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    能量收集型無線火焰探測器參

      發布時間:2018-03-15 09:24

      能量收集型無線火焰探測器參考設計(以下簡稱設計)是世健國際貿易(上海)有限公司參照GB15631-2008《特種火災探測器》并按照物聯網思維設計的一種結合低功耗藍牙(

      設計僅需依靠自然光或室內燈光的照射就能夠滿足系統供電,無需拿下設備充電或更換電池,也無需連接電源線,在光照充足且不間斷的情況下僅依靠一塊25mm×53mm的光伏板就能穩定的為整個系統持續提供電力,它在200Lux的光照度下大約能夠提供55uW的電能,用戶可以根據具體應用場景來選擇不同的光伏板。在夜晚或光照不充足的時候也可以額外增加一塊紐扣電池作為備用電源來給系統供電,一顆CR2032可以使設備連續工作180個夜晚。設計還額外提供了一個MicroUSB供電口,用戶可以使用充電寶為設備供電以便于在某些場景靈活快速的搭建火焰探測器。

      當把光伏板置于光照度充足的環境下,EnergyHarvestingPMIC即開始把從光伏板中收集的電能存入能量存儲電容Cvstore中,待Cvstore的電壓達到設定的閾值,便開始給整個系統供電,同時PMIC從光伏板中獲得的電能再源源不斷的充入Cvstore中,所以關鍵點就在整個系統的電能消耗上要做到消耗小于輸入才能維持整個系統的電量收支平衡。在典型的EnergyHarvesting應用中Cvstore的電容容量大約為200uF,這樣的電容大小能夠維持一個MCU加一個低功耗

      被信號觸發后使用中斷把MCU喚醒,之后再進行數據采集和發送。整個系統在深度睡眠下的待機電流是非常低的,通常根據

      數量和工作模式的不同從幾個uA到十幾uA不等,此時PMIC的電能輸入遠大于電能消耗,所以這段時間是Cvstore進行充電的過程。當周期性的數據采集和數據發送事件或

      并進行BLE發送,此時系統的電流可能達到幾十mA,Cvstore積攢的大部分電能會被很快消耗殆盡,系統要在Cvstore存儲的電能消耗殆盡前完成數據采集和發送并再次進入到深度睡眠模式,這樣使得Cvstore可以再次從光伏板充電為下一次觸發事件準備好充足的電能。

      的數據,當得到了一定量的數據后MCU開始通過特定的算法來判斷此次觸發是真正的火焰信號還是虛假信號(其他熱源或光源干擾)。MCU會通過BLE把此次觸發的結果發送到后臺以達到報警的目的,然后整個系統會再次進入到深度睡眠等待下一次觸發。

      電源部分使用小型多串型光伏面板供電,為下一級的電源管理芯片(PMIC)提供電源輸入。電源管理芯片(PMIC)采用Cypress多次獲得國際獎項的EnergyHarvesting系列中的S6AE101A,此款PMIC是Cypress設計推出的能量收集系列芯片中的一款。S6AE101A的靜態電流只有250nA、啟動功率只有1.2uW,即使在只有100Lux的低光照度環境下該PMIC仍舊能夠從光伏板中獲取電能輸入。S6AE101A把從光伏板中獲得的電能通過芯片內置的開關電路存入到能量存儲電容Cvstore中,當電容的電壓達到了預設的電壓范圍內,芯片就打開內部開關電路讓電容對負載進行供電。當光照度不足以為PMIC提供足夠供電時,PMIC會從光伏板供電切換到備用紐扣電池供電(可選)。S6AE101A還擁有OverVoltageProtection(OVP)過壓保護,當輸入電壓大于5.4V時,PMIC的過壓保護就會開啟,以防芯片收到過壓損害。S6AE101A的封裝尺寸只有3mm×3mm,非常適合微型化的設備設計。

      采用ePY12111humanmotionrejection(5.00um)和ePY12211rejectionchannel(3.91um)用以判斷運動、太陽光等虛假信號對于火焰探測器的誤觸發。ezPyro是英國Pyreos推出的數字接口超低功耗熱電紅外

      、模擬前端、15位ΔΣ模數轉換、數字濾波器、FIFO以及中斷喚醒控制等部分,同時5.65mm×3.7mm×1.55mm的封裝也大幅減小了設計整體體積尺寸。

      ,而采用抗干擾性更強的工業級別I2C數字接口。通過I2C接口MCU可以對芯片進行片內的高通濾波、低通濾波、采樣率等參數的配置,以及芯片工作模式、采樣通道的設置等非常簡便,用戶不再需要在外圍搭建高通低通濾波器等器件,節省空間也節省成本,中斷觸發的數據采集模式也無需MCU每時每刻都從

      接收數據。ezPyro在采樣時電流消耗最低僅有3.2uA,在低功耗空閑時的待機電流更是只有1.8uA。在性能方面高信噪比和靈敏度加上快速反應時間使得

      設計的主控芯片采用Cypress的PSoC4-BLE。PSoC4-BLE是基于Cortex-M0內核的集超低功耗、豐富接口、豐富片內資源、BLE于一身的MCU。在深度睡眠(DeepSleep)模式下PSoC4-BLE待機電流僅為1.3uA,對于微型光伏板供電或紐扣電池供電的應用來說非常適合。PSoC4-BLE片內集成了非常豐富的資源和外設,除了目前MCU上比較常見的數字接口、ADC等,PSoC4-BLE還集成了運算放大器、CapSense電容觸摸、UDB(UniversalDigitalBlock)等。值得一提的是PSoC4-BLE還集成了Balun,因此BLE部分的天線匹配電路的設計變得非常簡單,不再需要一堆電容電感計算阻抗等高頻特性,片外只需一個電容一個電感便完成了天線匹配電路的設計,十分便捷。

      整個設計順應最新的IoT物聯網思想,實現了超低能耗、清潔能源環保節能、無需布線、無需充電、BLE、超小體積于一體的火焰探測器。設計符合《GB15631-2008特種火災探測器》中30秒內發出報警的要求,用戶可根據實際情況自行研發后臺報警系統。

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