【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）火災告警電路的設計-電子科學與技術(shù)

西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 I 摘 要 隨著 現(xiàn)代家庭用火 、 用電量正在逐年增加 ，家庭 火災發(fā)生的頻率越來越高 ，火災煙霧報警器也隨之被廣泛應用于各種場合。本設計是利用單片機結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)了這這一火災煙霧報警系統(tǒng)。論文中主要煙霧報警器系統(tǒng)各個組成部分進行了介紹，對它的主控電路和外圍設備電路之間的接口技術(shù)，還有軟件方面進行了重點介紹。 關(guān)鍵詞： 80煙霧傳感器 ； 自動報警 of is in is of of of of 80安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 錄 第 1章 緒 論 . 1 . 1 . 2 . 3 . 4 文內(nèi)容 . 6 第 2章 基于 . 7 務分析 . 7 . 7 第 3章 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) . 8 控電路設計 . 8 圍接口電路設計 . 13 電路設計 . 17 結(jié) 論 . 19 致 謝 . 20 參考文獻 . 21 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 1 第 1 章 緒 論 在現(xiàn)代社會高速發(fā)展的今天，科技發(fā)展的速度以幾何級數(shù)在增長。日新月異的電子電器產(chǎn)品充斥著生活中的各個場所，各種電氣設備給人們的生活帶來方便的同時，電氣安全問題隨著用電設備的激增而日益突出，安全隱患潛伏在生活中的各個角落。而人們自身對災害的預知是非常有限的，所以依靠探測設備去提高人們對災害預警的能力是很有必要的。本系統(tǒng)以此為背景，結(jié)合現(xiàn)有成熟技術(shù)設計了一種具有高靈敏度的火災自動報警系統(tǒng)。 課題研究的目的和意義 災 告警電路 系統(tǒng) 開發(fā)的目的 火災，作為一種人為災害，是指火源失去控制蔓延發(fā)展而給人民生命財產(chǎn)造成損失的一種災害性燃燒現(xiàn)象?；馂倪€是一種終極型災害，任何其他災害最后都可能導致火災?；馂哪軣羧祟惤?jīng)過辛勤勞動創(chuàng)造的物質(zhì)財富，使工廠、倉庫、城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村和大量的生產(chǎn)、生活資料化為灰燼，一定程度上影響著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們的正常生活?；馂倪€污染了大氣，破壞了生態(tài)環(huán)境?；馂牟粌H使一些人陷于困境，它還涂炭生靈，奪去許多人的生命和健康，造成難以消除的身心痛苦。 據(jù)世界火災統(tǒng)計中心及歐洲共同體研究測算，如火災直接損失占國民經(jīng)濟生產(chǎn) 總值的 2，整個火災的損失將占國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值的 10以上。現(xiàn)代社會空前發(fā)展，積累了巨大的社會財富。特別是在城市地區(qū)，社會人口相對集中，建筑設施鱗次櫛比，一旦發(fā)生火災，會嚴重危害人們的生命財產(chǎn)安全，造成慘重的損失。因此，我國政府高度重視消防安全工作。在我國，火災危害之烈，損失之巨，不亞于地震和洪水的危害。近年來，我國城市火災頻頻，深圳、廣州、上海、長沙、石河子、吉林、浙江等地發(fā)生的特大火災所造成的危害及后果，給人們留下了極其深刻的印象，火災給國家和人民的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失。 隨著現(xiàn)代家庭用火、用電量的 增加，家庭火災發(fā)生的頻率越來越高。家庭火災一旦發(fā)生，很容易出現(xiàn)撲救不及時、滅火器材缺乏及在場人驚慌失措、逃生遲緩等不利因素，最終導致重大生命財產(chǎn)損失。消防部門的統(tǒng)計顯示，在所有的火災比例中，家庭火災已西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 2 經(jīng)占到了全國火災的 30%左右。家庭起火的原因 很多 ，可能在我們注意得到的地方，也可能就隱藏在我們根本就注意不到的地方。 