門秀萍

(安徽財經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

按照國家安全標準要求，各種民用建筑、公眾場所、商業(yè)地產(chǎn)和工業(yè)廠房等都必須配備火災(zāi)預(yù)防和報警裝置。而在這些建筑中安裝獨立式和非獨立式煙霧探測器已成為一種強制要求。煙霧探測器按工作原理可分為光電原理和電離原理［1］。本文提出了一個基于Allegro公司于2010年推出的光電煙霧探測器A5303芯片設(shè)計的一種獨立式光電煙霧探測器，它器件少，可靠性高，簡單實用。

1 光電煙霧探測器原理

獨立式煙霧探測器是一種光電煙霧探測器。光電式煙霧探測器使用光散射或反射原理來判斷是否存在可視煙霧［2］。它采用特制的光學(xué)迷宮作為煙霧傳感器，煙霧傳感器內(nèi)裝有紅外發(fā)射二極管(IRE diode)和紅外接收二極管(IRR diode)。無煙霧時，紅外接收二極管接收不到紅外發(fā)射二極管發(fā)出的紅外光，煙霧傳感器內(nèi)是暗的;當煙霧進入光學(xué)迷宮時，通過散射和反射，煙霧傳感器內(nèi)的亮度達到一定值后，紅外接收二極管將接收到紅外光，并觸發(fā)A5303芯片設(shè)定的閾值后發(fā)出聲光報警。

2 基于A5303光電煙霧探測器硬件設(shè)計

2.1 A5303主要特性、優(yōu)勢及內(nèi)部框圖

A5303芯片是一種帶互連、計時器和鎖存告警指示燈的光電煙霧探測器，內(nèi)部框圖如圖1所示。

圖1 A5303內(nèi)部框圖

A5303的主要特性和優(yōu)勢如下:

超低的平均待機電流實現(xiàn)長達10年的電池壽命;

2.3～5.5 V 工作電壓范圍;

互連選項;

邏輯輸出控制外置聲音IC;

電池電量低檢測與警告;

其次，各小微企業(yè)在加強對外合作交流的同時，通過互聯(lián)網(wǎng)等多種途徑進行技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新，不斷引入新技術(shù)，采取O2O模式，線上線下共同發(fā)展，增強行業(yè)競爭能力，強化自身。要積極響應(yīng)政府號召，抓住大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的機遇，轉(zhuǎn)變經(jīng)營管理理念，進行管理創(chuàng)新組織創(chuàng)新，吸納更多的年輕人進入行業(yè)內(nèi)部，為行業(yè)發(fā)展注入新血液、新動力。

光室靈敏度測試與警告;

三重模式判別光室警告;

上電復(fù)位;

輸入/輸出的數(shù)字過濾器可提供超卓的抗擾度;

計時器模式用于啟動降低靈敏度期間;

內(nèi)置電路減少錯誤觸發(fā);

所有管腳提供ESD保護電路;

間歇報警聲模式，符合 UL217、NFPA72和ISO8201標準;

鎖存告警指示燈識別觸發(fā)告警的器件。

2.2 工作模式分析

基于A5303設(shè)計的光電煙霧探測器電路如圖2所示。煙霧傳感器中的紅外接收二極管陰極和N1的引腳10直接連接，陽極與C2一端相連接，紅外發(fā)射二極管與N1的引腳8直接連接，陽極與R4相連。紅外發(fā)射二極管IRED電流設(shè)置為100 mA(300 mA/R5)。內(nèi)部定時器周期由R7和C3決定。光電煙霧探測器有5種工作模式，它們分別是:待機模式、低電壓工作模式、按鍵測試模式、定時器模式和煙霧檢測模式。平常處于煙霧檢測模式。

圖2 A5303光電煙霧探測器電路圖

待機模式:平時處于待機模式，紅色發(fā)光管LED2不亮(將N1引腳4置低電平)，以節(jié)省電池電量。與N1引腳11連接的電容器C2確定光學(xué)放大器在待機模式的增益水平(Ae=1+(C2/12))，在待機和計時器模式中選擇低增益。由于內(nèi)置定時器電路每10 s僅探測煙霧100 μs，從而大幅降低待機功耗。

