题目 火灾报警器电路设计 班级 计科 学号
姓名 指导 时间
①
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： 设1.画出系统结构框图； 计 2.画出电路原理图； 任3.写出详细说明书，要求书写工整，原理叙述正确，计算主要元器件的务一些参数，并进行元器件选择； 与4.画图要求：画图规范化，画图清晰，符号要求采用国标统一，线条均要匀，提倡用计算机画图； 求 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。 【1】李广弟.中一片机基础LMJ.北京:北京航空航学出版社 参考【2】王福瑞，单片机测控系统大全，北京：航空航天大学出版社 文【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献 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，Protel 99 SE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
②
目录
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
③
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：
UI1UI2差分放大电路单线电压比较器声光报警器
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。
④
二、主控电路设计一：80C51的基本结构
80C51的结构图：
T0T1时钟电话RCMRAM定时/计数器CPU并行接口串行接口中断系统TXDRXDLNT0LNT0
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KB）；128KB数据存储器（RAM，可再扩KB）；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AT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。
⑤
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，
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。
R2400欧Vcc11vR1200欧Vcc412v1+2-4U13R3Vcc2200欧1vVcc3-12vR4400欧 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。
⑥
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DC 9v，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﹪。
⑦
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P2.0＝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。
U1VCC2VCC1200HzR2R1Q12N2218ALED1
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。
⑧
六、总电路图由下图所示
R2400欧R5100欧U3200HzVcc11vR1200欧1+2-Vcc412v4U11+4Vcc112vU2R61.8欧3Vcc3-12vVcc21vR3200欧R4400欧2-R8100欧3R71.2欧LED1LED yellewQ12N2218AVCC5-12v
声光报警系统总电路图
⑨
七、 元件清单
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
编号 U1 U3 LED1 Q1 U2 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 VCC1 VCC2 VCC3 VCC4 VCC5 VCC6 名称 集成运放 集成运放 发光二极管 晶体管 蜂鸣箱 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 直流电源 直流电源 直流电源 直流电源 直流电源 直流电源 型号 3554AM 3554AM LED-red 2N2218A 200欧 400欧 200欧 400欧 400欧 100欧 200欧 1.2欧 1.8欧 1v 1v 12v -12v 12v -12v 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
⑩
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，Protel 99 SE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-51Familyof Single Chip Microcomputer User’s
Manual,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
11
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。
12