在現(xiàn)代城市家庭里，許多人因不懂家庭安全常識引起火災事故，使好端端的幸福家庭眼間毀于一旦 ,有的導致家破人亡 ,而且一旦發(fā)生居民家庭火災 ,處置不當、報警遲緩 ,是造成人員 傷亡的重要因素。 所以說 ,人們應該 積極了解家庭火災的主要起因 ，還有預防火災的發(fā)生。這就是我們研究火災告警電路的目的。 開發(fā)火災告警電路系統(tǒng)旨在 及時發(fā)現(xiàn)火災，及時采取滅火、疏散等措施， 探測 潛伏在人們生活中的 火災 隱患， 最大限度地降低因火災帶來的損失 ，從而實現(xiàn)安全防范的重任 。 已有的火災告警電路系統(tǒng)或多或少存在著功能簡單、較為落后 等 缺點，不符合現(xiàn)代消防的要求，因此，進行火災告警電路系統(tǒng)的開發(fā)，是很有意義的研究工作。 基于此，對 本課題進行了相關(guān)研究。 災告警電路系統(tǒng)開發(fā) 的意義 在我國的一些大中城市，幾乎每天都發(fā)生家庭火災，所以防火是每個家 庭必須時刻注意的問題。假如能根據(jù)您家的實際情況預先采取簡單的防火措施，一些悲劇是完全可以避免的。 火災告警電路系統(tǒng) 對 防家庭火災，減少火災損失具有現(xiàn)實意義 。 一系列火災造成的慘痛損失也使 全國 各界意識到了 火災告警電路系統(tǒng) 的必要性。據(jù)調(diào)查，在最近發(fā)生火災的大多數(shù)房屋都沒有安裝 報警器。所以， 火災告警電路系統(tǒng) 在預防火災發(fā)生上有著非常重大的意義。 災告警電路 系統(tǒng) 的現(xiàn)狀和發(fā)展 災探測技術(shù) 火災為一種在時空上失去控制的燃燒所引發(fā)的災害，對人類生命財產(chǎn)和社會安全構(gòu)成了極大的威脅。由此引發(fā)的重大安全事故比皆是 ，所以人類一直也未停止過對它的研究。 火災的發(fā)生和發(fā)展是一個非常復雜的非平穩(wěn)過程，它除了自身的物理化學變化以外還會受到許多外界的千擾，火災一旦產(chǎn)生便以接觸式 (物質(zhì)流 )和非接觸式（ 能量流 )的形式向外釋放能量。接觸式形式包括可燃氣體、燃燒氣體和煙霧、氣溶膠等。非接觸式如聲音、輻射等?；馂奶綔y技術(shù)就是利用敏感元件將火災中出現(xiàn)的物理化學特征轉(zhuǎn)換為另西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 3 外一種易于處理的物理量。 災探測器的發(fā)展趨勢 探測器朝新探測技術(shù)的發(fā)展進一步拓展了火災探測的應用領域，為一些傳統(tǒng)探測器無法勝任的環(huán)境提供了有效的手段。相關(guān)技 術(shù)的發(fā)展，如傅立葉近紅外光譜技術(shù)弱信號處理技術(shù)、低功耗 術(shù)進一步促進了傳統(tǒng)探測技術(shù)的改進，使得傳統(tǒng)探測器在技術(shù)和性能上有了顯著的提高?；馂?探測器朝著極 早期探測、多傳感器復合探測和探測器小型化、智能化的方向發(fā)展邁出了更快的步伐。 近幾年來，單片機已逐步深入應用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門及人們生活的各個方面。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而開發(fā)出來。單片機是器件級計算機系統(tǒng)，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應用到任何電子系統(tǒng)中去，同樣，它也可以廣泛應用于報警技術(shù)領域， 使各類報警裝置的功能更加完善，可靠性大大提高，以滿足社會發(fā)展的需要。 災告警電路 系統(tǒng) 理論介紹 本系統(tǒng)是以火災防范為背景設計的一種具有自動報警功能且能夠在火災發(fā)生時對火情進行初步控制的綜合測控系統(tǒng)。系統(tǒng)需要具有對火災可探測、自動報警、管理供電系統(tǒng)、控制滅火設備等功能。在測控領域，基于微控制器為核心的測控技術(shù)備受青睞，由于兼具軟硬件系統(tǒng)的優(yōu)點，明顯優(yōu)于單純硬件電路設計或軟件系統(tǒng)設計。以控制器為核心，借助傳感探測設備對火情進行探測，將探測到的信息采集至處理器中，經(jīng)過處理后判斷火災是否發(fā)生、火情嚴重程度、火 災發(fā)生位置等信息當火災發(fā)生時進行報警，同時對火災級別及著火位置進行提示，在火災危害達到設定等級時切斷所有 供電設備，并打開滅火裝備進行滅火。要實現(xiàn)對火災的提前準確預警及對火情進行控制，意味著系統(tǒng)的自動化程度要求較高，要能夠準確探測到火情，及時控制火情火險。