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智慧烟感器的种类 光电式烟感探测器的工作原理

拍明芯城 来源:拍明芯城 作者:拍明芯城 2022-06-17 13:55 次阅读

以智慧烟感器和智能温控器起家的Nest,在被谷歌32亿美元收购后产品扩充到了整个智能家居。智慧烟感报警器已成为AIoT智能物联市场的长尾场景之一,智慧烟感从商用走向民用,并从传统烟感升级为智慧无线联网型烟感。

市面上的烟感器主要有三种:有线型(485总线),独立型(无线烟感报警器,无配套的管理平台),无线型(智慧烟感,有管理平台)。前两种都属于是传统烟感报警器,不具备智能化特征。

传统烟感(有线型)由于需要485线路连接,存在施工难度大、总体成本高的缺陷,而且设备的维修、巡检很困难;现有无线烟感报警器虽没有布线的困扰,但不支持组网,不能实现实时联网报警;而智慧烟感无需布线,组网便捷,能实现实时感知险情后及时以多种方式报警,还能自动巡检。

烟感器按技术原理分,离子式烟雾传感器光电式烟雾传感器和气敏式烟雾传感器。按照光源不同,可分为一般光电式、激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式等4种。

离子探测器主要适用于开放性火灾的探测。例如NEMOTO的NIS-09C、恩智浦/飞思卡尔的MC145017/MC14467/MC14468等。

气敏式烟雾传感器的典型型号有MQ-2气体传感器。该传感器常用于家庭和工厂的气体泄漏装置,适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。例如四方光电(CUBIC)的NDIR CO2、美克森的MIX1002/MIX1012/MIX2002、炜盛的MQ-2气体传感器等。

市面上更多的是光电式烟感探测器,其工作原理:

1、红外发射管的红外光束被烟尘粒子折射、反射、散射,光的强弱与烟的浓度成正比。例如亿光的插件型的IRB339-1C、IRB339-3C产品。

2、所以光敏管接收到的红外光束的强弱会发生变化,转化为点信号,最后转化成报警信号。

这个探测烟雾模块,业内称为迷宫,是智慧烟感器的核心模块。光电迷宫技术利用空气流动力学原理,提高传感器的解析度、准确度,精准判定物体闷烧或燃烧。

光电传感芯片或模块的原厂及型号选型:

1、美国ADIADPD188BI,单价约26元,将模拟前端、LED和光电二极管组合到一个小巧的封装中,极大地减小了烟雾探测器的占用空间。光电二极管和AFE的集成还提供高的环境光抑制功能和宽动态范围,ADPD188BI中集成了蓝光与红外两颗LED发射器,所以它不但能监测烟雾的浓度,同时还可以监测烟雾的颗粒直径,从而分辨干扰烟,能精准识别灰尘、水蒸汽、各种烟雾、气溶胶、正庚烷、聚氨酯等介质,进一步减少误警。

2、美国MICROCHIP的RE46C196,单价约7元,还有RE46C190/RE46C191烟感专用芯片可选,3V供电(两节电池),支持CE,内部集成DC2DC功能。如果采用3.7V锂电池供电,还可选配微芯的电源芯片MCP73831及低功耗LDO MCP1702。

3、中科德诺的DN9188,单价约3元,是一颗低功耗微传感SoC芯片,烟雾探测器的单芯片解决方案。

4、华润矽科的CS2105,一颗带I/O的光电式烟雾检测器芯片;CS2108,低电压光电式烟雾检测芯片,可替代微芯的RE46C190;CS7117,离子式烟雾检测芯片;CS2106,报警音产生及喇叭驱动电路

5、合泰的BA45F5250,集成烟感探测AFE、双通道IR LED恒定电流驱动与16-bit语音DAC的烟感探测器专用Flash MCU,适用于需语音功能、无线联网或需要较大容量程序空间的烟感探测产品,例如:语音型、NB-IoT、WIFI烟感探测报警器。

