【成功案例】 R7F0C901B型RL78内核MCU在智能新风机中实现更低功耗

时间： 2019-01-16 来源：Renesas

技术问答

近几年北方的雾霾一直困扰着国人，但这也直接促使新风净化行业的兴起和快速发展，同时随着科技的进步，人们对生活品质要求的提高，越来越多的家庭也开始安装新风系统，去除家里的PM2.5颗粒、甲醛甲苯、TVOC等有害物质，改善家里的空气质量。

本文就介绍一种使用RENESAS（瑞萨电子）的R7F0C901B型MCU作为主控芯片设计的智能新风机，本新风机主控系统通过处理粉尘传感器、温湿度传感器、CO2传感器的数据，根据相关的传感器数据，控制风机进行换气等操作，将系统运行状态数据显示在屏幕上，同时通过WiFi将相关的数据上传到云端，实现新风机的远程智能操作。本新风机系统构成如下图1所示：

图1 新风机系统构成框图

如上图1所示，本文使用R7F0C901作为主控芯片，主控芯片需要读取粉尘传感器、CO2传感器、温湿度传感器的数据，同时需要通过红外接收器获取用户遥控器的控制命令；在本新风机中，显示屏则采用LED显示屏，这种显示屏采用大量的贴片LED构成显示面板，同时集成电容触控按键所需的触控弹簧，在体积、显示效果、成本等方面比较适合用于新风机，显示屏实物如下图2所示。

图2 新风机显示屏实物图

传感器方面则选用GE出品的T6603-1型CO2传感器（PWM输出通讯），NIDS的SM-PWM-01A型粉尘传感器（PWM输出通讯），SENSIRION的SHT20型温湿度传感器（IIC通讯）；通讯模块则使用上海庆科的EMW3081型WiFi模块（UART通讯）；红外接收则采用常用的38kHz频率的红外接收管；除此之外我们还需要控制风机的运转，因此在选择主控芯片的时候就必须要求主控芯片能满足以上的接口要求，这里选用Renesas的R7F0C901型MCU，R7F0C901采用RL78内核，实现了高速处理性能和最低的功耗，具有1.6~5.5V的宽电压工作能力，可以提供最多3个简易I²C，最多3个UART (7-, 8-位元)，多功能16位定时器，满足-40~+80°C的工作环境温度，具体的组成模块框图如下图3所示。

图3 R7F0C901组成模块框图

确定以上选型器件之后，本新风机的主要器件选型已经完成，而本新风机的电源管理板与主控板是分开的，电源管理板集成电机驱动、AC-220V转DC-12V，电源管理板输出DC-12V给主控板（这里对电源管理板不做太多赘述），主控板上需要DC-5V和DC-3.3V两种供电电压，这里采用常规的78D05三端线性稳压芯片完成12V到5V的转换，然后采用常用的AMS1117-3.3芯片完成5V到3.3V的转换，至此完成新风机主控板的供电设计。

完成以上选型设计之后，就需要把显示屏驱动起来，显示屏采用7COM*16段的接口方式，直接使用MCU无法驱动所有LED，这里使用主控MCU来连接7个OC门电路之后再连接7COM端，而显示屏的16段位则需要增加扩展芯片才可以驱动起来，这里使用两片74HC595D级联起来驱动显示屏，这样就能完成显示屏的驱动；显示驱动电路如下图4所示。

图4 显示屏驱动电路

另外显示屏上集成了4个电容触控按键的触控弹簧，这里需要就需要一颗触控芯片来完成触控按键的设计，这里选用合泰的BS814A-2触控芯片，并设计如下图5的应用电路。

图5 电容触控按键电路

接下来只需要完成主控板与传感器连接接口、电源与电机接口、红外接收管、蜂鸣器、WiFi通讯模组这几部分电路，就可以完成新风机主控板的设计，这里对相关的接口电路就不再赘述，下图6为新风机控制板显示实物图。

图6 新风机控制板显示实物图

本新风机中可替换器件选型：

1、 SHT20温湿度传感器：可以替换成为诸如 SILICON LABS的SI7021型、TE的HTU20D(F)等型号，可以做到pin-pin兼容替换；

2、 SM-PWM-01A型粉尘传感器：可替换为KODENSHI公司的，激光粉尘传感器SPS-12CU，这个传感器相比本设计中使用的红外粉尘传感器，可以实现更高的检测精度；

3、红外接收管：推荐使用KODENSHI公司的PIC-A1804红外接收管；

选型器件参考：

R7F0C901型低功耗MCU选型参考：https://www.sekorm.com/doc/35412.html

SHT20型温湿度传感器选型参考：https://www.sekorm.com/news/45898358.html

SM-PWM-01A型粉尘传感器选型参考：https://www.sekorm.com/doc/1073400.html

78D05型三端线性稳压芯片选型参考: https://www.sekorm.com/doc/884762.html

AMS1117-3.3型LDO芯片选型参考：https://www.sekorm.com/doc/976726.html

74HC595D芯片选型参考：https://www.sekorm.com/doc/82081.html

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