系統(tǒng)方案的確定必須要滿足上述指標，而綜合設計條件、開發(fā)環(huán)境、成本、設計難度、開發(fā)周期等因素，基于微控制器平臺的測控系統(tǒng)具有極大的優(yōu)勢。由于本系統(tǒng)特點是以微控制器為核心，故系統(tǒng)選定 80本系統(tǒng)的控制核心。在傳感器的選擇上主要實現(xiàn)對溫度和煙霧的探測，所以 在外部傳感器的選型上主要包括溫度傳感器和煙霧測，所以在外部傳感器的選型上主要包括溫度傳感器和煙霧制信號與被控制設備之間主要通過繼電器等接口型器件完成。上述設計思路為系統(tǒng)方案確定的基礎 。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 4 統(tǒng)特征與主要使用技術(shù) 敏傳感器 1 氣敏傳感器 氣 敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導體氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導體氣敏傳感器。它的應用主要有：一氧化碳氣體的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂（ 檢測、呼氣中乙醇的檢測、 人體口腔口臭的檢測等等。 它將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關(guān)的信息，從而可以進行檢測、監(jiān)控、報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。 2 氣敏傳感器工作原理 聲表面波器件之波速和頻率會隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生漂移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當該氣敏薄膜與待測氣體相互作用（化學作用或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導電率發(fā)生變化時，引起壓電晶體的 聲表面波頻率發(fā)生漂移；氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過測量聲表面波頻率的變化就可以準確的反應氣體濃度的變化。 3 半導體氣體傳感器 氣體敏感元件，大多是以金屬氧化物半導體為基礎材料。當被測氣體在該半導體表面吸附后，引起其電學特性 (例如電導率 )發(fā)生變化。目前流行的定性模型是：原子價控制模型、表面電荷層模型、晶粒間界勢壘模型。 1、半導體氣敏元件的特性參數(shù) （ 1）氣敏元件的電阻值 將電阻型氣敏元件在常溫下潔凈空氣中的電阻值，稱為氣敏元件 (電阻型 )的固有電阻 值，表示為。一般其固有電阻值在 (103 105) 范圍。 測定固有電阻值時 , 要求必須在潔凈空氣環(huán)境中進行。由于經(jīng)濟地理環(huán)境的差異，各地區(qū)空氣中含有的氣體成分差別較大，即使對于同一氣敏元件，在溫度相同的條件下，在不同地區(qū)進行測定，其固有電阻值也都將出現(xiàn)差別。因此，必須在潔凈的空氣環(huán)境中進行測量。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 5 （ 2）氣敏元件的靈敏度 是表征氣敏元件對于被測氣體的敏感程度的指標。它表示氣體敏感元件的電參量（如電阻型氣敏元件的電阻值）與被測氣體濃度之間的依從關(guān)系。表示方法有三種 ： （ a）電阻比靈敏度 K （ b）氣體分離度 氣敏元件在濃度為 氣敏元件在濃度為 常， （ c）輸出電壓比靈敏度 a:氣敏元件在潔凈空氣中工作時，負載電阻上的電壓輸出； 敏元件在規(guī)定濃度被測氣體中工作時，負載電阻的電壓輸出 （ 3）氣敏元件的分辨率 表示氣敏元件對被測氣體的識別（選擇）以及對干擾氣體的抑制能力。氣敏元件分辨率 氣敏元件在潔凈空氣中工作時，負載電阻上的輸出電壓； 氣敏元件在規(guī)定濃度被測氣體中 工作時，負載電阻上的電壓 敏元件在 載電阻的電壓 （ 4）氣敏元件的響應時間 表示在工作溫度下，氣敏元件對被測氣體的響應速度。一般從氣敏元件與一定濃度的被測氣體接觸時開始計時，直到氣敏元件的阻值達到在此濃度下的穩(wěn)定電阻值的 63時為止，所需時間稱為氣敏元件在此濃度下的被測氣體中的響應時間，通常用符號 （ 5）氣敏元件的加熱電阻和加熱功率 氣敏元件一般工作在 200 以上高溫。為氣敏元件提供必要工作溫度的加熱電路的電阻 (指加熱器的電阻值 )稱為加熱電阻，用 熱式的加熱電阻值一般小于 5 ；旁熱式的加熱電阻大于 20 。氣敏元件正常工作所需的加熱電路功率，稱為加熱功率，用表示。