【应用】全球最节能的小封装微控制器EFM8SB10F8G-CSP16，实现烟雾报警器实时监测烟雾
新闻中经常看到各种火灾的发生，造成火灾的原因多种多样，例如电路短路、燃气使用不当等。根据消防部门的统计显示，在所有的火灾比例中，家庭火灾已经占到了全国火灾的30%左右。在现实生活中，很多家庭不懂安全常识引起火灾事故，而且一旦发生居民家庭火灾，处置不当、报警迟缓，非常容易造成人员伤亡。若在民用住宅中使用烟雾报警器，便可有效减少火灾所造成的严重损失。在火灾初期，物品因为燃烧不充分的情况下，往往会产生大量的烟雾，如果安装有效的烟雾探测器，便可以在第一时间内检测出室内烟雾浓度变化，发出本地报警，在火势还没有蔓延开的时候就可以告知人群及时的开启消防水阀，在火灾初期就能够及时控制火势，将危险扼杀在摇篮里。
烟雾探测器是首批物联网 (IoT) 设备之一。它们需要靠一块电池运行10年，无需频繁更换电池，可在断电期间正常工作。图1所示的是一个典型的现代烟雾报警器系统框图，它包括一块电池、多个DC/DC转换器，一个微控制器、射频通信电路、一个传感器（其架构可能多种多样）和一个压电蜂鸣器。在大多数报警器中，有源电路仅在0.05％的时间内对空气进行采样，这意味着系统在99.95％的时间内以静态模式运行。
图1 无线烟雾报警器系统设计框图
图2 无线烟雾报警器中模块的电流消耗示例值
烟雾报警器工作原理：当没有烟雾时，红外发射器发射的光不会被红外接收器接收。当烟雾的浓度达到一定值时，烟雾颗粒的散射将触发红外接收器。检测器每2秒检测一次烟雾，当烟雾浓度低于阈值时，MCU进入休眠模式（15kHz内部晶振模式工作）。当烟雾的浓度达到报警值时，烟雾报警器进入报警模式，LED灯闪烁和蜂鸣器鸣叫。由图2可知，在烟雾报警器模块中，MCU的功耗是电能的主要消耗渠道，对于该设备而言，降低能耗可以最大程度保证烟雾报警器实时监测空气中的烟雾状况、延长使用寿命。而MCU的存储容量、处理速度、无线性能、模拟电路、电源转换器和传感器等因素都会影响MCU的整体能耗。因此，在烟雾报警器的设计过程中，MCU的选型至关重要。
据此，本文推荐SILICON LABS全球最节能的小封装且功能全面的多用途 8 位微控制器——EFM8SB10F8G-CSP16，该器件构建于低功耗平台之上，适合任何电池供电的应用，非常适用于烟雾报警器等对功耗要求高的系统中；要选择低功耗微控制器，首先开发人员必须关注内核架构。EFM8SB10F8G-CSP16采用流水线式 8位 C8051 内核，大运行频率 25 MHz。该处理器经过优化，具有很低的功耗，不仅提高工作效率，和报警灵敏度（高处理速度）。
在内存容量方面，EFM8SB10F8G-CSP16的RAM容量最大为0.5kB，FLASH容量最大可达8KB。因此，EFM8SB10F8G-CSP16的内存相对来说比较高，其内存容量足够存储消费电子产品的数据信息，能够存储一定数量的烟雾报警信息，且兼具成本效益；其次，CPU的能耗大小在很大程度上取决于外设，因此开发人员需要考虑的另外一个是板载外设。EFM8SB10F8G-CSP16集成资源丰富，还提供了丰富的外设接口，包括I2C、UART、SPI，芯片集成了12位ADC和比较器，可用于烟雾传感器的模拟信号检测。进一步提升了烟雾报警器的设计集成度。
图3 微控制器功能框图
综上所述，家庭用烟雾报警器在普通家庭中的普及尤为重要，能够有效预防和消除火灾隐患。Silicon Labs提供的 8 位微控制器EFM8SB10F8G-CSP16以超低功耗、高处理速度、丰富的外设接口等优势，为烟雾报警器提供了理想的解决方案。世强作为Silicon Labs的代理商，不仅有性能优越的MCU，还可以提供烟雾报警器所需要的全部器件，包括高可靠性的无线收发器SI4438等，射功率高达 20dBm、接收灵敏度-124dBm，收发距离长，保证烟雾报警器在复杂室内环境下的正常使用。
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