火灾报警器电路设计.docx
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火灾报警器电路设计
电工电子技术课程设计
题目火灾报警器电路设计
班级计科
学号
姓名
指导
时间
景德镇陶瓷学院
电工电子技术课程设计任务书
姓名：
班级：
指导老师
设计课题：
火灾报警器电路设计
设计任务与要求
设计一个感兴趣的电路，要求电子元件超过30以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：
1.画出系统结构框图；
2.画出电路原理图；
3.写出详细说明书，要求书写工整，原理叙述正确，计算主要元器件的一些参数，并进行元器件选择；
4.画图要求：
画图规范化，画图清晰，符号要求采用国标统一，线条均匀，提倡用计算机画图；
5.写出元器件明细表。
设计步骤
1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；
2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；
3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；
4、列出标准的元件清单；
5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；
6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。
参考文献
【1】李广弟.中一片机基础LMJ.北京:
北京航空航人大学出版社
【2】王福瑞，单片机测控系统大全，北京：
航空航天大学出版社
【3】张毅坤.中一片微型计算机原理及应用LMJ.西安:
西安电子科技大学出版社，1998.
【4】王曙霞，单片机实验与实训指导。
西安：
西安电子科技大学出版社，2007
【5】及力，Protel99SE原理图与PCB设计教程。
北京：
电子工业出版社，2007
【6】张毅刚，MCS-51单片机应用设计。
哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社
1、总体电路总体框图.............................4
2、80C51的基本结构........................5
3、80C51单片机的封装与引脚....................6
4、AD574A简介...........................7
5、声光报警电路..............................8
6、总电路图.............................9
7、元件清单.............................10
8、参考文献..................................11
9、实验设计心得体会.............................12
一、总体电路总体框图
我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。
目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发，他们采用集中区域报警方式，其系统复杂、成木较高。
而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位，需要设置一种区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置，因此，研制一种结构简单、价格低廉的火灾报警器是非常必要的。
根据方案的设计思想，我从中就可以得到了声光报警系统的总体框图如图2-1所示下：
图2-1声光报警系统的总体框图
使用80C51单片机，选用声光传感器作为敏感元件，利用AD574A转换器和声光报警电路，开发了可用于家庭或小型单位火灾报警的声光报警器。
整个设计由4大部分构成：
声光传感器、A/D转换电路、80C51单片机、声光报警电路。
其中，声光传感器是将现场温度、声光等非电信号转化为电信号；转换电路是将完成将声光传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。
声光报警模块由单片机和报警电路组成，由单片机控制实现不同的声光报警功能。
此次设计是针对于单片机原理及其应用展开的。
其中包含了我们所学的电工技术，传感器技术，单片机技术去设计基于单片机的声光报警系统。
80C51单片机好比一个桥梁，联系着传感器和报警电路设备。
当周围的环境达到我们设定的数值时，声光传感器把被测的物理量作为输入参数，转换为电量（电流、电压、电阻等等）输出。
物理量和测量范围的不同，传感器的工作机理和结构就不同。
通常传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。