一般在 (范圍。 （ 6）氣敏元件的恢復時間 表示在工作溫度下 ,被測氣體由該元件上解吸的速度 ,一般從氣敏元件脫離被測氣體時開始計時 ,直到其阻值恢復到在潔凈空氣中阻值的 63時所需時間。 2、燒結(jié)型 膜型和厚膜型三種。燒結(jié)型應用最廣泛性。 其敏感體用粒徑很小 (平均粒徑 m) 的 據(jù)需要添加不同的添加劑，混合均勻作為原料。主 要用于檢測可燃的還原性氣體，其工作溫度約 300 。根據(jù)加熱方式，分為直接加熱式和旁熱式兩種。 （ 1）直接加熱式 直熱式氣敏元件 ) 由芯片 (敏感體和加熱器 )，基座和金屬防爆網(wǎng)罩三部分組成。因其熱容量小、穩(wěn)定性差，測量電路與加熱電路間易相西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 6 互干擾，加熱器與 體間由于熱膨脹系數(shù)的差異而導致接觸不良，造成元件的失效，現(xiàn)已很少使用。 （ 2）旁熱式 旁熱式氣敏器件結(jié)構(gòu)及符號 。 大電路 1 放大的概念 “ 放大 ” 的本質(zhì)是實現(xiàn)能量的控制，即能量的轉(zhuǎn)換：用能量比較小的輸入信號 來控制另一個能源，使輸出端的負載上得到能量比較大的信號。放大的對象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。 2放大電路 增加電信號幅度或功率的 電子電路 。應 用放大電路實現(xiàn)放大的裝置稱為放大器。它的核心是電子有源器件，如電子管、晶體管等。為了實現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量。常用的能源 是直流 電源 ，但有的放大器也利用 高頻電源 作為泵浦源。放大作用的實質(zhì)是把電源的 能量轉(zhuǎn)移 給輸出信號。輸入信號的作用是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號的變化重復或反映輸入信號的變化?，F(xiàn)代 電子系統(tǒng) 中，電信號的產(chǎn)生、發(fā)送、接收 、變換和處理，幾乎都以放大電路為基礎。 20世紀初，真空 三極管 的發(fā)明和電信號放大的實現(xiàn)，標志著 電子學 發(fā)展到一個新的階段。 20世紀 40 年代末晶體管的問世，特別是 60年代 集成電路 的問 世，加速了電子放大器以至電子系統(tǒng)小型化和微型化的進程。放大 電路 的基本形式有 3種：共發(fā)射極放大電路， 共基極放大電路 和共集電極放大電路。在構(gòu)成多級放大器時，這幾種電路常常需要相互組合使用。 現(xiàn)代使用最廣的是以晶體管（雙極型晶體管或場效應晶體管）放大電路為基礎的集成放大器。大功率放大以及高頻、微波的低噪聲放大，常用分立晶體管放大器。高頻和微波的大功率放大主要靠特殊類型的真空管，如功率三極管或四極管、磁控管、速調(diào)管、行波管以及正交場放大管等。 放大電路的前置部分或集成電路元件變質(zhì)引起高頻振蕩產(chǎn)生 咝咝 聲，檢查各部分元件，若元件無損壞，再在磁頭信號線與地間并接一個 10000 047 霧的 電容 ， “ 咝咝 ” 聲若不消失，則需要更換集成塊。 文 內(nèi)容 第一章 緒論 本章本主要介紹了聲光報警器的發(fā)展史及發(fā)展趨勢。對聲光探測器進行了系統(tǒng)性的闡述。還有論文研究的目的和意義進行了簡單的解釋。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 7 第二章 基于 本章是根據(jù)論文的要求分析了論文的主要任務。繼而概括出整個設計的主要思想和確定出設計方案。 第三章 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 本章針對的是系統(tǒng)硬件是設計。在對整個系統(tǒng)硬件設計時，我們主要從它的主控電路 80片機的復位電路、時鐘電路）的設計和外圍電 路（聲光報警電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路）的設計來具體介紹。還有對在設計中用到的聲光傳感器進行了重點介紹。 最后附上 結(jié)論 、 致謝 和參考文獻。 第 2 章 基于 片機的聲光報警的設計方案 務分析 單片機應用系統(tǒng)可以分為只能儀器表和工業(yè)測控系統(tǒng)兩大類，無論哪儀類，都必須以市場需求為前提。所以，在電路設計前，首先要進行廣泛的市場調(diào)查，了解該電路的時常應用概況，以分析電路當前存在的問題，研究系統(tǒng)的時市場前景，確定市場開發(fā)設計的目的和目標。簡單地說，就是通過調(diào)研克服舊缺點，開發(fā)新功能。 