低電壓工作模式:當A5303芯片檢測到引腳6上的電壓低至2.5 V時，則認為電池電壓低于2.5 V，啟動低電壓工作模式，蜂鳴器B1和紅色發(fā)光二極管LED2會按照A5303芯片內(nèi)部設(shè)置的模式進行聲光報警。通過在N1引腳6上接一電阻到電源或地上可以增大或降低低電壓門限。

按鍵測試模式:進入按鍵測試模式只需按下按鍵S1并保持一個振蕩周期即可，當測試成功，蜂鳴器會報警;當測試失敗，蜂鳴器不會報警。引腳12的電容C1確定光學(xué)放大器在按鍵測試模式和煙霧檢測模式的增益水平(Ae=1+(C1/12))。

定時器模式:通過設(shè)置N1引腳5的電平可以使能/禁止定時器模式(當N1引腳5的電平≥50 mV時，N1引腳17(平常處于低電平)產(chǎn)生一個下降沿復(fù)位后(按一下后釋放按鍵S1)，定時器模式使能。當N1引腳5的電平≤50 mV時，定時器模式被禁止。定時時間約10 min。定時器模式可以讓人們臨時關(guān)閉光電煙霧檢測器，如，做飯時，會產(chǎn)生大量的油煙，光電煙霧檢測器可能會發(fā)生誤報警。

煙霧檢測模式:當發(fā)生本地告警時，進入煙霧檢測模式，內(nèi)部邏輯控制器產(chǎn)生一個104 μs的高脈沖(由 R6、C3決定:TIRED=0.693R6C3)，導(dǎo)通內(nèi)部的三極管，N1引腳8產(chǎn)生一個104 μs低脈沖，紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外光，當煙霧進入光學(xué)迷宮時，通過折射、反射，N1引腳10連接的紅外接收二極管導(dǎo)通，內(nèi)部光學(xué)放大器產(chǎn)生一個邏輯電平低，送至內(nèi)部邏輯控制器，內(nèi)部邏輯控制器產(chǎn)生一個驅(qū)動蜂鳴器的信號到N1引腳18。內(nèi)部的光學(xué)放大器增益增加約45%，以提供滯后時間，防止誤報警?？梢酝ㄟ^按一下后釋放按鍵S1來取消報警。

此外，光電煙霧檢測器可以連接遠程設(shè)備，進行遠程報警，鎖存本地報警指示信號，整合了特殊的三階加速感測方案，以縮短發(fā)出聲音告警的時間，同時減少誤觸發(fā)。光室靈敏度定期予以監(jiān)控，當出現(xiàn)2個連續(xù)的靈敏度下降周期時，將發(fā)出警告信號。

3 測試波形

將電容器C1與N1引腳12斷開，通過調(diào)節(jié)電位器R8調(diào)整腳的位置，可以改變N1引腳10的電平，模擬煙霧檢測模式。當N1引腳10電平低于0.9 V時，N1引腳18產(chǎn)生報警信號。測試波形如圖3所示。

由此可見，調(diào)節(jié)R8電平較高時，無報警脈沖出現(xiàn);調(diào)節(jié)R8使工作點電平下降，當鋸齒波下端達到報警比較器的報警基準電壓時，CH2就有一個一定寬度的報警脈沖出現(xiàn)。

4 結(jié)語

該獨立式光電煙霧探測器，主控芯片及外圍器件多選用低功耗、低成本的器件，外圍器件少，可靠性高，簡單實用。實驗表明，該設(shè)計能夠很好地完成煙霧檢測功能，并能夠即時報警，以免造成財產(chǎn)損失。

圖3 測試結(jié)果

［1］瞿少成，曲豪，張昆明，等.基于MSP430單片機的光電煙霧探測器設(shè)計［J］.微計算機信息，2008(12):87 －88.

［2］郭為華.基于PSoC的智能光電式煙霧探測器的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電腦與電信，2007(8):48－49.