
与霍尔元件靠近以提供脉冲信号，绕绳缠绕在线轮中。
如图2所示为本发明的主控电路图，单片机最小系统由STC89C52单片机、晶体振荡电
路和复位电路组成。晶体振荡电路连接于单片机，用于结合单片机内部电路产生单片机
所需的时钟频率。复位电路连接于单片机，用于将单片机复位。
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可
编程Flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash。STC89C52芯
片的编号为U1，晶体振荡电路中，引脚XTAL1一路连接电容C3后接地，引脚XTAL1的另一
路连接晶振X1后接入引脚XTAL2的一路，引脚XTAL2的另一路连接电容C2后接地。复位电
路中，引脚RST一路连接电阻R1后接地，引脚RST另一路连接电容C1后接入电源电压VCC，
电源电压VCC与电源地GND之间用按键连接。
12V蓄电池5连接于直流电机7与DC-DC模块6，一路用于向直流电机7提供12V直流电
压，一路由DC-DC模块6将电池提供的12V直流电压转换成5V直流电压，该直流电压为单片
机的控制电路板1供电。