此次的設計先從硬件設計上著手 。先要整理出 火災告警電路 的整體思路。確定出方案設計中需要的硬件設備。 我們在確定了大的方向基礎上，就應該對系統(tǒng)實現(xiàn)進行規(guī)劃。包括應該采集的信號種種類、數(shù)量、范圍，輸出信號的匹配和轉(zhuǎn)換，傳感器的選擇，技術(shù)指標的確定等。 計方案 案設計思想 此次設計是針對于單片機原理及其應用展開的。其中包含了我們大學三年中所學到的相關(guān)知識，運用我們所學的電工技術(shù)，傳感器技術(shù)，單片機技術(shù)去設計基于單片機的聲光 報警系統(tǒng)。 80片機好比一個橋梁，聯(lián)系著傳感器和報警電路設備。當周圍的環(huán)境達到我們設定的數(shù)值時， 聲光傳感器把被測的物理量作為輸入?yún)?shù)，轉(zhuǎn)換為電量 （電流、電壓、電阻等等）輸出。物理量和測量范圍的不同，傳感器的工作機理和結(jié)構(gòu)就不同。通常傳感器輸出的電信號是模擬信號（已有許多新型傳感器采用數(shù)字量輸出）。當信西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 8 號的數(shù)值符合 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級時 ，可以不用放大器放大；當信號的數(shù)值不符合A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級時，就需要放大器放大。而我們選擇前者，不需要用放大器，選擇數(shù)值符合 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入等級，這樣就可以簡化整個系統(tǒng)的設置。傳感器將物理信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為可以利用識別的電信號給單片機，這里我們選擇單片機的 收到信號的單片機經(jīng)過程序的設定會由 為單片機的輸出直接啟動報警電路。此時， 揚聲器將發(fā)出高、低交替的 2 種叫聲，同時 二極管發(fā)光，這就達到了聲光報警的效果。 體框圖 根據(jù)方案的設計思想，我們從中就可以得到了 聲光報警系統(tǒng)的總體框圖如圖 2示下： 圖 2光報警系統(tǒng)的總體框圖 使用 80片機，選用 聲光 傳感器作為敏感元件，利用 換器和聲光報警電路 ，開發(fā)了可用于 家庭或 小型單位火災報警的 聲光 報警器。 整個設計由 4 大部分構(gòu)成：聲光傳感器、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、 80片機、聲光報警電路。 其中， 聲光 傳感器 是將現(xiàn)場溫度、 聲光 等非電信號轉(zhuǎn)化為電信號；轉(zhuǎn)換電路 是將 完成將 聲光 傳感器輸出的模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。聲光報警模塊由單片機和報警電路組成，由單片機控制實現(xiàn)不同的聲光報警功能。 綜合考慮各因素，本文選 擇 光傳感器 用作采集系統(tǒng)的敏感元件。 它 靈敏度高，穩(wěn)定性好，適合于火災中氣體的探測 。 A/D 轉(zhuǎn)換器選用 換器。 第 3 章 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 控電路設計 硬件設計中最核心的器件是單片機 80一方面控制 A/D 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)模擬信號西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 9 到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，另一方面，將采集到的數(shù)字電壓值經(jīng)計算機處理得到相應的二進制代碼，與設定的值作比較。整個系統(tǒng)的軟件編程就是通過匯編語言對單片機 80現(xiàn)其控制功能。 0列 80流地位已經(jīng)形成。多年來的應用 實踐已經(jīng)證明， 80術(shù)成熟，許多單片機芯片傾力于提高 80列產(chǎn)品的綜合功能，從而形成了 80主流產(chǎn)品的地位，近年來推出的與 80容的主要產(chǎn)品有： 華邦公司提出的 列高速低價單片機； 司推出的 8系列高精度 片機； 司推出的 7 系列低壓高速單片機； 司推出的 速 (50片機； 司推出的 列高速單片機。 