基于RE46C190的3V光电烟感器实现方案

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光电感烟器是目前消防中使用的主要探测器之一。传统的光电烟感器主要有两种实现方式：基于单片机的方案或者采用专用的ASIC方案。专用ASIC芯片由于集成度高，所需外围器件少而得以广泛应用。目前市场上通用的ASIC芯片一般采用9V供电，电池成本相对较高，同时大部分的芯片采用外围分离元件设置相关参数，生产调试成本也较为昂贵。Microchip针对光电烟感器推出的业界首款3V可编程光电烟感器芯片RE46C190，单片集成了烟雾探测和升压驱动功能，并具备可编程校准和多种工作模式，极大地简化了光电烟感器的研发和制造，同时该芯片功耗低，可使用单颗锂电池稳定工作达10年之久。
       
        光电感烟器是“主动”式探测器，其工作原理见图1.没有烟雾时，光电接收二极管不能直接接收到红外发光二极管发射的光信号，当有火灾发生时，烟雾扩散到探测器的迷宫之内会对红外发光二极管的发射光产生散射，从而使光电接收二极管能够接收到散射光信号，光信号的大小标志着烟雾浓度，也标志着火灾燃烧的程度。
       
       
       
        图1.光电烟感器原理
       
        烟感器主控芯片识别光电接收二极管的输出信号并将其放大，并保证当该信号达到一定强度即烟雾达到一定浓度时触发报警信号。图2所示为RE46C190的内部功能框图。其中，红外光电二极管的驱动电流、光电管放大器的放大倍数及积分时间常数、烟雾报警门限值、电池低电压报警门限值都可编程设定，给不同的设计提供了极大的便利。同时芯片还提供了报警声音选项、静音选项、十年到期报警选项、基线漂移校正选项等个性化功能设置，使得同一个设计可以适用于不同的产品系列。由于RE46C190采用3V供电，该器件内部还集成了升压控制器，用以提供蜂鸣器报警驱动所需要的电压。
       
       
       
        图2. RE46C190内部功能框图
       
        图3所示为采用RE46C190的光电式烟感器原理框图。该图中包含完整的光电二极管驱动、光电接收二极管信号处理、升压驱动、报警指示驱动及连网功能。该电路中包含两个状态指示LED驱动，其中RLED提供的驱动电流用于指示电池电压低、烟雾报警以及静音模式；GLED则用于指示报警寄存器状态，该功能用于连网时报警点的快速确认。
       
       
       
        图3.RE46C190原理框图
       
        RE46C190内置晶体振荡器及控制单元，待机模式每隔10s，升压电路将工作10 ms.在这10 ms结束之前，红外发射二极管将根据用户编程设定的时间工作100~400 s；同时红外光电管接收到的信号，转化为电信号在芯片内积分量化，并与芯片内部存储的限定值进行比较，以确定是否存在烟雾。如果检测到烟雾，系统将继续检测，连续三次检测到烟雾，系统将进入报警模式，升压电路将提供足够的驱动能力使蜂鸣器发出足够分贝的报警，同时IO管脚将被拉高。
       
        RE46C190提供了11种编程及测试模式，在不同的模式下可以分别对不同的参数进行编程设定，所有的配置字将存放在芯片内部的EEPROM中。
       
        整个电路的平均待机电流大概在8A左右，为了达到3V系统工作10年的要求，还需要考虑电池的内阻以及自放电率。通常情况下1500 mAh左右的电池即可满足该要求。
       
        结论
       
        RE46C190提供了3V光电烟感器的单片方案，芯片的可编程功能使系统设计非常灵活，并提供了一个设计满足不同产品需求的方案。