论文总字数：14120字

摘 要

电气火灾事故频频发生，带来了严重的人员伤亡和经济损失。为了避免电气火灾引起的事故，需要设计一款电气火灾探测装置来对电气火灾信号提前检测。本系统设计了一套以C8051F020单片机为控制平台的剩余电流式电气火灾探测器，实现了在电气线路的前端对剩余电流的实时检测。当实时剩余电流值大于设定的标准值时，电气火灾探测器会发出声光报警信号、断路器断路输出信号。该探测器同时可以显示实时剩余电流，可以检测电气设备外部的温度和烟雾信号，以声光报警的形式进行报警，防止电气火灾的发生。

本文首先介绍了系统设计的整体方案，所设计的系统可以实现剩余电流报警、液晶显示、声光报警、按键切换、DI消防、自检等六大功能。其次，本文对剩余电流的产生原理做出了系统的解释，并且提出了剩余电流传感器的选型。

最后对整个系统做出了完整的设计。

关键词：电气火灾，C8051F020，剩余电流式电气火灾探测器

The hardware design of the electrical fire detector

ABSTRACT

The occurrence of electrical fire frequently in recently years . And it caused serious casualties and economic losses. In order to avoid accidents caused by electrical fires, to design a electrical fire detection devices to electrical fire signal detected in advance is necessary.

The system is designed with a C8051F020 microcontroller to control the platform of residual current electric firedetectors.It realizes the real-time detection of the residual current in thefront of the electrical line.Electricalfire detectorswillbe audiblealarmsignal and the circuit breaker trip outputs signal when the real-time residual current value is greater than the standard value set.The detectors can simultaneously displayreal-timeresidualcurrent and it can detect the electrical equipment outside temperature and smokesignals. It takes the form of soundand light alarm alarm to prevent electrical fires.

Firstly,this paper describes the system designofthe overall program and it can achieveresidualcurrentalarm,LCDdisplay,audiblealarm,keyswitch, DIfireandself-testfeatures six.Secondly,this papermade to explainthesystem for the principle ofthe residual currentgenerationandProposed selection of residual current sensor.And the paper has made whole design for the whole system.

Keywords: electrical fire, C8051F020, residual current electrical fire detector

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 概论 1

1.2 课题研究的现状及现有方案 1

1.3 课题研究的背景和意义 3

第二章 系统设计方案 4

2.1 系统总体方案设计 4

2.1.1 系统总体结构概述 4

2.1.2 系统功能模块构架 5

2.2 剩余电流 6

第三章 电气火灾探测器的硬件设计 8

3.1 C8051F020最小系统电路 8

3.1.1 C8051F020的特点 8

3.1.2 C8051F020引脚和功能 8

3.1.3 时钟电路 9

3.1.4 复位电路 10

3.1.5 JTAG调试电路 11

3.2 系统外围电路设计 12

3.2.1 剩余电流采集电路 12

3.2.2 AD转换电路设计 12

3.2.3 电源电路 13

3.2.4 液晶显示模块电路设计 14

3.2.5 拨码开关 15

3.2.6 光报警电路 16

3.2.7 声报警电路 17

3.2.8 DI输入检测电路 18

3.2.9 DO输出检测电路 19

3.2.10 RS485通讯电路 20

3.2.11 按键电路 21

总 结 22

参考文献 23

致 谢 24

附录：电气火灾探测器的原理图 25

第一章 绪论

1.1 概论

随着经济的发展，人们的生活越来越富裕，人们己悄悄的进入了电气时代，电虽然看不见摸不着但跟人们的生活紧密相关。放眼四周乃至整个社会，很多地方有着电气火灾隐患^【1】。针对这种情况，国家标准技术部己经专门制订了标准进行了规范。本文根据电气火灾监控系统最新标准GB 14827.3-200X第3部分的要求，设计了一款简易且精准的剩余电流式电气火灾探测器。

现如今，一些公共供电设备、输电设备、变压器设备因为电气线路老化或故障原因导致局部高温，在氧气充足的条件下产生自燃现象，甚至点燃周边的易燃物品，达到增加了电气火灾的可能性。还有一些个人或集体生活中不规范用电，导致电路短路、漏电故障而引起的电气火灾事件也是比比皆是。查阅大量的研究资料可知，因火灾造成的生命和经济损失比例极高，己排在所有电气火灾事件的前列^【2】。日常生活中，新闻媒体或者报纸上报道的火灾事件、人员触电事件也是随处可见。可以说，在经济快速发展的今天，人们生活质量快速提高的同时，高概率的火灾以及人员触电事件己经严重的威肋、到人们的生活，大大降低了人们的幸福指数。因为电气火灾事件带来的安全隐患日趋严重，许多国内外专家学者对电气火灾进行了专门研究，下文对目前国内及国外的研究状况做一个简单的阐述。

1.2 课题研究的现状及现有方案

在国内，当电气火灾发生时，首要的任务就是火灾发生原因的确定。这个过程需要相关部门的支持，经过现场状况询问和残留物质取样验证，才能初步确定电气火灾产生的原因。

一般来讲，要想找到电气火灾产生的原因，首要的任务就是确定起火点及其方位，然后通过检测燃烧残留物的形态来确定火灾发生的时刻，进而判断大火流动的方位及其蔓延方向，最终顺藤摸瓜，找到起火源头。不同的火灾现场，其燃

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