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采用ADPD188BI的烟雾探测参考设计

贸泽电子 2021-05-18 17:16 次阅读

01 烟雾探测器新标准

在商场、宾馆、住宅等场所的天花板上随处可见烟雾探测器的白色身影。烟雾探测器内置有烟雾传感装置,能够探测火灾产生的烟雾并发出警报。目前市面上存在两种类型的烟雾传感器—电离型和光电型。

电离型产品使用放射性物质使空气电离并检查电荷不平衡状态来报警。光电型产品使用光电探测器向某个角度发射光源,光从空气颗粒反射到光电二极管,在光电探测器中产生可以被检测的电流。两种方案各有优缺点,安全可靠的做法当然是使用两种类型的组合解决方案。其实光电烟雾探测器在检测普通房屋火灾时更可靠,并且对阴燃火灾的响应时间更快,所以光电式更加受欢迎且足以胜任大部分火灾检测情况。自1970年代以来,烟雾探测器的技术和法规几乎没变。新修订的标准,例如由美国保险人实验室(UL)发布的新的修订标准也只是对现代烟雾探测器设计提出了更复杂的要求;ANSI/UL-217和ANSI/UL-268,或者由国家消防机构(NFPA)发布的NFPA 72国家火灾报警规范,都旨在通过对现代烟雾探测器设计提出更复杂的要求来解决这些差距。

例如,除了传统的火灾和烟雾敏感度测试外,最新版本的UL-217标准现在还要求烟雾探测器在烹饪等过程中不要产生令人讨厌的误报。因此,现代烟雾探测器必须能够区分烹饪和火灾。传统上,这需要结合多种传感器技术和一定水平的人工智能算法,解决方案听上去有些复杂,但是ADPD188BI的出世极大地简化了解决方案。

02 采用ADPD188BI的烟雾探测参考设计

ADPD188BI光学模块是一套专门进行烟雾探测的完整光电测量系统。CN0537 UL-217烟雾探测器参考设计用于演示烟雾/火灾检测应用中ADPD188BI集成光学模块的使用情况。使用ADPD188BI代替传统的分立式烟雾探测器电路可大大简化设计,因为光电元件(由两个LED和两个光电探测器组成)和模拟前端(AFE)已集成到同一个封装中。该模块尺寸只有3.8mm x 5mm x 0.9mm,高性能AFE提供了高环境光抑制能力,并能够降低功耗以延长电池寿命。

由于烟雾探测器经常用于电池供电设备,因此参考设计可最大限度地减少传感器所需的数据以及每次确定报警所需的计算量。该设计使ADPD188BI能够输出较少数据,从而降低功耗,缩短微控制器的功耗周期。两个LED有助于减少蒸汽和灰尘引起的误报。这些器件采用定制化封装,来防止光线未通过烟雾检测室而从LED直接射入光电二极管。

图2-3所示是ADI推出的基于ADPD188BI光学模块的UL-217标准烟雾探测器参考设计电路。图2是CN-0537参考设计的功能框图。图3是参考设计开发板—EVAL-CN0537-ARDZ。

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图2:CN-0537功能框图(图源:ADI/)

ADPD188BI可以通过SPI接口I2C接口与外部设备通信;EVAL-CN0537-ARDZ开发板上预留了这两种接口,短接JP1、JP2使用I2C通信,短接JP1-JP6使用SPI通信,板子默认是SPI接口通信的。

在烟室内靠近ADPD188BI的位置有一片温湿度传感器SHT30。ADPD188BI的全环响应受环境温度影响很大,为了确定相对响应的值,需要有实时测量环境温度的能力。温湿度传感器监视腔室内ADPD188BI旁边的状况,从而在算法中对ADPD188BI输出作温度补偿。

开发板上还集成了一个蜂鸣器、一个指示灯和一个用户按键。为了方便快速地进行原型开发,该设计与Arduino尺寸控制器平台兼容,外部控制器可将Arduino引脚配置为SPI或I2C接口读取ADPD188BI数据。EVAL-CN0537-ARDZ设计结构说明如图6所示。

