防盗防火报警系统.ppt

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1、防盗防火报警系统设计防盗防火报警系统设计电信学院电信学院指导教师姓名指导教师姓名 张洪臣张洪臣学生姓名学生姓名 李家赫李家赫绪论火灾是威胁人类生命安全的几大意外灾害之一。近年来，随着建筑事业的发展，现代建筑中都要求具备火灾报警以至自动消防系统。火灾报警器可用于各种场所，安装了火灾报警器，可以把火灾扼杀在萌芽状态，减少了不必要的经济损失和对人类生命的无形威胁。第二章 方案论证具有烟雾传感器和温度传感器，能对室内烟雾及温度突变进行报警。对系统布线故障，内部元件损坏，能发故障报警信号。两种传感器中有一个动作时，表明室内有异常现象，能发异常报警信号，令值班人员到现场处理。烟雾传感器和温度传感器同时动作

2、时，说明有火灾发生，能发火灾报警。故障、异常、火灾报警声音各不相同，有明显的区别，且各自有相应的指示灯亮，便于值班人员分辨情况及时进行处理。方案比较 方案一，为原始的继电器式报警盘，这种报警器体积大，故障率高，耗电量也很大，现在已经很少使用。方案二，为以晶体管和小规模集成电路为基础的产品，虽然传感器检测部分可供选择的有离子感烟、紫外线管温度传感器、红外探测等多种手段，但检测手段比较单一，容易产生误报警现象。方案三中，在探测部分有了重大改进，检测部分包含两种或两种以上的检测信号，提高了报警的准确性，但对电路某部分的硬件故障却无能为力，且检测信号越多电路越复杂，造价越高，还不利于运行维护。引入了单

3、片微机系统，信号处理由微机系统经过运算和逻辑判断做出决定，这些功能可以由软件来实现，简化了硬件电路，降低了成本。传感器检测部分，检测信号可以增加为多种，相应的改动只需改变软件部分即可。而且还增加了电路故障自动检测和异常报警功能。整个系统集成度高、结构简单、安全可靠、价格便宜，特别适合于家居等小型场所使用。方案确定 传感器检测系统包含两方面检测：环境烟雾和环境温度。单片机控制系统：实现信号的采集，逻辑判断，发各种报警控制信号。声光报警系统：确认报警类型，引起有关人员注意，以便及时进行处理 第三章 硬件电路的设计 本系统的硬件设计主要包括两大部分内容：单片机控制系统的扩展部分设计和功能模块（即传感

4、器检测电路）的设计。从某种意义上讲，单片机控制系统扩展部分有成熟典型的电路，一般不会出现问题，功能模块设计的优劣是单片机应用系统性能优劣的关键。在本系统中，传感器检测电路的设计是本系统硬件设计的重心。在以下各节中，将分别对检测电路的设计、单片机系统的设计、报警电路的设计和电源电路的设计做逐步介绍 3.1 传感器检测电路的设计（1）会释放出大量的热量，从而使周围环境温度升高，但在燃烧速度非常缓慢的情况下，周围环境温度的变化是不足以鉴别的。（2）会释放出燃烧气体，其中有CO和CO2等气体。（3）会产生烟雾，烟雾是人们肉眼能见到的燃烧气体，其粒子直径大于0.01m。烟雾和可燃性气体都有很大的流动性，

5、它们可以潜入建筑物的任何空间，对人的生命造成很大威胁。（4）会产生火焰，它是物质燃烧产生灼热气体而发出的光，是一种辐射能量，是物质全燃烧阶段的产物，火焰可以辐射出可见光、紫外线及红外线 3.1.1 感温传感器检测电路的设计（1）热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性而制成的测温元件。要求导体的温度系数尽可能的大，电阻率大，电阻与温度之间最好呈线性关系。且在较宽范围内有稳定的物理化学性质，测温范围一般在-200+500 之间。（2）热电偶是利用物理学中的塞贝克效应制成的温敏传感器。要求材料的热性能要稳定，电阻系数小，导电率高，热电效应强，复制性好。测温范围一般在-200+200之间，常用的测温区

