烟感探测器设计应用笔记

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。

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四、 硬件方案

1、

主要器件列表：

序器件名称 功能与特点 生产厂供应商 批量价 号 家

1 HT45R04E MCU,1KW,64RAM,13I/O,1-WDHOLTEK HOLTEK

T ；halt:3μA

2 HT7150-1 High input voltage (up to 24V) HOLTEK HOLTEK

ISS<6μA

3 HT358 FOUR OP AMP ，5μA LM

vishay 4 TSUS5201 红外发射管，950NM

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

红外接收管 运算放大 红外发射管 2EPROM 热敏电阻 MCU HT45R04E 通信总线 电源管理 第2页 共4页 HRH北京华荣汇资讯有限公司 www.foric.com.cn

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 接收一个完整命令： A/D程序：对传感 主程序： 1、 数据采集开始 器进行8次A/D转 1、 初始化寄存器 2、 红外发射管上电 换，存入相应寄存 器。 3、 A/D转换 2、 置I/O口 4、 数字滤波 3、 读E2PROM5、 调用通信程序，上 地址 传数据 6、 等待下一命令 4、 写计数器数字滤波：对两个初值 7、 执行相应命令 传感器信号进行5、 开中断 数字滤波 6、 休眠 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 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。

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(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60Ω，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。

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