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图6:EVAL-CN0537-ARDZ设计结构说明(图源:ADI )该参考设计方案还提供了包括用于烟雾检测的自定义算法,该算法针对新ANSI/UL-217第八版标准中指定的烟雾和火灾测试进行了评估。

下面我们使用EVAL-CN0537-ARDZ提供的”烟雾检测示例“,搭配ADI EVAL-ADICUP3029开发板来测试一下该方案。

03 测试方案

硬件准备

EVAL-CN0537-ARDZ

EVAL-ADICUP3029

MicroSD卡

MicroUSB数据线

带有USB接口的PC

软件准备

ADuCM3029_demo_cn0537.hex

硬件连接

将EVAL-CN0537-ARDZ开发板通过Arduino接口的排针与EVAL-ADICUP3029开发板连接。

EVAL-CN0537-ARDZ开发板上有MicroSD接口,插入一个MicroSD卡用于存储采样数据。

使用MicroUSB数据线连接EVAL-ADICUP3029开发板的USB口和PC,由于EVAL-ADICUP3029板上有调试器,因而在电脑上会显示一个名为DAPLink的U盘,这是ARM Mbed生态下的一款开源调试器,除了可以下载调试MCU之外,还自带了虚拟串口功能,MCU可以通过虚拟串口向PC终端打印字符。

演示示例

EVAL-CN0537-ARDZ评估套件提供了一个极具参考价值的烟雾检测示例,该示例可以实现传感器数据读取、显示、算法处理、数据存储、简单的人机交互等多种功能。首先我们前往下载链接,点击“Smoke detector demo .hex file and copyrights”下载aducm3029_demo_cn0537_hex.zip文件。解压后有两个文件:ADuCM3029_demo_cn0537.hex文件和README文件。将ADuCM3029_demo_cn0537.hex文件拖入DAPLink U盘,这时调试器会自动将程序下载到EVAL-ADICUP3029板上。该示例使用串口终端显示数据和交互我们打开putty,配置port为DAPLink的COM号,波特率设为115200,注意一定要勾选Implicit CR in every LF和Implicit LF in every CF

打开显示终端窗口。按下EVAL-ADICUP3029板上的RESET按键,程序复位重启后,显示如图9所示:

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图9:演示示例的软件交互

该演示程序可以通过输入字符进行交互。输入 “h” 可以查看所有功能。我们输入“s”,这时开启烟雾检测功能,并每隔1s读取一次检测值。

当点燃一支香烟靠近烟室时,系统会检测到火灾事件并报警提示,同时在终端中打印“--- ALARM RAISED”,板上蜂鸣器开始响,蓝色的LED会亮。按下EVAL-CN0537-ARDZ开发板上的S1按键,可以消除警报。

当我们使用喷雾装置对板子喷雾时,系统并不会报警。可见,该参考设计可以区分出烟火和雾气,减少误报,提高了火灾报警的精度,而这正是UL-217标准中要求的减少误报。

04 ADPD188BI检测原理

在上面的测试中,该套件提供的方案能实现烟雾检测报警的功能,这都是ADPD188BI的功劳。

为了执行烟雾检测,ADPD188BI利用双波长技术:两个集成的LED发出两种不同波长的光;一个在470nm(蓝光)下,另一个在850nm(红外光)下。这些LED在两个独立的时隙中被脉冲化,并且传输的光被空气中的颗粒物散射回设备上。

然后,两个集成的光电探测器接收散射的光并产生成比例的输出电流,该电流在AFE内转换成数字代码。假设LED光功率保持恒定,则ADPD188BI输出值随时间的增加表明空气中颗粒的增加或积聚。UL-217标准要求检测器在特定的时间窗口和遮蔽范围内对不同类型的火灾和烟雾做出响应。

此算法是为ADPD188BI传感器阵列专门设计的,旨在根据UL-217规范的规定检测火灾状况,同时尽可能地减少功耗。算法本身通过一个大数据集进行了调整和验证,该数据集是在表1定义的所有测试场景中从许多ADPD188BI器件捕获到的。测试是在经过认证的专门提供UL-217测试环境的设施进行的。这些数据集包括参考测量结果,以便了解不同烟雾源下的传感器性能和报警条件。