由此可見， 80經(jīng)成為事實上的單片 機主流系列，所以，本次設計選擇 80 0基本結(jié)構(gòu) 80片機主要由以下部分組成： （ 1） 統(tǒng) 8 位 布爾處理器；時鐘電路；總線控制邏輯。 （ 2）存儲器系統(tǒng) 4程序存儲器（ 擴至 64 128據(jù)存儲器（ 再擴 64特殊功能寄存器 （ 3） I/O 口和其他動能單元 4 個并行 I/O 口； 2 個 16 位定時 /計數(shù)器； 1 個全雙工異步串行口；中斷系統(tǒng)（ 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級） 0片機的封裝和引腳 80列單片機采用雙列直插式（ 式封裝。這里僅介紹常用的總線型 裝。如圖 3示。 40 個引腳按引腳功能大致可分為 4 個種類：電源、時鐘、控制和 I/O 引腳 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 10 (1) 電源 : 芯片電源，接 +5V； 接地端； (2) 時鐘 : 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 (3) 控制線 :控制線共有 4 根， 址鎖存允許 /片內(nèi) 程脈沖 能：用來鎖存 送出的低 8 位地址 能：片內(nèi)有 芯片，在 程期間，此引腳輸入編程脈沖。 選通信號。 位 /備用電源。 能：復位信號輸入端。 能：在 電情況下，接備用電源。 外 擇 /片內(nèi) 程電源。 能：內(nèi)外 擇端。 能：片內(nèi) 芯片，在 程期間，施加編程電源 （ 4） I/O 線 80有 4 個 8 位并行 I/O 端口： ，共 32 個引腳。 還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。 0片機的時鐘 (1) 振蕩器和時鐘電路 80部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但要形成時鐘脈沖，外部還需附加電路。 80時鐘產(chǎn)生方法有以下兩種。 a 內(nèi)部時鐘方式 利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳 端跨接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。外接晶振時，2 的值通常選擇為 30右； 振或陶瓷諧振器的頻率范圍可在 12間選擇。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作，振蕩器和電容應盡可能安裝得與單片機引腳 近。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 11 圖 380鐘電路接線方法 b 外部時鐘方式 此方式是利用外部振蕩脈沖接入 片機外時鐘信號接入方式不同。 芯片類型 接線方法 地 接片外時鐘脈輸入端（引腳需接上拉電阻 ） 片外時鐘脈沖輸入端 懸空 表 30片機外部時鐘接入方法 0片機的復位 在整個 聲光 報警系統(tǒng)中，要進行實驗，必須對整個系統(tǒng)先復位。復位是單片機的初始化操作。單片機系統(tǒng)在上電啟動運行時，都需要先復位。其作用是使 系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，因而，復位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進行復位的，必須配合相應的外部復位電路才能實現(xiàn)。 復位電路設計 ： 單片機的外部復位電路有上電復位和上電和按鍵均有效的復位兩 種。 我們在設計單片機復位時，選用上電復位。 上電復位 ： 上電復位利用電容器的充電實現(xiàn)。圖 3 80片機的上電復位電路。圖中給出了復位電路參數(shù)。 圖 3 80片機的上電 +按鍵復位電路。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 12 上電要求接通電源后，單片機實現(xiàn)自動復位操作。上電瞬間 腳獲得高電平，隨著電容的充電， 腳的高電平將逐漸下降。 腳的高電平只要能保持足夠的時間（ 2 個機器周期），單片機就可以進行復位操作。該電路典型的電阻值和我電容參數(shù)為：晶振為 12容值為 10阻值為 圖 3電復位電路 圖 3按鍵復位電路 復位狀態(tài)： 初始復位不改變 括工作寄存器 狀態(tài)，復位后 80內(nèi)各特殊功能寄存器的狀態(tài)如表所示，表中“ x”為不定數(shù)。 表 3位后的內(nèi)部特殊功能寄存器狀態(tài) 寄存器 復位狀態(tài) 寄存器 復位狀態(tài) 000H 0H 0H 0H B 00H 0H 0H 0H 7H 0H 000H 0H 0H IP E 0位時， 成輸入狀態(tài)，即 = 1，片內(nèi) 受復位影響。