【应用】基于光电式烟雾探测迷宫原理的烟雾报警探测器设计方案，采用R5F1177A微控制器丰富模拟集成、支持高温操作

时间： 2020-06-16 来源：世强

笔者设计的烟雾报警探测器设计采用光电式传感器方案，图1为光电式烟雾探测迷宫原理，当没有烟雾时，发射器发出的光将不会被接收器接收到；当烟雾进入传感器时，发射器（IR LED）发出的光被烟雾粒子扩散，并被接收器检测。接收器检测到烟雾时，就会触发Buzzer报警，并将报警信息通过无线的方式发送到报警中心。瑞萨的RL78/I1D系列微控制处理器具有丰富的模拟集成和支持高温操作，拥有超低功耗的技术，是理想的应用特定的解决方案，特别适合低功耗电池供电系统设计中。RL78/I1D的烟雾报警系统设计框图如图2所示：

图1 光电式烟雾报警器原理

图2 RL78/I1D烟雾报警器设计系统设计框图

结合原厂提供的一些设计参考，本方案选取了R5F1177A进行电池供电烟雾报警探测器设计，满足国标和EN设计规范。R5F1177A最大工作频率为24MHz, 电压供电范围为1.6~3.6V，具有Operating, HALT, STOP, SNOOZE四种模式，其中常温STOP模式静态电流典型值为0. 22uA，含有2KB RAM，2KB Data Flash，16KB Flash ROM资源。封装为24-pin plastic HWQFN (4 × 4 mm, 0.5 mm pitch), 管脚定义如图3所示：

图3 R5F1177A 管脚定义

R5F1177A集成了两路AMP, AMP0和AMP3, 所以接收器接收到的信号无需外加放大芯片，直接进入R5F1177A集成的两路AMP进行放大处理，烟雾探测部分的原理图参考设计如图4所示，系统采用CR123A电池供电，MCU与UART之间通过UART串口通信，R5F1177A的REGC pin推荐使用0.47~1uF电容与VSS相连，该设计中使用0.47uF电容。

为了节省功耗，R5F1177A系统大部分处于stop模式，然后软件周期性地唤醒去发射红外光和采集接收器的信号，通常采样周期为8s或者10s，每次IR LED使能时间大概为130us，当检测到烟雾时会连续使能IR LED发射和采集接收器的信号，若连续多次采集到的接收器信号超过一定的阈值，则发出报警信号。

图4 基于R5F1177A的烟雾报警器设计原理图参考设计

烟雾报警探测器设计的核心是烟雾迷宫的设计。结构和迷宫设计时要求要能检测到烟雾，同时能抑制环境光，要避免或减少灰尘和昆虫等进入烟雾迷宫造成的误报警。EMC设计时需要考虑接收管的抗干扰测试，需要加在接收管处加上屏蔽罩，如图5所示：

图5 烟雾探测报警器

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