光電感煙器是目前消防中使用的主要探測(cè)器之一。傳統(tǒng)的光電煙感器主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式：基于單片機(jī)的方案或者采用專用的ASIC方案。專用ASIC芯片由于集成度高，所需外圍器件少而得以廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)上通用的ASIC芯片一般采用9V供電，電池成本相對(duì)較高，同時(shí)大部分的芯片采用外圍分離元件設(shè)置相關(guān)參數(shù)，生產(chǎn)調(diào)試成本也較為昂貴。Microchip針對(duì)光電煙感器推出的業(yè)界首款3V可編程光電煙感器芯片RE46C190，單片集成了煙霧探測(cè)和升壓驅(qū)動(dòng)功能，并具備可編程校準(zhǔn)和多種工作模式，極大地簡(jiǎn)化了光電煙感器的研發(fā)和制造，同時(shí)該芯片功耗低，可使用單顆鋰電池穩(wěn)定工作達(dá)10年之久。
光電感煙器是“主動(dòng)”式探測(cè)器，其工作原理見圖1。沒有煙霧時(shí)，光電接收二極管不能直接接收到紅外發(fā)光二極管發(fā)射的光信號(hào)，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，煙霧擴(kuò)散到探測(cè)器的迷宮之內(nèi)會(huì)對(duì)紅外發(fā)光二極管的發(fā)射光產(chǎn)生散射，從而使光電接收二極管能夠接收到散射光信號(hào)，光信號(hào)的大小標(biāo)志著煙霧濃度，也標(biāo)志著火災(zāi)燃燒的程度。
圖1.光電煙感器原理
煙感器主控芯片識(shí)別光電接收二極管的輸出信號(hào)并將其放大，并保證當(dāng)該信號(hào)達(dá)到一定強(qiáng)度即煙霧達(dá)到一定濃度時(shí)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。圖 2所示為RE46C190的內(nèi)部功能框圖。其中，紅外光電二極管的驅(qū)動(dòng)電流、光電管放大器的放大倍數(shù)及積分時(shí)間常數(shù)、煙霧報(bào)警門限值、電池低電壓報(bào)警門限值都可編程設(shè)定，給不同的設(shè)計(jì)提供了極大的便利。同時(shí)芯片還提供了報(bào)警聲音選項(xiàng)、靜音選項(xiàng)、十年到期報(bào)警選項(xiàng)、基線漂移校正選項(xiàng)等個(gè)性化功能設(shè)置，使得同一個(gè)設(shè)計(jì)可以適用于不同的產(chǎn)品系列。由于RE46C190采用3V供電，該器件內(nèi)部還集成了升壓控制器，用以提供蜂鳴器報(bào)警驅(qū)動(dòng)所需要的電壓。
圖2. RE46C190內(nèi)部功能框圖
圖3所示為采用RE46C190的光電式煙感器原理框圖。該圖中包含完整的光電二極管驅(qū)動(dòng)、光電接收二極管信號(hào)處理、升壓驅(qū)動(dòng)、報(bào)警指示驅(qū)動(dòng)及連網(wǎng)功能。該電路中包含兩個(gè)狀態(tài)指示LED驅(qū)動(dòng)，其中RLED提供的驅(qū)動(dòng)電流用于指示電池電壓低、煙霧報(bào)警以及靜音模式；GLED則用于指示報(bào)警寄存器狀態(tài)，該功能用于連網(wǎng)時(shí)報(bào)警點(diǎn)的快速確認(rèn)。
圖3.RE46C190原理框圖
RE46C190內(nèi)置晶體振蕩器及控制單元，待機(jī)模式每隔10s，升壓電路將工作10 ms。在這10 ms結(jié)束之前，紅外發(fā)射二極管將根據(jù)用戶編程設(shè)定的時(shí)間工作100~400 s；同時(shí)紅外光電管接收到的信號(hào)，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)在芯片內(nèi)積分量化，并與芯片內(nèi)部存儲(chǔ)的限定值進(jìn)行比較，以確定是否存在煙霧。如果檢測(cè)到煙霧，系統(tǒng)將繼續(xù)檢測(cè)，連續(xù)三次檢測(cè)到煙霧，系統(tǒng)將進(jìn)入報(bào)警模式，升壓電路將提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力使蜂鳴器發(fā)出足夠分貝的報(bào)警，同時(shí)IO管腳將被拉高。
RE46C190提供了11種編程及測(cè)試模式，在不同的模式下可以分別對(duì)不同的參數(shù)進(jìn)行編程設(shè)定，所有的配置字將存放在芯片內(nèi)部的 EEPROM中。
整個(gè)電路的平均待機(jī)電流大概在8A左右，為了達(dá)到3V系統(tǒng)工作10年的要求，還需要考慮電池的內(nèi)阻以及自放電率。通常情況下1500 mAh左右的電池即可滿足該要求。
結(jié)論
RE46C190提供了3V光電煙感器的單片方案，芯片的可編程功能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常靈活，并提供了一個(gè)設(shè)計(jì)滿足不同產(chǎn)品需求的方案。 |