復位后， 輸出高電平且使這些雙向口皆處于輸入狀態(tài)，并將 07H 寫入堆棧指針時將 其余專用寄存器清 0。此時，單片機從起始地址 0000H 開始重新執(zhí)行程序。所以，單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可使其復位后重新運行 。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 13 圍接口電路設計 光傳感器簡介 在設計中我們之所以選用 感器，是因為它的輸出模擬量與我們所用的A/ 感輸出 電壓是 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入量程是 0 +10V） 聲光傳感器主要有以下兩種： (1)散射式 在發(fā)光管和光敏電阻之間設置遮光屏，無 聲光 時光敏元件接收不到信號，有 聲光 時使光敏元件發(fā)出信號。 (2)離子式 用放射性同位素镅 附近空氣電離，當平行平板電極間有直流電壓時，產(chǎn)生離子電流 聲光 時，微粒將離子吸附，而且離子本 身也吸收結(jié)果是離子 若有一個密封裝有純凈空氣的離子室作為參比元件，將兩者的離子電流比較，就可以排除外界干擾，得到可靠的檢測結(jié)果。 在本次設計中，我們選用 感器。它是離子式煙霧傳感器，是日本 檢測方式：離子型，一源兩室。 放射參數(shù)：電源電壓是 v，輸出電壓是 流損耗是 27+3靈敏度是 特性參數(shù)如下表所示： （根據(jù) ） （ 25 60 溫度特性（溫度 60） 度 25）源： 放射元素是媚 241， 放射量是平均 29K 37 工作環(huán)境： 電源電壓是 大 24V；溫度是 0最大 溫度 95。保存溫度 溫度 95。 長期穩(wěn)定性測驗如下表所示： 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 14 表 3長期穩(wěn)定性測驗 介 快速 12 位逐次比較式 A D 轉(zhuǎn)換器為美國模擬器件公司產(chǎn)品。一次轉(zhuǎn)換時間為 25 s，轉(zhuǎn)換速率為 40辨率 12 位，非線性誤差小于 1/2用 28腳雙立直插式封裝，各引腳功能如圖 3示 圖 3腳功能 : 2 位數(shù)據(jù)輸出線。 最高， 最低，它們可由控制邏輯決名 稱 方 法 標 準 高溫儲存特性 高溫 80 5不通電的情況下儲存 72 小時 保持特性參數(shù)不變，不變形、不變色、不產(chǎn)生裂紋 低溫儲存特性 低溫 5不通電的情況儲存 72 小時 保持特性參數(shù)不變，不變形、不變色、不產(chǎn)生裂紋 高溫儲存特性 在 40 5， 85 5通電的情況儲存 72小時 保持特性參數(shù)不變，不變形、不變色、不產(chǎn)生裂紋 震動實驗 共振頻率 10幅 果不產(chǎn)生共振，則用頻率 35小時 保持特性參數(shù)不變，不變形、不變色、不產(chǎn)生裂紋 跌落實驗 三個不同方向把器件從 1保持特性參數(shù)不變，不變形、不變色、不產(chǎn)生裂紋 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 15 定是輸出數(shù)據(jù)還是對外成高阻狀態(tài)。 12/8：數(shù)據(jù)模式選擇。當此引腳輸入為高電平時， 12 為數(shù)據(jù)并行輸出；當此引腳為低電平時，與引腳 合，把 12 位數(shù)據(jù)分兩次輸入。應該注意，此引腳不與 容，若要此引腳為高電平，應直接按腳 1；若要此引腳為低電平，應接引腳 15. 節(jié)選擇控制。此引腳有兩個功能，一個功能是決定方式是 12 位是 8 位。若，進行全 12 位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 25 ,僅進行 8 位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 16一個功能是決定輸出數(shù)據(jù)是高 8 位還是低 4 位。若 ，高 8 位數(shù)據(jù)有效；若 ，低 4 位有效，中間 4 位為“ 0”，高 4 位為高阻狀態(tài)。因此，低 4 位數(shù)據(jù)讀出時，應遵循左對齊原則（即：高 8 位 +低 4 位 +中間 4 位的 0000）。 片選擇。當 時， 選中；否則 進行任何操作。 R/C：讀 /轉(zhuǎn)換選擇。當 R/C=1 時，允許讀取結(jié)果；當 R/C=0，允許 A/D 轉(zhuǎn)換。 