论文总字数：18140字

摘 要

在当下社会，人们对于电的需求无处不在，这就直接导致配电系统故障以及电器的不当使用对于人身以及财产安全威胁日益严重，而这两种威胁的主要原因是设备或者是线路的漏电流过大。而一体式电气火灾探测器就是在这种背景需求下应运而生的，一体式电气火灾探测器可以连续监测配电系统的漏电流以及温度，并能及时动作切断危险源。

本文首先介绍了电气火灾探测器的应用背景，并详细介绍了已有的探测器设计案例；接着描述了电气火灾探测器系统的相关基础知识，包括剩余电流的定义、剩余电流检测器的检测原理、温度传感器的介绍以及所使用的STM32F107VCT6单片机的介绍。最后进行了系统的硬件设计，包括电源模块、单片机模块、液晶显示模块、报警模块、传感器模块等硬件模块电路。设计的一体式电气火灾探测器的硬件电路工作正常，实现设计功能。

关键词：单片机　剩余电流　 探测器 硬件设计

Hardware Design of Integrated Electrical Fire Detector

Abstract

At present, people require electric power almost anywhere, which directly result in a problem, the problem is that people’s body and property is under more and more threat because of the error of power distribution system or the improper use of the electrical appliances, the main reason lead to that too large leak current flow through the equipment or the circuit. Integrated electrical fire detector is in response to the condition. Integrated electrical fire detector can monitor the leak current and temperature real-time, it also can cut off the hazards.

First, the article is to introduce the application background of residual current detector and give several examples about residual current detector. Then introduces the basic knowledge about electrical fire detector system, including the definition of residual current, the detection principle of residual current detector , the introduction of temperature sensor and the STM32F107VCT6 MCU is introduced. The last is hardware design, including power module, MCU module, keys module, LCD module, alarm module, sensor module. The hardware design of one-piece electrical fire detector works well and can realize its functions.

Key Words: MCU; Residual current; Detector; Hardware design

目　　录

摘　要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1概述 1

1.2电气火灾探测器的设计案例 1

1.3本设计的主要实现功能 5

第二章 系统基础知识 6

2.1剩余电流 6

2.2剩余电流探测器 6

2.3温度传感器 7

2.4 STM32F107VC单片机简介 9

2.4.1 STM32F107VC概述 9

2.4.2 STM32F107VC的AD转换 9

第三章 一体式剩余电流探测器的硬件设计 11

3.1硬件总体结构 11

3.2电源模块 12

3.2.1 电源模块芯片介绍 12

3.2.2电源电路 13

3.3 RS485通信模块 14

3.3.1 RS485通信新芯片介绍 14

3.3.2 RS485通信模块电路 15

3.4 按键模块 15

3.5 液晶显示模块 16

3.5.1 3.2寸TFT-LCD的介绍 16

3.5.2 液晶显示电路介绍 17

3.6 报警模块 17

3.7 单片机模块 18

3.7.1 STM32F107VC复位电路设计 19

3.7.2 JTAG调试设计 20

3.8 传感器模块 20

3.8.1 剩余电流传感器电路 20

3.8.2 温度传感器 21

3. 9 继电器模块 22

3.10 PCB图的设计 23

3.10.1 元件的布局基本遵循规则 23

3.10.2 PCB布线原则 24

3.10.3 PCB图的设计流程 24

3.10.4 PCB图的布局布线 24

第四章 系统调试 26

4.1 硬件电路板的焊接 26

4.2 电源模块的调试 27

4.3 电路板整体的调试 27

参考文献 30

致 谢 31

第一章 绪 论

1.1概述

近些年, 由于我国在经济建设上面的飞速发展、以及人们防火意识的日益增强和国家有关法律法规的健全和完善, 越来越多的公共场所、大型建筑, 尤其是用电设备极多、耗电功率特别大的大型建内筑都设置了电气火灾监控系统, 这些措施在发现电气火灾隐患, 预防电气火灾方面发挥了重要作用^[1]。目前，我国预防电气火灾的主要方法就是安装电气火灾监控系统。电气火灾监控系统（alarm and control system for electric fire prevention）作用是当被保护线路中的被探测参数值超过报警预设定值时，能发出声光报警并发出控制信号指示报警部位，它由电气火灾监控探测器、电气火灾监控设备组成^[2]。

随着社会对于电气火灾监控系统设备的需求日益加深，已经有越来越多不同型号的智能电气火灾探测设备的出现，但这些设计基本上就是大同小异，其主体思路是：当电气设备中的电流或温度等敏感参数发生异常或突变时,终端探测头(如剩余电流互感器、温度传感器等) 利用电磁感应原理或温度效应的变化对该信息进行采集, 并传输到探测器里, 经过AD调理电路后,CPU对变化的幅值进行与用户报警设定值进行比较、分析,一旦幅值超出报警设定值则发出报警信号,同时输送到监控设备中,经由监控设备进一步识别、判定,当确认可能会发生火灾时, 监控主机发出火灾声光报警信号，同时在液晶显示屏上显示火灾报警等信息。值班人员则根据以上显示的信息, 迅速到事故现场进行检查处理, 并将报警信息发送到集中控制台^[3]。本设计的大体设计思路也是按照这一方向走的，并参考了一些成品设计，下面就对所参考的几个成熟案例做简单介绍。

1.2电气火灾探测器的设计案例

1.湖南益阳职业技术学院设计的一种基于51核心单片机的剩余电流火灾探测器。

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