当信号的数值符合A/D转换器的输入等级时，可以不用放大器放大；当信号的数值不符合A/D转换器的输入等级时，就需要放大器放大。
而我们选择前者，不需要用放大器，选择数值符合A/D转换器的输入等级，这样就可以简化整个系统的设置。
传感器将物理信号经过A/D转换器转化为可以利用识别的电信号给单片机，这里我们选择单片机的P1.0为输入方式，接收到信号的单片机经过程序的设定会由P2.0作为单片机的输出直接启动报警电路。
此时，扬声器将发出高、低交替的2种叫声，同时二极管发光，这就达到了声光报警的效果。
二、主控电路设计一：
80C51的基本结构
80C51的结构图：
由图可见，80C51单片机主要有一下几个部分组成：
（1）CPU系统
8位CPU，含布尔处理器；时钟电路；总线控制逻辑。
（2）存储器系统
4KB的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可扩至64KB）；128KB数据存储器（RAM，可再扩64KB）；特殊功能寄存器SFR。
（3）I/O口和其他动能单元
4个并行I/O口；2个16位定时/计数器；1个全双工异步串行口；中断系统（5个中断源，2个优先级）
主控电路设计：
硬件设计中最核心的器件是单片机80C51，它一方面控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面，将采集到的数字电压值经计算机处理得到相应的二进制代码，与设定的值作比较。
整个系统的软件编程就是通过汇编语言对单片机80C51实现其控制功能。
80C51系列单片机产品繁多，主流地位已经形成。
多年来的应用实践已经证明，80C51的系统结构合理，技术成熟，许多单片机芯片倾力于提高80C51系列产品的综合功能，从而形成了80C51的主流产品的地位，近年来推出的与80C51兼容的主要产品有：
ATMEL公司融入Flash存储器技术推出的AT89系列单片机；
Philips公司推出的80C51、80C552系列高性能单片机；
华邦公司提出的W78C51、W77C51系列高速低价单片机；
LG公司推出的GMS90/97系列低压高速单片机。
由此可见，80C51已经成为事实上的单片机主流系列，所以，本次设计选择80C51单片机。
三、主控电路设计二：
80C51单片机的封装和引脚
80C51系列单片机采用双列直插式（DIP）.QFP44（QuadFlatPack）和LCC（LeadedChipCaiier）形式封装。
这里仅介绍常用的总线型DIP40封装。
如图3-2所示。
40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：
电源、时钟、控制和I/O引脚
（1）电源:
VCC-芯片电源，接+5V；VSS-接地端；
（2）时钟:
XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。
（3）控制线:
控制线共有4根，
ALE/PROG:
地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
ALE功能：
用来锁存P0口送出的低8位地址
PROG功能：
片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
PSEN:
外ROM读选通信号。
RST/VPD:
复位/备用电源。
RST（Reset）功能：
复位信号输入端。
VPD功能：
在VCC掉电情况下，接备用电源。
EA/VPP:
内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
EA功能：
内外ROM选择端。
VPP功能：
片内EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源
VPP。
差分放大电路如左图所示：
工作原理：
由图2所示为火灾报警电路的第一部分——差分放大电路。
U1为比例运算放大器，由R2引入负反馈，构成差分比例运算电路。
VCC3和VCC4为比较电压值为±12V。
四、外围接口电路设计一：
NIS-09声光传感器简介
在设计中我们之所以选用NIS-09声光传感器，是因为它的输出模拟量与我们所用的A/D转换器输入等级相符合。
（NIS-09声光传感输出电压是5.6+0.4v，A/D转换器的输入量程是0～+10V）
声光传感器主要有以下两种：
（1）散射式
在发光管和光敏电阻之间设置遮光屏，无声光时光敏元件接收不到信号，有声光时使光敏元件发出信号。
（2）离子式
用放射性同位素镁Am241放射出微量的a射线，使附近空气电离，当平行平板电极间有直流电压时，产生离子电流I。
有声光时，微粒将离子吸附，而且离子本身也吸收a射线，其结果是离子I减小。
若有一个密封装有纯净空气的离子室作为参比元件，将两者的离子电流比较，就可以排除外界干扰，得到可靠的检测结果。
在本次设计中，我们选用NIS-09声光传感器。
它是离子式烟雾传感器，是日本NEMOTO公司专为检测延误而精心设计的新型传感器。
检测方式：
离子型，一源两室。
放射参数：
