1、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XX指导时间景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书XX： _ 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
2、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.:航空航人大学【2】王福瑞，单片机测控系统大全，：航空航天大学【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，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，2007【5】及力，Protel 99 SE原理图与PCB设计教程。：电子工业，2007【6】张毅刚，MCS-51
3、单片机应用设计。哈尔滨：哈尔滨工业大学1、总体电路总体框图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42、80C51的基本结构. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53、80C51单片机的封装与引脚 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、AD574A简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75、声光报警电路 . . . . . . . . . . . . . . . .
4、 . . . . . . . . . . . .86、总电路图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97、元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108、参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119、实验设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12一、总体电路
5、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
6、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。
7、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
8、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
9、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
10、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（Quad Flat Pack）和LCC（Leaded Chip Caiier）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，
11、 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
12、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
13、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。 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/秒）b电源电压特性（25 60RH）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（29K37
14、KBq）。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1 s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P2.01时，555输出脉冲的振荡频率较低，当P2.00时，555输出脉冲的
15、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1 s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1U1集成运放3554AM12U3集成运放3554AM13LED1发光二极管LED-red14Q1晶体管2N2218A15U2蜂鸣箱200欧16R1电阻40
16、0欧17R2电阻200欧18R3电阻400欧19R4电阻400欧110R5电阻100欧111R6电阻200欧112R7电阻113R8电阻114VCC1直流电源1v115VCC2直流电源1v116VCC3直流电源12v117VCC4直流电源-12v118VCC5直流电源12v119VCC6直流电源-12v1八、参考文献：1李全利，单片机原理及应用技术。：高等教育，20042金发庆，传感器技术与应用。 ：机械工业，20043王曙霞，单片机实验与实训指导。西安：西安电子科技大学，20074及力，Protel 99 SE原理图与PCB设计教程。：电子工业，5张玉莲，电子CAD（Protel99SE）实
17、训指导书。西安：西安电子科技大学6何利民，单片机高级教程。：航空航天大学，20007李朝青，单片机原理与接口技术。：航空航天大学，19998张毅刚，MCS-51单片机应用设计。哈尔滨：哈尔滨工业大学，19979潘新民，微型计算机控制技术。：人民邮电，199910李华，MCS-51系列单片机实用接口技术。：航空航天，200011Intel,MCS-51Familyof Single Chip Microputer Users Manual,199012陈光东，单片微型计算机原理接口技术。武汉：华中理工大学， 13王福瑞，单片机测控系统大全，：航空航天大学，1998九、实验设计心得和体会 一周的实
18、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，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
19、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。