6、贝岭的BL5980,是一颗低功耗、低电压的CMOS光电型烟雾探测器芯片,仅需最少量的外部元件,就可提供光电型烟雾探测器的所有必需功能。

7、利尔达烟感SOC芯片LSD2SD-SC524内部集成了红外发射电路、红外接收电路、放大电路、收码解码电路以及总线高压模块,通过大幅缩减元器件和焊点数降低了成本,稳定性、一致性更高,较传统方案优势显著。

根据《GB20517-2006独立式感烟火灾探测报警器》标准,智慧烟感符合国家标准的灵敏度,应在0.05dB/m-0.2dB/m之间;还属于民用级火灾探测报警设备,需通过CCCF认证

智慧烟感主要是在传统烟感基础上集成了低功耗广域网(LPWAN)无线传输模块,无线通信方式包括但不仅限于433MHz、NB-IoT、LoRaSigFox、Cat.X、BLE、Zigbee、WiFi等,由主控芯片、多光路传感器(烟雾探测)、警示灯(蜂鸣器)、语音芯片或模块、按键、温度传感器、加密芯片、电源芯片、电池(3V、9V电池或锂电池供电)和无线模块等元器件组成。无线模块里通常又有主控芯片和通信芯片等。

智慧烟感的器件选型除了搞定探测烟雾模块,还有选择哪家MCU?晶振选哪家原厂的?电源芯片DC-DC选谁家的(德州仪器?)?PA选谁家的?滤波器选谁家的?开关选谁家的?电池选谁家的?通信模组选哪一种?天线如何设计?软件如何规划?要不要做FOTA远程升级?售后如何保障?

这里我就挑重点的主控芯片和通信模块讲一下。

智慧烟感使用年限10年,通常是3V供电,所以主控芯片必选低功耗或集成了烟雾探测功能和算法的,会减少研发难度和时间。青鸟消防自研推出的朱鹮芯片,针对感烟报警做了很多的优化,稳定性加强,射频电磁场辐射抗扰度可以达到30V/m,就是不知道这颗烟感芯片以后会不会商业化对外出售?

不管是最常用的NB-IoT,还是433MHz、LoRa、SigFox、Cat.X、BLE、Zigbee、WiFi等通讯模块,每种模块都有自己的门道和优势。这里罗列一些芯片或模块原厂及型号:

1、升哲科技的灵思·信鸽芯片,一颗LPWAN芯片,成本仅为0.8美金,在成本上接近FSK芯片的价格,但是覆盖距离等同LoRa的芯片,而Semtech最新的SX1262芯片的成本大概在1.2美金。

2、道生物联的TK8610,一颗TurMass™ 自主通信技术的芯片。

3、美格智能NB-IoT模块MP212。

4、顺舟智能LoRa模块SZ05LR-PRO-2。

5、高新兴物联的NB-IOT模块ME3616-G1A。

6、桑锐电子的NB-IOT模块NH01A。

7、唯传科技的LoRa模块M300C。

8、芯讯通的NB-IoT模组SIM7000C(高通MDM9206平台)。

9、华为海思的NB-IoT SoC Boudica 200芯片。

10、美国Semtech公司的LoRa芯片SX1262。

11、移远通信的NB-IoT模组BC95-CNV和BC28-CNV(海思Boudica 200平台)。

12、九联的NB-loT模组UNB100-G(海思Hi2115芯片方案)。

还有很多......

而要真正实现智慧烟感,还需NB-IoT基站、物联网云平台、联动视频监控系统、“智慧消防”城市级平台(第三方监控平台)、电脑端和移动端构成整套系统。

相关机构预计未来5年,全国的烟雾探测器年均安装规模超过7亿只,全球年均安装规模超30亿只。智能物联AIoT万亿规模级的庞大市场,智慧烟感是长尾市场之一,芯片和方案的国产替代未来可期。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台,过去数年已积累了物联网芯片的优势货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群,让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片,在Design In、Design Win和流通中更高效,帮助工程师的方案选型、试样及采购,为电子产业供需略尽绵薄之力。

审核编辑:汤梓红

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