6、段是500以上的高温区段 感温传感器（3）热敏电阻是利用半导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件，其种类很多。按阻值、温度系数分，有正温度系数型PTC和负温度系数型NTC，PTC型电阻值随温度升高而增大，而NTC型电阻值随温度升高而减小。热敏电阻具有灵敏度高、响应快、工作范围宽、稳定性好、过载能力强、寿命长、价格低等优点，另外还可以根据不同的要求，将热敏电阻制成各种不同的形状，不同的标称阻值以供应用电路选择。测温范围为-100300。（4）半导体PN结传感器是利用二极管的PN结正向电流和温度的关系，得到外加电压与温度的近似关系，也可利用晶体三极管基极与发射极之间的PN结的温度效应，测温范围为

7、-50200。感温传感器（5）集成温度传感器与上述几种传感器相比，它具有良好的线性度和一致性。由于它集传感部分、放大电路、驱动电路、信号处理电路等在一个芯片上，还具有体积小、使用方便的优点。它具有相对固定的性能参数，测温范围为-55150。随着集成温度传感器生产成本的降低，它将会取代其它温度传感器，在许多领域中得到广泛的应用 二、温度传感器的确定 集成温度传感器中，目前最常用的是AD590，它测量精度高，工作电压范围宽（430V），但它是电流输出型传感器，在与单片机接口时需要先把电流转换为电压，然后再把电压调整在05V范围内，最后再经过A/D转换送入单片机系统，相对造价比较高。PC616A型集

8、成温度传感器，它测量精度不高且测温范围较窄，但是它的片内运放可以工作于比较器状态，最后输出数字量，直接与单片机系统接口，节省了A/D转换和不少变换模块。所以，本系统中的感温传感器采用PC616A型号的集成温度传感器。PC616A型集成温度传感器的结构原理如图 PC616A型集成温度传感器结构原理图 三、PC616A型集成温度传感器电路原理图3.1.2 感烟传感器检测电路的设计（1）离子感烟传感器，它是由两片放射性物质镅（Am）源，构成检测电离室和补偿电离室，它可把物质燃烧初期产生的烟雾转换为电信号，构成火灾报警的传感器。（2）遮光式感烟传感器，在烟雾检测室内设有发光元件和受光元件，平时受光元件

9、接受到发光元件发出的一定光亮，而在火灾发生产生烟雾时，受光元件接受到的光量减少，经检测后报警。（3）散射光式感烟传感器，在检测室内装有发光元件和受光元件，由安装位置确定了在正常情况下，受光元件接收不到发光元件发出的光，当火灾发生产生烟雾时，使发光元件发射的光产生散射，从而被受光元件接收，使受光元件阻抗发生变化，产生光电流，将烟雾转换为电信号 感烟传感器的确定 光电感烟传感器原理 VD1、VD2为红外发光二极管，VD3为红外接收管，当它接收到VD1或VD2发出的红外光时，其阻值下降。VD1为自检管，VD2为工作管。VD1安装在与VD3相对的位置，它发出的光可直接被VD3接受，而VD2与VD3的方

10、向垂直，正常状态下VD3接收不到VD2发出的红外光，只有在检测室内充满烟雾时，由于烟雾的散射，VD3才能接收到VD2发出的红外光。VD1只有在接通系统的自检瞬间才工作，自检结束后，VD1停止工作，VD2开始工作。自检的过程就是由VD1发出的红外光代替被烟雾散射的红外光来测试系统的工作状态。光电感烟传感器电路原理图 红外线系统报警设计 如图3.5为红外发射部分1路电路图“555”时基集成电路A1与外围元件够成了自激多谐振荡器，其振荡频率为30KHZ，占空比为1：10。由A1输出的窄脉冲方波信号，经三极管VT1作电流放大后推动远距离聚光式发射头TLN911内部的红外发光管向外射出近似平行的红外脉冲