电源电压是DC9v，输出电压是5.6+0.4v
电流损耗是27+3pA，灵敏度是0.6+0.1v。
特性参数如下表所示：
a灵敏度特性（根据UL217标准风速0.1M/秒）
b电源电压特性（25℃60﹪RH）
c温湿度特性温度特性（温度60﹪）
d温度特性（温度25℃）源：
放射元素是媚241，
放射量是平均33.3KBq.=0.9uCi（29K——37KBq）。
工作环境：
电源电压是DC6.0-18.0V，最大24V；温度是0-50℃，最大-10-60℃，温度95﹪。
保存温度-25-80℃，温度95﹪。
五、声光报警电路
声光报警电路由单片机P2.0口控制，输出报警信号（高低电平间隔1s的脉冲信号），驱动声光报警电路，直至按复位键RESET和开关键。
声光报警电路由555定时器、扬声器和普通发光二极管组成，电路图如图下所示。
其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压出入端5脚与单片机80C51的P2.0端相连，受P2.0脚输出的脉冲信号控制。
由电容C4的充冲放电作用，当P2.0＝1时，555输出脉冲的振荡频率较低，当P2.0＝0时，555输出脉冲的振荡频率较高。
该脉冲信号经隔置电容C2加到扬声器上，扬声器将发出高、低交替的2种叫声，同时P2.0脚输出的高低电平间隔1s的脉冲信号经电阻R1加到发光二极管LED上，LED将闪烁发光，达到声光同时报警的效果。
图声光报警电路
工作原理：
由上图所示为火灾报警电路的第三部分——声光报警电路。
当输入电压达到发光二极管LED灯和三极管正常工作电压时，二极管LED灯发光，蜂鸣器发声。
六、总电路图由下图所示
声光报警系统总电路图
七、元件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1
集成运放
3554AM
1
2
U3
集成运放
3554AM
1
3
LED1
发光二极管
LED-red
1
4
Q1
晶体管
2N2218A
1
5
U2
蜂鸣箱
200欧
1
6
R1
电阻
400欧
1
7
R2
电阻
200欧
1
8
R3
电阻
400欧
1
9
R4
电阻
400欧
1
10
R5
电阻
100欧
1
11
R6
电阻
200欧
1
12
R7
电阻
1.2欧
1
13
R8
电阻
1.8欧
1
14
VCC1
直流电源
1v
1
15
VCC2
直流电源
1v
1
16
VCC3
直流电源
12v
1
17
VCC4
直流电源
-12v
1
18
VCC5
直流电源
12v
1
19
VCC6
直流电源
-12v
1
八、参考文献：
[1]李全利，单片机原理及应用技术。
北京：
高等教育出版社，2004
[2]金发庆，传感器技术与应用。
北京：
机械工业出版社，2004
[3]王曙霞，单片机实验与实训指导。
西安：
西安电子科技大学出版社，2007
[4]及力，Protel99SE原理图与PCB设计教程。
北京：
电子工业出版社，
[5]张玉莲，电子CAD（Protel99SE）实训指导书。
西安：
西安电子科技大学出版社
[6]何利民，单片机高级教程。
北京：
航空航天大学出版社，2000
[7]李朝青，单片机原理与接口技术。
北京：
航空航天大学出版社，1999
[8]张毅刚，MCS-51单片机应用设计。
哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，1997
[9]潘新民，微型计算机控制技术。
北京：
人民邮电出版社，1999
[10]李华，MCS-51系列单片机实用接口技术。
北京：
航空航天出版社，2000
[11]Intel,MCS-51FamilyofSingleChipMicrocomputerUser’sManual,1990
[12]陈光东，单片微型计算机原理接口技术。
武汉：
华中理工大学出版社，[13]王福瑞，单片机测控系统大全，北京：
航空航天大学出版社，1998
九、实验设计心得和体会
一周的实验周就这样过去了，这次实践，让我学会了viso软件的下载和使用，还有office软件的使用，它没有我开始想象的那样简单，其实还是挺复杂的，这些软件还有很多需要我们去了解的，这次也去中国知网上查了很多资料，以前从来没有去过中国知网，这是一个很好的网站，在里面可以学到很多点东西，最后还要谢谢指导老师鲁老师的精心指导！
这次所用的器材占用面积很小，电路灵敏度高，一旦发生火灾，蜂鸣器会在第一时间响起。
在性价比方面，这次设计的火灾报警电路从总体上来说工作比较稳定,基本符合设计的基本要求和技术指标,从选取的电路元件来看,元件个数比较少,均为常见的电路元件,价格一般都很便宜,电路比较实用,并且易于调试,是可以用到实际中去的。
对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，要多问多看多学，让我受益非浅，这种精神的培养相信在日后的学习和工作中都是我的一笔宝贵财富。
资料仅供参考!
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