|
|
烟感探测器设计应用笔记
一、 概述
1、项目目的和作用：
目前及今后相当长的一段时间内，最受用户欢迎的是价格相对低廉而可靠
性又高的火灾探测报警系统,而消防厂家多采用MICROCHIP 公司的MCU 芯片，
包括PIC16C711，PIC16C712，PIC16F630，PIC16F676 等，信号传输上基本上
采用无极性二总线，在总线上传输数据有功耗要求，这样烟感探测器的设计重点
是成本和功耗。
做为台湾HOLTEK 公司的华北最大代理商，HOLTEK 公司的MCU 有绝对的价格
优势，如果用HOLTEK 公司的一款MCU 设计烟感探测器，必然给消防厂家降低了
产品成本，增加了竞争优势，这就是我们考虑做这一方案的原因。
2、工作原理概况介绍
烟感感温复合防火探测器有两个传感器，其中感烟传感器根据光在烟雾颗粒
中散射，使接收端信号变化来达到预防火警的目的，而感温传感器是根据着火时
会升温，通过感测温度异常来预报火警，两个传感器结合起来构成复合防火探测
器，MCU 采集前端传感器信号，A/D 转换、经过数据滤波算法后决定是否上传报
警信息,并上传烟雾浓度和温度。系统采用数字信号传输方式，下传采用电压信
号，上传用4-20mA 电流环。
二、 需求分析
1、工作电压：24VDC，允许范围18-27VDC
2、感烟、感温两种探测方式
3、要有可靠的探测算法
4、主控制器通过二总线循检探测器，有警3 秒内上传
5、静态功耗要求＜500μA，工作模式：＜4mA
6、探测器采用电子编码,采用编址器方式
7、工作环境：-10℃～+50℃，≤95%RH 不结露
8、灵敏度：
感烟：Ⅰ级0.23 dB/m，Ⅱ级0.38dB/m，Ⅲ级0.55dB/m；
感温：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级均满足GB 4716-1993 响应时间要求，动作温度
分别为57℃，61℃和65℃；
三、 总体设计思路
根据性能价格考虑，选择HT45R04E 做为烟感控制芯片。HT45R04E 内嵌
EEPROM，单一芯片可满足要求。MCU 主要是数据采集和通讯。数据采集用AD 口
实现，通信接收用IO 口中断，发送用普通IO 实现。
第2 页 共4 页
四、 硬件方案
1、 主要器件列表：
序
号
器件名称 功能与特点 生产厂
家
供应商 批量价
1 HT45R04E MCU,1KW,64RAM,13I/O,1-WD
T ；halt:3μA
HOLTEK HOLTEK
2 HT7150-1 High input voltage (up to 24V)
ISS<6μA
HOLTEK HOLTEK
3 HT358 FOUR OP AMP ，5μA LM
4 TSUS5201 红外发射管，950NM
vishay
5 BPV10NF 红外接收管，950NM vishay
6 其它器件
7 PCB 双面板
合计
2、 设计说明
(1)选择HOLTEK 的HT45R04E 做为系统控制器，1K 程序存储器，带A/D
转换，为降低功耗，采用低晶体振荡器455KHZ。
(2)电源部分：用HT7150-1 , 5V 稳压输出给系统供电。
(3)数据存储器:HT45R04E 内嵌EEPROM
(4)采用运放LM358，能通过电源可控满足系统低功耗的要求。
(5)传感器：烟感用红外发射接收管TSUS52101 和TBPV10NF，感温用热
敏电阻103AT。
(6)通信电路由运放和分立元件组成,采用单运放电压比较器，来接收下
传电压信号;用运放和三极管组成4-20mA 电流环驱动电路。
(7)所有器件均采用表贴封装,用双面PCB。
(8) 整机功耗:从器件列表中可以看到:所选器件都为低功耗器件,只
有红外发射管功耗大，供电可控制；
功能结构图
MCU
HT45R04E
红
外
接
收
管
运
算
放
大
电源管理
E2PROM
热敏电阻
红外发射管 通信总线
第3 页 共4 页
五、 软件方案
a) 概述：因为烟感探测器的主要功能是完成数据采集和上传，所以软件主
要设计是A/D 转换、数字滤波，和无极性二总线通信。
b) 软件模块划分
3、总线通信协议
(1)、物理层：上传采用4-20mA 电流环，能达到更远的传输距离;下传采用
电压信号，控制器对总线电压进行控制来实现数字信号传输。
A、信号电平和位表示
下传：信号电平：24V＝1，12V＝0
位表示：只下传一个脉冲
脉冲宽度：1mS
上传：信号电平：有电流为＝1，无电流为＝0
位表示：1： 0：
周期确定 ：T=400μS
电流环：4-20mA 电流环，波特率：5Kbps
B、传输媒体：多芯铜质双绞线，线径＝1.5 mm2,传输1500 米,导线总电阻
低于60Ω，18V 以上总线电压。
(2)、传输层：
（1）、帧长度：
下传：8 位地址+4 位数据
上传17 位：8 位数据+1 位报警位.
（2）、传输速率：5Kbps
（3）、应答：对连贯的报文应答
（4）、校验：无校验位，16次没有响应则报探头故障。
主程序：
1、 初始化寄
存器
2、 置I/O 口
3、 读
E2PROM
地址
4、 写计数器
初值
5、 开中断
6、 休眠
接收一个完整命令：
1、 数据采集开始
2、 红外发射管上电
3、 A/D 转换
4、 数字滤波
5、 调用通信程序，上
传数据
6、 等待下一命令
7、 执行相应命令
A/D 程序：对传感
器进行8 次A/D 转
换，存入相应寄存
器。
数字滤波：对两个
传感器信号进行
数字滤波
无极性二总线通
信程序：包括发
送数据和接收命
令。
I2C 通信程序:读
写E2PROM
第4 页 共4 页
(3)、通信协议方案
总线电流电压分析：因为24V 供电，允许波动范围：18-27V，总线电阻60
Ω，总线下传数据，低电平为电压下降50%，18V-12V＝6V，未端节点允许下降
6V，6/60＝100mA，按200 节点计算，每节点＜500μA。
目前厂家循检方式：所有节点处于接收状态，主机按顺序发送地址码和控制
数据， 节点收到地址， 判断是自己的地址则动作， 否则不予理睬。
探测器不休眠。如果探测器功耗＜500μA，则可挂200 只，如为800μA，则
挂127 只。
指令集
序号 命令 说明
1 1
2 2
3 3
4 4
六、结语
采用HOLTEK 的HT45R04E 单片机做的感烟探测器方案，经过我们大量
的实验和HOLTEK 公司FAE 的支持下，证明是实际可行的，我们为消防厂
家提出一种节约成本的新方案，希望消防厂家能从我们的方案中获益。
网上下载的看看对你有没有有帮助,有PDF文档不知如何上传 |
|
[复制链接]
发表于 2008-6-30 00:41:17