11、光束。由于VT1提供的是窄脉冲所以在红外光发光管的平均功率不超过器件的最大额定功率的情况下，可以使瞬间发射功率放大许多 红外发射电路红外接收电路 红外发射和接收原理用图3.7作为红外防盗接收电路，将图3.5电路作为红外发射的接收部分。接收电路A1KA555经过三极管在由TLN911发射出红外线，在经过红外接收电路的发光管接收红外光信号，发光管工作在脉冲方式下有较高的接收和较小的驱动电流。VD3将接收到的红外线防盗信号在转换成电压波动信号，在经过运算放大器LM234，在联入滤波器，主要是滤波防止干扰信号，然后在接电压跟随器，在构成被压检波电路，把接收到的交流信号转换成直流，在由比较器输出高电平，

12、经过与非门转换成低电平，然后在送入单片机。单片机控制系统的设计 本次设计中使用的单片机是89C51。89C51单片机是80C51单片机系列中的一种，而80C51单片机系列则是在MCS-51系列基础上发展起来的一种低功耗型单片机，采用先进CMOS 工艺制造，能与MCS-51系列单片机兼容。单片机控制系统设计其中89C51单片机性价比高，最主要的是易于掌握，有所了解。此设计部分以单片机为核心，接入了红外发射电路，红外接收电P1.2P1.3接入温度判断电路和发声器，当温度发生异常情况，温度过高的时候，单片机显示发出警报。P1.4P1.5接入烟雾判断电路和发声器，当烟雾浓度达到一定浓度的时候，单片机也

13、发出警报，温度和烟雾都达到火灾的要求的时候发出警报提醒人们，这样减少了误报的次数。此外单片机上还有震荡器和开关控制这样使防火防盗系统更加智能化。此设计的红外防盗系统也以单片机为核心，图（3.6）为红外发射电路，然后再由红外发光管，运算放大器，滤波器，射随器，比较器电路输出给单片机判断，当有人接入的时候红外线被阻挡，单片机上显示发出声音提示人们。单片机连有开关控制器和振荡器，单片机引角P1.0P1.7连有感温控制发声电路和感烟控制发声电路，当温度和烟雾都答到一定浓度的时候单片机上显示信号在控制发声器发出声音 单片机电路图 89C51的特性 89C51包含：128字节RAM，4K字节E2PROM，

14、4个8位并行I/O口，3个16位定时/计数器T0、T1（标准80C51）和增加的T2（捕获和比较），6个中断源、4个优先级嵌套中断结构，1个串行I/O口（可用于多机通信I/O 扩展或全双工UART），布尔处理器,存储器寻址范围64K字节ROM和64K字节RAM,12时钟模式时0到33MHz，以及片内振荡器。此外由于器件采用了静态设计可提供很宽的操作频率范围，时钟电路的两个工作频率范围6时钟模式时为0到20MHz。可实现两个由软件选择的节电模式：空闲模式和掉电模式。空闲模式冻结CPU，但RAM、定时器串口和中断系统仍然工作。掉电模式保存RAM 的内容，但是冻结振荡器导致所有其它的片内功能停止工作

15、。由于设计是静态的，时钟可停止而不会丢失用户数据。运行可从时钟停止处恢复，可通过外部中断唤醒 80C51单片机的内部逻辑结构 单片机是把那些作为控制应用所必需的基本器件都集中在一个尺寸有限的集成电路芯片上。它由如下功能部件组成：微处理器（CPU）、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式，但对各种功能部件的控制是采用SFR的集中控制方式 系统报警（1）当系统在自检过程中发现故障时，P1.3置低电平，催动扬声器发声，发故障报警；（2）当系统在工作过程中，检测

