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無線煙霧報警器全方位設計大放送:主控+無線+傳感

2017-05-05

  本文分享一款火災報警及自動滅火系統解決方案,分別從主從控制MCU、無線收發芯片、溫度傳感器幾大模塊為您推薦高性能的芯片。

  重大火災事故時有發生,給國家和人民的生命財產造成極大損失。因此自動消防系統得到了黨和國家及社會各界的廣泛關注,對火災自動報警及自動滅火系統提出了越來越高的要求,同時對該系統的科學研究和發展完善也起到了巨大的推動作用。

  在此介紹一款火災報警及自動滅火系統解決方案,系統圖如下:

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  上圖為世強提供的火災報警及自動滅火系統方案:該方案是利用煙氣傳感器和溫度傳感器配合微電子判斷電路驅動報警器或電磁繼電器,以達到對火災預警或警示作用的一種報警器。其中世強代理的SI7055溫度傳感器起到輔助的作用,該傳感器將采集到的信息傳遞給瑞薩MCU R5F117BCGFP,再由處理單元通過Silicon Labs的SI4438無線收發芯片傳輸給中繼的MCU EFM32WG230F256,中繼MCU則通過CAN總線把信息傳給主控部分的PC,主控部分再通過繼電器控制電機來實現噴水處理,且主控部分還能發出報警顯示等功能。這就要求無線電波必須善于穿墻,同時無線鏈路預算盡可能高,接收靈敏度優于-110dBm。無線煙霧報警器需要利用無線芯片將搭載煙霧報警信息的電磁波傳輸出去,低于1GHz的幾個常用無線頻段如315、433、868、915MHz都是比較合適的。

  在此系統中用到世強代理的幾款芯片,它們的應用特點與優勢如下,也可登陸世強元件電商APP查找最全最新的資料:

  世強代理的瑞薩MCU R5F117BCGFP:

  R5F117BCGFP集成了豐富的模擬功能,包括運算放大器、比較器、模數轉換器等。該產品內部集成了多達4路運算放大器,在高速運行模式下,其操作穩定等待時間僅為13us,完全滿足一般模擬信號處理對速度的要求;外部配合簡單的電阻、電容,即可完成對信號的放大、濾波等處理,節約了系統設計面積。

  此外,R5F117BCGFP內部還集成了分辨率高達17路12位的模數轉換器,采用寬電壓供電,其供電電壓范圍為1.6V~3.6V,通過降低供電電壓,可以有效降低芯片的功耗。R5F117BCGFP芯片具有四種工作模式,分別為Operating模式、Halt模式、Stop模式、Snooze模式。當R5F117BCGFP為Operating模式,工作頻率為1MHz時,其功耗不超過150uA,可滿足大多數工業控制應用中對功耗和速度的要求;且當運行頻率進一步降低到15KHz時,其運行功耗可以降低至6uA。而當芯片在該工作頻率下,進入Halt模式時其功耗不超過2uA。總之,R5F117BCGFP卓越的功耗表現能讓研發人員在工業控制應用中更加得心應手。

  R5F117BCGFP片上資源豐富。代碼存儲空間最高可達32KB,數據存儲空間達2KB,此外片上RAM最高達3KB,42個IO口。R5F117BCGFP工作環境溫度范圍為-40℃至+105℃。該款芯片集成片上電壓監測器,可實時監控系統的工作電壓,提供高達12級量化指標,當系統供電異常時,可及時向用戶報告,預防意外的發生,該功能對于電池應用尤其重要,可提前告知用戶電量不足。

  Silicon Labs MCU EFM32WG230F256:

  來自世強代理的Silicon Labs的EFM32WG230F256是一款基于Cortex-M4內核的高性能32位處理器,速度可達48MHz,DSP架構支持浮點單元運算,程序的FLASH存儲空間有256/128/64 KB三種可選,RAM的空間為32KB,IO口可達56個,DMA有12通道;其外設反射系統(PRS)擁有12個通道,還具備128位和256位的硬件AES加密功能,以及24和32位的RTC,可以在掉電的情況下切換到外部的備用電池供電。EFM32WG230F256的存儲保護單元有多種功耗管理模式:在3V的關斷模式時,功耗可到20nA;在3V供電且帶RTC功能關斷的模式下,功耗是0.4?A;在3V的停機模式時,RAM和CPU可保持功耗為0.65?A;3V深度睡眠模式下,功耗則為0.95?A。

  無線收發芯片Si44xx:

  在火災報警及自動滅火系統中,有兩個版本芯片供客戶選用。Si4463與Si4438,其中Si4438的工作頻段為425MHz到525MHz,而Si4463頻段相對更廣,還可覆蓋315MHz、868MHZ、915MHz。當Si4463工作在169MHz,低速率500bps時,其接收靈敏度典型值為-129dBm,發射功率可做到20dBm,為客戶帶來非常高的鏈路預算。其休眠功耗非常低,shutdown電流只有30nA,而standby電流也才40nA。再加上世強代理的Epson高性能30MHz晶體,Ricoh電源芯片R1172和射頻開關UPG2214,搭配上對應的匹配網絡,這樣就構成了一個完整的無線模塊。

  溫度傳感器SI7055:

  Silicon Labs(美國芯科實驗室)擁有非常豐富的溫濕度傳感器產品,其特征為高度可靠性、小型化、高集成度和無與倫比的易用性,適用于各種應用。數字溫度傳感器Si705X系列采用創新的信號處理和混合信號設計技術,具有高精度和業界領先的低功耗優勢。其中,包括高性價比的溫度傳感器SI7055,其溫度采集精度在整個工作溫度和電壓范圍內都可以保持± 0.5 ?C (max),工作電壓范圍為1.9到3.6V,工作溫度范圍在-40到+125之間。SI7055擁有低功耗的優勢,在1HZ采樣頻率下平均功耗只有195nA,而且采集精度可達14位分辨率;該產品的所有指標在出廠前都進行了工業校準,采用3x3mm的DFN封裝,可大大降低PCB布板的空間,并通過了AEC-Q100汽車級認證。


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