基于RE46C190的3V光電煙感器實現方案

光電感煙器是目前消防中使用的主要探測器之一。傳統的光電煙感器主要有兩種實現方式：基于單片機的方案或者采用專用的ASIC方案。專用ASIC芯片由于集成度高，所需外圍器件少而得以廣泛應用。目前市場上通用的ASIC芯片一般采用9V供電，電池成本相對較高，同時大部分的芯片采用外圍分離元件設置相關參數，生產調試成本也較為昂貴。Microchip針對光電煙感器推出的業界首款3V可編程光電煙感器芯片RE46C190，單片集成了煙霧探測和升壓驅動功能，并具備可編程校準和多種工作模式，極大地簡化了光電煙感器的研發和制造，同時該芯片功耗低，可使用單顆鋰電池穩定工作達10年之久。

光電感煙器是“主動”式探測器，其工作原理見圖1.沒有煙霧時，光電接收二極管不能直接接收到紅外發光二極管發射的光信號，當有火災發生時，煙霧擴散到探測器的迷宮之內會對紅外發光二極管的發射光產生散射，從而使光電接收二極管能夠接收到散射光信號，光信號的大小標志著煙霧濃度，也標志著火災燃燒的程度。



圖1.光電煙感器原理

煙感器主控芯片識別光電接收二極管的輸出信號并將其放大，并保證當該信號達到一定強度即煙霧達到一定濃度時觸發報警信號。圖2所示為RE46C190的內部功能框圖。其中，紅外光電二極管的驅動電流、光電管放大器的放大倍數及積分時間常數、煙霧報警門限值、電池低電壓報警門限值都可編程設定，給不同的設計提供了極大的便利。同時芯片還提供了報警聲音選項、靜音選項、十年到期報警選項、基線漂移校正選項等個性化功能設置，使得同一個設計可以適用于不同的產品系列。由于RE46C190采用3V供電，該器件內部還集成了升壓控制器，用以提供蜂鳴器報警驅動所需要的電壓。



圖2. RE46C190內部功能框圖

圖3所示為采用RE46C190的光電式煙感器原理框圖。該圖中包含完整的光電二極管驅動、光電接收二極管信號處理、升壓驅動、報警指示驅動及連網功能。該電路中包含兩個狀態指示LED驅動，其中RLED提供的驅動電流用于指示電池電壓低、煙霧報警以及靜音模式；GLED則用于指示報警寄存器狀態，該功能用于連網時報警點的快速確認。



圖3.RE46C190原理框圖

RE46C190內置晶體振蕩器及控制單元，待機模式每隔10s，升壓電路將工作10 ms.在這10 ms結束之前，紅外發射二極管將根據用戶編程設定的時間工作100~400 s；同時紅外光電管接收到的信號，轉化為電信號在芯片內積分量化，并與芯片內部存儲的限定值進行比較，以確定是否存在煙霧。如果檢測到煙霧，系統將繼續檢測，連續三次檢測到煙霧，系統將進入報警模式，升壓電路將提供足夠的驅動能力使蜂鳴器發出足夠分貝的報警，同時IO管腳將被拉高。

RE46C190提供了11種編程及測試模式，在不同的模式下可以分別對不同的參數進行編程設定，所有的配置字將存放在芯片內部的EEPROM中。

整個電路的平均待機電流大概在8A左右，為了達到3V系統工作10年的要求，還需要考慮電池的內阻以及自放電率。通常情況下1500 mAh左右的電池即可滿足該要求。

結論

RE46C190提供了3V光電煙感器的單片方案，芯片的可編程功能使系統設計非常靈活，并提供了一個設計滿足不同產品需求的方案。