16、到烟雾过多的信号时，P1.4 置高电平，P1.5置低电平，晶闸管VT1导通，VT2截止，即SEL1端为“1”，SEL2端为“H”，则KD9561芯片发出警笛声，同时D3灯亮，发烟雾异常报警；（3）当系统在工作过程中，检测到温度超温的信号时，P1.4 置低电平，P1.5置高电平，晶闸管VT1截止，VT2导通，即SEL1端为“H”，SEL2端为“1”，则KD9561芯片发出机枪声，同时D4灯亮，发温度异常报警；（4）当系统在工作过程中同时检测到烟雾和温度信号时，P1.4、P1.5都置高电平，VT1、VT2同时导通，即SEL1、SEL2端都为“1”，则KD9561芯片发出消防车声，D3、D4同时点亮

17、，发火灾报警信号 系统声光报警电路图 集成稳压器简介集成稳压器简介 集成稳压器的基本原理是，尽管它的输入电压或负载有时会发生变化，但输出电压能保持不变。现代电子产品和高档家用电器都离不开它。目前集成稳压器中包括串联和并联调整管稳压器、开关稳压器、基准电压源、电压监视和保护电路等电源用集成电路。本系统中采用了CW7800和CW7900系列的集成稳压器，7800为三端固定正电压输出系列，7900为三端固定负电压输出系列。它们的输出电压一般分为5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V，共七个档次，它们型号的后两位数字就表示输出电压值。这类产品的封装只有三个管脚，即输入端、输出端和公共端。CW

18、7800系列和CW7900系列唯一不同的是引脚不同，CW7800的“1”端是输入端，“2”端是公共端“3”端是输出端。CW7900的“1”端是公共端，“2”端是输入端，“3”端是输出端。由于它们具有使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，目前在电子电路中得到了广泛的应用，已基本上代替了由分离元件组成的稳压电路。本系统中用到的稳压器本系统中用到的稳压器（1）CW7805：三端固定输出的5V稳压器。功能与用途：输出电压5V，最大负载电流1000mA，电路内部设置过流保护和芯片过热保护及调整管安全工作区保护电路等。在TTL系统中基本均使用该电路，输入电压最大20V，最小7V，典型输入电压为10V。主要电

19、参数：电压调整率7mV，电流调整率20mV，静态电流8mV，静态电流变化0.5mA，纹波抑制比63dB，输出噪声电压40V，输出电压温度变化率为1.0mV/。管脚功能：S1型为“1”输出“2”地“3”输入。本系统中用到的稳压器本系统中用到的稳压器 功能与用途：输出电压15V，电路内部设置过流保护和芯片过热保护及调整管安全工作区保护电路等。最大负载电流1.5A，最大输入电压35V，最小17V，典型输入电压为23V，它适合于需要15V直流电源的电子产品中。主要电参数：电压调整率21mV，电流调整率21mV，静态电流8mA，静态电流变化0.5mA，纹波抑制比53dB，输出噪声电压120V，输出电压温

20、度变化率1.5mV/。本系统中用到的稳压器本系统中用到的稳压器（3）CW7915：三端固定输出的15V稳压器。功能与用途：输出电压15V，最大15.6V，最小14.4V，电路内部设置过流保护和芯片过热保护及调整管安全工作区保护电路等。最大负载电流1.5A，最大输入电压30V，最小17V，典型输入电压为23V，它与CW7815可组成负载电流1.5A的15V电源。主要电参数：电压调整率21mV，电流调整率50mV，静态电流8mA，静态电流变化0.5mA，纹波抑制比53dB，输出噪声电压120V，输出电压温度变化率1.5mV/。管脚功能：S7型为“1”公共端“2”输入“3”输出5 系统电源电路原理图电路图致致 谢谢伴随着毕业设计的结束，我的大学生活也走向了尾声。毕业设计是对我大学四年中所学知识的最后一次考验，也是最具挑战性的一次考验。它为我以后走上工作岗位奠定了一个坚实的基础。首先要衷心感谢我的导师张洪臣副教授，感谢他对我的研究课题的指导，他给予了我亲切关怀和悉心指导。张洪臣老师严谨的治学态度、求实创新开拓进取的精神，都是我学习的榜样，并将使我受益终身。此外，向所有关心和帮助我的其他所有同学表示感谢，向评阅论文的老师表示感谢。