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表1:火灾情况和要求

CN-0537参考设计是通过烟雾检测算法分析ADPD188BI的蓝光和红外光(IR)输出数据,从而满足上述要求。

05 总结

针对UL-217烟雾探测器的新标准,Analog Devices Inc.推出的CN0537烟雾探测器参考设计采用了ADPD188BI光学模块,该模块将光电元件和模拟前端(AFE)集成在同一封装中,代替传统的分立式烟雾探测器电路,大大简化了硬件设计。

采用CN0537电路的EVAL-CN0537-ARDZ评估板是一块简单易上手的参考设计,除了极具参考价值的硬件设计之外,还提供了适用于UL-217烟雾探测器的新标准的算法解决方案。参考设计中将ADPD188BI模块安装在专门设计用于满足器件和行业要求的专有烟室中,搭配EVAL-ADICUP3029开发平台使用时,采用经过测试和验证的UL-217烟雾探测算法,用户可以评估UL 217标准中包括各种规定,比如减少误报,区分快速运动火灾和焖烧火灾之间的烟雾特性等,极大地提高了精度和安全性。

原文标题:NPI视频第一期 | 聪明的烟雾探测器

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1是一款低压差(LDO)开关稳压器,具有出色的噪声性能。由于其创新设计,该电路在没有外部旁路电容的情况下达到令人印象深刻的40uVRMS噪声水平。这款LDO采用小型SOT-23 5引线封装,在空间和噪声非常高的情况下代表了理想设计师的选择。 没有外部带隙电容可加快唤醒信号的响应时间并将其保持在40us(重复模式)内,使MC33761成为便携式应用的理想选择。 MC33761低压差(LDO)线性稳压器还采用了一种新颖的架构,可防止存在过多的下冲快速瞬态突发,如在任何突发系统中。 最后,静态线路调节优于-75dB,它自然屏蔽下游电子设备免受波动线的影响。 特性 超低噪音:150 nV / sq。根Hz @ 100 Hz,40mVRMS 100 Hz - 100 kHz典型值,I out = 60 mA,Co = 1.0mF 从OFF到ON的快速响应时间:200 Hz重复频率时典型值为40ms 准备1.0 V平台:ON,900 mV高电平 额定输出电流80 mA具有100 mA峰值容量 典型压降90 mV @ 30 mA,160 mV @ 80 mA 纹波抑制:70 dB @ 1.0 kHz 1.5%输出精度@ 25°C 热关机 V out 可在2.5 V,2.8 V,2.9 V,3.0 V下使用,5.0...
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MC33761 LDO稳压器 80 mA 1 V 高PSRR 低噪声 带开/关控制
MC7900 线性稳压器 1 A 5 V 负极
固定输出负线性稳压器旨在作为流行的MC7800系列器件的补充。该负电压调节器提供与MC7800器件相同的七电压选项。此外,负系统MC7900系列还提供MECL系统中常用的一个额外电压选项。 这些线性稳压器具有-5.0 V至-24 V的固定输出电压选项,采用限流,热关断和安全区域补偿 - 使其在大多数工作条件下非常坚固。通过充分的散热,它们可以提供超过1.0 A的输出电流。 规格: MC7900AC MC7900B MC7900C 容差 2% 4% 4% 温度范围 0°C至+ 125°C -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125° C 包装 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO-220 D2PAK,TO -220 特性 无需外部组件 内部热过载保护 内部短路电流限制 输出晶体管安全区域补偿 2%电压T可用油酸(参见订购信息) 无铅包可能有货。 G-Suffix表示无铅铅涂层。 电路图、引脚图和封装图...
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MC7900 线性稳压器 1 A 5 V 负极
LV5686PVC 线性稳压器 3通道 带6个高侧开关
PVC是用于汽车音响系统的多电压调节器。该IC具有3个稳压器,5V输出用于微控制器,9.85V输出用于照明,9V输出用于音频控制,6个高端开关。关于保护电路,它具有过流保护,过压保护和热关断功能。该IC最适用于汽车音响系统。 特性 3系统稳压器: VDD(MCU)照明音频 6个高侧开关 过流保护 BATT。检测:欠压1(
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FDMF2011 高性能100V智能功率级模块
11 电路图、引脚图和封装图
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MC33375 LDO稳压器 300 mA 高PSRR 带开/关控制
