基于微控制器的無線煙霧報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在火災(zāi)初期，物品因?yàn)槿紵怀浞值那闆r下，往往會產(chǎn)生大量的煙霧，如果安裝有效的煙霧探測器，便可以在第一時(shí)間內(nèi)檢測出室內(nèi)煙霧濃度變化，發(fā)出本地報(bào)警，從而在火勢還沒有蔓延開的情況下告知人群及時(shí)地開啟消防水閥，在火災(zāi)初期就能夠及時(shí)控制火勢，將危險(xiǎn)扼殺在搖籃里。

煙霧探測器是首批物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備之一，它們靠一塊電池運(yùn)行10年，無需頻繁更換電池，可在斷電期間正常工作。

下圖所示的是一個典型的現(xiàn)代煙霧報(bào)警器系統(tǒng)框圖，它包括一塊電池、多個DC/DC轉(zhuǎn)換器，一個微控制器、射頻通信電路、一個傳感器(其架構(gòu)可能多種多樣)和一個壓電蜂鳴器。在大多數(shù)報(bào)警器中，有源電路僅在0.05%的時(shí)間內(nèi)對空氣進(jìn)行采樣，這意味著系統(tǒng)在99.95%的時(shí)間內(nèi)以靜態(tài)模式運(yùn)行。

無線煙霧報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框

煙霧報(bào)警器工作原理：當(dāng)沒有煙霧時(shí)，紅外發(fā)射器發(fā)射的光不會被紅外接收器接收。當(dāng)煙霧的濃度達(dá)到一定值時(shí)，煙霧顆粒的散射將觸發(fā)紅外接收器。檢測器每2秒檢測一次煙霧，當(dāng)煙霧濃度低于閾值時(shí)，MCU進(jìn)入休眠模式(15kHz內(nèi)部晶振模式工作)。當(dāng)煙霧的濃度達(dá)到報(bào)警值時(shí)，煙霧報(bào)警器進(jìn)入報(bào)警模式，LED燈閃爍和蜂鳴器鳴叫。

在煙霧報(bào)警器模塊中，MCU的功耗是電能的主要消耗渠道，對于該設(shè)備而言，降低能耗可以最大程度保證煙霧報(bào)警器實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣中的煙霧狀況、延長使用壽命。而MCU的存儲容量、處理速度、無線性能、模擬電路、電源轉(zhuǎn)換器和傳感器等因素都會影響MCU的整體能耗。因此，在煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)過程中，MCU的選型至關(guān)重要。

本文提到海速芯的8位微控制器TM52FE8276作為煙霧報(bào)警器的主控芯片，該器件非常適用于煙霧報(bào)警器等對功耗要求高的系統(tǒng)中。

TM52FE8276是一個新的、快速的8051架構(gòu)，與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)8051指令集完全兼容的8位單片機(jī)，并保持了8051外圍的功能模塊。通常情況下，TM52執(zhí)行指令，比傳統(tǒng)的8051架構(gòu)快六倍。

TM52FE8276大運(yùn)行頻率16MHz，該處理器經(jīng)過優(yōu)化具有很低的功耗，提高工作效率和報(bào)警靈敏度(高處理速度)。

在內(nèi)存容量方面，TM52FE8276的SRAM容量最大為1024字節(jié)，F(xiàn)LASH容量最大可達(dá)16KB。因此，TM52FE8276的內(nèi)存相對來說比較高，其內(nèi)存容量足夠存儲消費(fèi)電子產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息，能夠存儲一定數(shù)量的煙霧報(bào)警信息，且兼具成本效益;

其次，CPU的能耗大小在很大程度上取決于外設(shè)，因此開發(fā)人員需要考慮的另外一個是板載外設(shè)。TM52FE8276集成資源豐富，還提供了豐富的外設(shè)接口，包括I2C、UART、SPI，芯片集成了12位ADC，可用于煙霧傳感器的模擬信號檢測，進(jìn)一步提升了煙霧報(bào)警器的設(shè)計(jì)集成度。

微控制器功能框圖

綜上所述，家庭用煙霧報(bào)警器在普通家庭中的普及尤為重要，能夠有效預(yù)防和消除火災(zāi)隱患。海速芯提供的8位微控制器TM52FE8276以低功耗、高處理速度、豐富的外設(shè)接口等優(yōu)勢，為煙霧報(bào)警器提供理想的解決方案。

審核編輯：湯梓紅