片啟動信號。 時，允許讀取結(jié)果，到底是轉(zhuǎn)換還是讀取結(jié)果與 R/C 有關(guān)。 態(tài)信號。 表示正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換， 表示轉(zhuǎn)換已完成。 +10V 基準電壓輸出。 電壓輸入。只有此腳把從“ 輸出的基準電壓引入到 部的 12 位 才能進行正常的 A/D 轉(zhuǎn)換。 極性補償。此引腳適當連接，可實現(xiàn)單極性或雙極性輸入。 1010V 量程模擬信號輸入端。對單極性信號為 10V 量程的模擬信號輸入端，對雙極性信號為 5V 模擬信號輸入腳。 2020V 量程輸入端。單極性信號為 20V 量程模擬信號輸入端，對雙極性信號為 10V 量程模擬信號輸入腳。 字地。各字電路（譯碼器、門電路、觸發(fā)器等）及“ +5V”的電源地。 擬地。各模擬器件（放大器、比較器、多路開關(guān)、取樣保持器等）地及“ +15V”和“ 源地。 輯電路供 電輸入端， +5V. 電源端， 12 +15V。 電源端， 15 單極性和雙極性輸入 單極性輸入電路：是 輸入電壓為 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 16 +10V 時，應從引腳 10入，當 20V，應從 20入。數(shù)字量 D 為無符號二進制碼，計算公式為 D=4096中電位器 于調(diào)零，即保證在 時，輸出數(shù)字量 D 為零。 雙極性輸入電路： 于調(diào)整增益 。 于調(diào)整雙極性電路輸入零點 。如果輸入信號 =5V 之間，應從 10腳輸入；當 =10V 之間，應從20腳輸入。 根據(jù) 聲光 傳感器所輸出的電壓量，故選用單極性輸入。 80片機接口電路 列的所有型號和功能因腳和排列都相同，因而它們與單片機借口也相同。 有型號都有內(nèi)部始終電路，不需要任何外接器件和連線。為 80片機的接口電路。該電路采用雙極性輸入方式。根據(jù) 聲光 傳感器 設計時我們選用單極性輸入方式 。 當 80片機配置時，由于 出 12 位數(shù)據(jù)，所以當單片機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，應分兩次進行：當 時，讀取高 8 位；當 時，讀取低 4 位。 80 相連，故采用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 光報警電路 聲光報警電路由單片機 出報警信號 (高低電平間隔 1，驅(qū)動聲光報警電路，直至按復位鍵 聲光報警電路由 555 定時器、揚聲器和普通發(fā)光二極管組成，電路圖如圖 3 其中 555定時器接成了一 個低頻多諧振蕩器，其控制電壓出入端 5腳與單片機 80相連，受 輸出的脈沖信號控制。由電容 充沖放電作用，當 1時， 555輸出脈沖的振蕩頻率較低，當 0時， 555輸出脈沖的振蕩頻率較高。該脈沖信號經(jīng)隔置電容 到揚聲器上，揚聲器將發(fā)出高、低交替的 2 種叫聲， 1加到發(fā)光二極管 到聲光同時報警的效果。 西安培華學院本科畢業(yè)論文（設計） 火災告警電路的設計 17 圖 3光報警電路 電路設計 根據(jù)要求，設計中我們選用 80 片機。 80片機的主控電路包括時鐘電路、復位電路。兩電路的接法在 分別做了詳細的介紹，這里不再贅述。 而傳感器是將非電量需要轉(zhuǎn)換成與非電量有一定關(guān)系的電量。當今信息時代，隨著電子計算機技術(shù)的非速發(fā)展，自動檢測，自動控制技術(shù)顯露非凡的能力，而大多數(shù)設備只能處理電信號，也就需要把被測，被控非電量的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號?？梢?，傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。沒有傳感器對原始信息進行精確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，就沒有現(xiàn)代自動檢測和自動控制系統(tǒng)。沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速 發(fā)展。設計中，傳感器我們選擇的是 光傳感器。必須利用微粒的特點檢測。而 光傳感器它的性能參數(shù)是我們選擇它理由。聲光傳感器連接在 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入接口。 我們將主控電路和外圍接口電路（ 80 A/D 轉(zhuǎn)換器的接口電路、 80聲光報警電路）連接起來，就得到了基于 80