5系列是微功率低压差(LDO)线性稳压器,提供各种输出电压以及封装,SOT-223和SOP-8表面贴装封装。这些器件具有极低的静态电流,能够提供高达300mA的输出电流。输出端存在短路,内部热关断电路提供内部电流和热限制保护。 MC33375有一个控制引脚,允许逻辑电平信号关闭或转向 - 关于稳压器输出。 由于低输入至输出电压差和偏置电流规格,这些器件非常适用于电池供电的计算机,消费类和工业设备,其中延长了有用的电池寿命理想。 特性 低静态电流(OFF模式下为0.3 mA; ON模式下为125 mA) I O = 10 mA时输入至输出电压差为25 mV,I O时为260 mV = 300 mA 极其严格的线路和负载调节 稳定,输出电容仅为0.3 2.5 m输出电压3 mF 内部电流和热限制 逻辑电平开/关控制 应用 终端产品 电池供电的消费类产品 HandHeld Instruments 可携式摄像机和相机 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
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MC33375 LDO稳压器 300 mA 高PSRR 带开/关控制
FAN48617 固定输出同步TinyBoost®稳压器
17 电路图、引脚图和封装图
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NCP1594A 同步DC-DC降压转换器 集成 2.9至5.5 V 4A 开关频率高达2 MHz
4A提供了极大的灵活性,可以进行设计优化。该部件能够优化尺寸与效率之间的权衡和可调节性,以满足各种POL应用。可调功能包括软启动时序,开关频率,输出电压和工作模式(固定CCM模式或DCM / CCM操作)。附加功能包括REFIN输入,允许使用外部参考,可用于DDR终端应用。可通过两个输入选择九个输出电压,或者可通过两个外部电阻在外部调节该部件.NCP1594A具有过流,欠压和热故障保护功能。该部件在-40C至85C之间完全指定。 特性 优势 2.9 V至5.5V的操作 允许从3.3V或5V总线轨操作 可调频率从500 kHz到2 MHz 优化总体规模与效率的权衡 9固定输出电压或外部可调低至0.6V 节省外部电阻和/或提供设计灵活性 欠压,过流和过温保护 保护IC免受故障 可调节软启动 设置受控输出斜坡上升时间 安全启动到prebias输出 防止来自输出电容器的反向电流 外部参考输入 允许更改输出并可用于DDR终止应用程序 逐周期过流 防止过流情况 可调开关频率从500kHz到2MHz 在规模和效率方面优化设计 REFIN输入 允许在...
发表于 07-30 04:02 278次 阅读
LV52117QA 用于LCD面板的双输出DC-DC转换器
7是一款高电流双输出DC-DC转换器,可产生正电压和负电压。 LV52117特别适用于LCD显示器等电源应用。 特性 集成1.5MHz同步升压和逆变器转换器 2.75V至4.6V输入电压范围 4.6V至5.8V可调正输出(VDCO1) -5.8V至-4.6V可调负输出(VDCO2) 输出电流高达100mA 脉冲跳跃模式低负载条件 过流/短路保护 终端产品 液晶面板 电路图、引脚图和封装图
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LP2951_XFCS LDO稳压器 100 mA 带有错误标志输出
_XFCS 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 23:02 123次 阅读
KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出
XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 323次 阅读
NCV8537 LDO稳压器 500 mA 低压差
7是一款高性能低压差线性稳压器。该器件基于流行的NCV8535,保留了其前代产品的所有最佳功能,包括高精度,出色的稳定性,低噪声性能和反向偏置保护,但现在包含一个电源良好输出信号,可以监控电源系统。 NCV8537完全符合AECQ100和PPAP标准。该器件的工作温度范围为-40℃至125℃,可提供固定或可调输出,采用10引脚3x3 mm DFN封装。 特性 优势 线路和负载高精度输出差异 多种应用的多功能解决方案 工作温度范围:-40C至125C 适用于汽车应用 低噪声(33 Vrms w / 10 nF Cnr和52 Vrms w / out Cnr) 非常受音频和娱乐系统欢迎 电源良好输出可用 自我监控调节器在哪里指定限制。 M最大电压输入16V,输入工作电压范围2.9 V至12 V. 性能稳定 符合AECQ100和PPAP 适用于汽车应用 应用 终端产品 网络系统,DSL /电缆调制解调器 汽车应用音频系统 导航系统 PCMCIA卡 手机 Camcoders and Cameras Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 远程信息处理 导航系统 电路图、引脚图和封装图...
