無線煙霧報(bào)警器全方位設(shè)計(jì)大放送：主控+無線+傳感

本文分享一款火災(zāi)報(bào)警及自動(dòng)滅火系統(tǒng)解決方案，分別從主從控制MCU、無線收發(fā)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(zāi)事故時(shí)有發(fā)生，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成極大損失。因此自動(dòng)消防系統(tǒng)得到了黨和國家及社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及自動(dòng)滅火系統(tǒng)提出了越來越高的要求，同時(shí)對(duì)該系統(tǒng)的科學(xué)研究和發(fā)展完善也起到了巨大的推動(dòng)作用。

在此介紹一款火災(zāi)報(bào)警及自動(dòng)滅火系統(tǒng)解決方案，系統(tǒng)圖如下：

上圖為世強(qiáng)提供的火災(zāi)報(bào)警及自動(dòng)滅火系統(tǒng)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(qū)動(dòng)報(bào)警器或電磁繼電器，以達(dá)到對(duì)火災(zāi)預(yù)警或警示作用的一種報(bào)警器。其中世強(qiáng)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(fā)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(jī)來實(shí)現(xiàn)噴水處理，且主控部分還能發(fā)出報(bào)警顯示等功能。這就要求無線電波必須善于穿墻，同時(shí)無線鏈路預(yù)算盡可能高，接收靈敏度優(yōu)于-110dBm。無線煙霧報(bào)警器需要利用無線芯片將搭載煙霧報(bào)警信息的電磁波傳輸出去，低于1GHz的幾個(gè)常用無線頻段如315、433、868、915MHz都是比較合適的。

在此系統(tǒng)中用到世強(qiáng)代理的幾款芯片，它們的應(yīng)用特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)如下，也可登陸世強(qiáng)元件電商APP查找最全最新的資料：

世強(qiáng)代理的瑞薩MCU R5F117BCGFP：
R5F117BCGFP集成了豐富的模擬功能，包括運(yùn)算放大器、比較器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。該產(chǎn)品內(nèi)部集成了多達(dá)4路運(yùn)算放大器，在高速運(yùn)行模式下，其操作穩(wěn)定等待時(shí)間僅為13us，完全滿足一般模擬信號(hào)處理對(duì)速度的要求；外部配合簡(jiǎn)單的電阻、電容，即可完成對(duì)信號(hào)的放大、濾波等處理，節(jié)約了系統(tǒng)設(shè)計(jì)面積。

此外，R5F117BCGFP內(nèi)部還集成了分辨率高達(dá)17路12位的模數(shù)轉(zhuǎn)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(dāng)R5F117BCGFP為Operating模式，工作頻率為1MHz時(shí)，其功耗不超過150uA，可滿足大多數(shù)工業(yè)控制應(yīng)用中對(duì)功耗和速度的要求；且當(dāng)運(yùn)行頻率進(jìn)一步降低到15KHz時(shí)，其運(yùn)行功耗可以降低至6uA。而當(dāng)芯片在該工作頻率下，進(jìn)入Halt模式時(shí)其功耗不超過2uA?？傊?，R5F117BCGFP卓越的功耗表現(xiàn)能讓研發(fā)人員在工業(yè)控制應(yīng)用中更加得心應(yīng)手。

R5F117BCGFP片上資源豐富。代碼存儲(chǔ)空間最高可達(dá)32KB，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間達(dá)2KB，此外片上RAM最高達(dá)3KB，42個(gè)IO口。R5F117BCGFP工作環(huán)境溫度范圍為-40℃至+105℃。該款芯片集成片上電壓監(jiān)測(cè)器，可實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的工作電壓，提供高達(dá)12級(jí)量化指標(biāo)，當(dāng)系統(tǒng)供電異常時(shí)，可及時(shí)向用戶報(bào)告，預(yù)防意外的發(fā)生，該功能對(duì)于電池應(yīng)用尤其重要，可提前告知用戶電量不足。

Silicon Labs MCU EFM32WG230F256：
來自世強(qiáng)代理的Silicon Labs的EFM32WG230F256是一款基于Cortex-M4內(nèi)核的高性能32位處理器，速度可達(dá)48MHz，DSP架構(gòu)支持浮點(diǎn)單元運(yùn)算，程序的FLASH存儲(chǔ)空間有256/128/64 KB三種可選，RAM的空間為32KB，IO口可達(dá)56個(gè)，DMA有12通道；其外設(shè)反射系統(tǒng)(PRS)擁有12個(gè)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(chǔ)保護(hù)單元有多種功耗管理模式：在3V的關(guān)斷模式時(shí)，功耗可到20nA；在3V供電且?guī)TC功能關(guān)斷的模式下，功耗是0.4µA；在3V的停機(jī)模式時(shí)，RAM和CPU可保持功耗為0.65µA；3V深度睡眠模式下，功耗則為0.95µA。

無線收發(fā)芯片Si44xx：
在火災(zāi)報(bào)警及自動(dòng)滅火系統(tǒng)中，有兩個(gè)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(duì)更廣，還可覆蓋315MHz、868MHZ、915MHz。當(dāng)Si4463工作在169MHz，低速率500bps時(shí)，其接收靈敏度典型值為-129dBm，發(fā)射功率可做到20dBm，為客戶帶來非常高的鏈路預(yù)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(qiáng)代理的Epson高性能30MHz晶體，Ricoh電源芯片R1172和射頻開關(guān)UPG2214，搭配上對(duì)應(yīng)的匹配網(wǎng)絡(luò)，這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的無線模塊。

溫度傳感器SI7055：
Silicon Labs(美國芯科實(shí)驗(yàn)室)擁有非常豐富的溫濕度傳感器產(chǎn)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(yīng)用。數(shù)字溫度傳感器Si705X系列采用創(chuàng)新的信號(hào)處理和混合信號(hào)設(shè)計(jì)技術(shù)，具有高精度和業(yè)界領(lǐng)先的低功耗優(yōu)勢(shì)。其中，包括高性價(jià)比的溫度傳感器SI7055，其溫度采集精度在整個(gè)工作溫度和電壓范圍內(nèi)都可以保持± 0.5 ºC (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(yōu)勢(shì)，在1HZ采樣頻率下平均功耗只有195nA，而且采集精度可達(dá)14位分辨率；該產(chǎn)品的所有指標(biāo)在出廠前都進(jìn)行了工業(yè)校準(zhǔn)，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(jí)認(rèn)證。