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NCV8518C LDO稳压器 200 mA 看门狗唤醒 复位和使能
8C器件是一款精密微功率稳压器。它具有5.0 V的固定输出电压,可在±2%范围内调节。它适用于所有汽车环境,并包含控制微处理器所需的所有功能。该器件具有低压差和低静态电流。它包括看门狗定时器,可调复位,唤醒和使能功能。该器件还包括安全功能,如热关断和短路保护。它能够处理高达45 V的瞬变。 特性 输出电压选项:5.0 V 输出电压精度:±2% 输出电流高达250 mA 低压差 70μA的低静态电流 低睡眠模式电流小于1.0μA 微功率兼容控制功能: - ENABLE - 看门狗 - 重置 - 唤醒 保护功能: - 热关断 - 电流限制 AEC-Q100 1级合格且PPAP能力 应用 终端产品 车身和底盘 仪器和集群 发动机控制单元 汽车 电路图、引脚图和封装图...
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NCV8518C LDO稳压器 200 mA 看门狗唤醒 复位和使能
NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能
5低静态电流低压降(LDO)线性稳压器是一款高性能LDO稳压器。它具有+/- 0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于任何类型的小至1.0 uF的电容器都是稳定的。 NCV8535还配备了感应和降噪引脚,以提高设备的整体实用性。 NCV8535提供反向偏压保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时+/- 0.9%) 满载时的超低压降(典型值260 mV) 稳定性无最小输出电流 低噪声(31 uVrms) w / 10 nF Cnr和51 uVrms w / out Cnr) 低关断电流(0.07 uA) 反向偏向保护 2.6 V至12 V电源范围 热关断保护 目前的限制 仅需1.0 uF输出电容以确保稳定性 使用任何类型的电容器(包括MLCC)均可稳定 提供1.5 V,1.8 V,1.9V,2.5 V,2.8 V,2.85 V,3.0 V,3.3 V,3.5V,5.0 V和可调输出电压 应用 终端产品 汽车音响和信息娱乐 汽车配件 汽车仪表盘 汽车相机显示器 汽车仪表板电子产品 汽车 工业 电路图、引脚图和封装图...
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MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极
0 / MC78M00A正线性稳压器与流行的MC7800系列器件完全相同,只是它的输出电流仅为输出电流的一半。与MC7800器件一样,MC78M00三端稳压器用于本地卡上电压调节。 内部通道晶体管的内部限流,热关断电路和安全区域补偿相结合,使这些线性稳压器在大多数工作条件下都非常坚固。具有足够散热的最大输出电流为500 mA。 规格:
发表于 07-29 21:02 668次 阅读
MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极
LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道
NV是单通道降压型开关稳压器。 特性 与负载无关的软启动电路 ON / OFF功能 集成脉冲脉冲过流保护 电流模式控制 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 19:02 226次 阅读
NCP5269 具有2位VID的系统代理控制器
9 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 17:02 392次 阅读
NCP1581 用于跟踪应用的同步降压控制器 高频PWM
1同步降压控制器IC旨在为14引脚SOIC中的板载DC-DC应用提供简单的同步降压稳压器。 NCP1581专为跟踪应用而设计,提供轨道输入。 NCP1581采用固定内部400 kHz开关频率工作,允许使用小型外部元件。该器件具有由外部电容设置的可编程软启动,欠压锁定和输出欠压检测,可在检测到输出短路时锁定器件。电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 16:02 318次 阅读