火灾报警及自动灭火系统全方位设计

本文分享一款火灾报警及自动灭火系统解决方案，分别从主从控制MCU、无线收发芯片、温度传感器几大模块为您推荐高性能的芯片。

重大火灾事故时有发生，给国家和人民的生命财产造成极大损失。因此自动消防系统得到了党和国家及社会各界的广泛关注，对火灾自动报警及自动灭火系统提出了越来越高的要求，同时对该系统的科学研究和发展完善也起到了巨大的推动作用。

在此介绍一款火灾报警及自动灭火系统解决方案，系统图如下：

上图为世强提供的火灾报警及自动灭火系统方案：该方案是利用烟气传感器和温度传感器配合微电子判断电路驱动报警器或电磁继电器，以达到对火灾预警或警示作用的一种报警器。其中世强代理的SI7055温度传感器起到辅助的作用，该传感器将采集到的信息传递给瑞萨MCU R5F117BCGFP，再由处理单元通过Silicon Labs的SI4438无线收发芯片传输给中继的MCU EFM32WG230F256，中继MCU则通过CAN总线把信息传给主控部分的PC，主控部分再通过继电器控制电机来实现喷水处理，且主控部分还能发出报警显示等功能。这就要求无线电波必须善于穿墙，同时无线链路预算尽可能高，接收灵敏度优于-110dBm。无线烟雾报警器需要利用无线芯片将搭载烟雾报警信息的电磁波传输出去，低于1GHz的几个常用无线频段如315、433、868、915MHz都是比较合适的。

在此系统中用到世强代理的几款芯片，它们的应用特点与优势如下，也可登陆世强元件电商APP查找最全最新的资料：

世强代理的瑞萨MCU R5F117BCGFP：
R5F117BCGFP集成了丰富的模拟功能，包括运算放大器、比较器、模数转换器等。该产品内部集成了多达4路运算放大器，在高速运行模式下，其操作稳定等待时间仅为13us，完全满足一般模拟信号处理对速度的要求；外部配合简单的电阻、电容，即可完成对信号的放大、滤波等处理，节约了系统设计面积。

此外，R5F117BCGFP内部还集成了分辨率高达17路12位的模数转换器，采用宽电压供电，其供电电压范围为1.6V~3.6V，通过降低供电电压，可以有效降低芯片的功耗。R5F117BCGFP芯片具有四种工作模式，分别为OperaTIng模式、Halt模式、Stop模式、Snooze模式。当R5F117BCGFP为OperaTIng模式，工作频率为1MHz时，其功耗不超过150uA，可满足大多数工业控制应用中对功耗和速度的要求；且当运行频率进一步降低到15KHz时，其运行功耗可以降低至6uA。而当芯片在该工作频率下，进入Halt模式时其功耗不超过2uA。总之，R5F117BCGFP卓越的功耗表现能让研发人员在工业控制应用中更加得心应手。

R5F117BCGFP片上资源丰富。代码存储空间最高可达32KB，数据存储空间达2KB，此外片上RAM最高达3KB，42个IO口。R5F117BCGFP工作环境温度范围为-40℃至+105℃。该款芯片集成片上电压监测器，可实时监控系统的工作电压，提供高达12级量化指标，当系统供电异常时，可及时向用户报告，预防意外的发生，该功能对于电池应用尤其重要，可提前告知用户电量不足。

Silicon Labs MCU EFM32WG230F256：
来自世强代理的Silicon Labs的EFM32WG230F256是一款基于Cortex-M4内核的高性能32位处理器，速度可达48MHz，DSP架构支持浮点单元运算，程序的FLASH存储空间有256/128/64 KB三种可选，RAM的空间为32KB，IO口可达56个，DMA有12通道；其外设反射系统(PRS)拥有12个通道，还具备128位和256位的硬件AES加密功能，以及24和32位的RTC，可以在掉电的情况下切换到外部的备用电池供电。EFM32WG230F256的存储保护单元有多种功耗管理模式：在3V的关断模式时，功耗可到20nA；在3V供电且带RTC功能关断的模式下，功耗是0.4µA；在3V的停机模式时，RAM和CPU可保持功耗为0.65µA；3V深度睡眠模式下，功耗则为0.95µA。

无线收发芯片Si44xx：
在火灾报警及自动灭火系统中，有两个版本芯片供客户选用。Si4463与Si4438，其中Si4438的工作频段为425MHz到525MHz，而Si4463频段相对更广，还可覆盖315MHz、868MHZ、915MHz。当Si4463工作在169MHz，低速率500bps时，其接收灵敏度典型值为-129dBm，发射功率可做到20dBm，为客户带来非常高的链路预算。其休眠功耗非常低，shutdown电流只有30nA，而standby电流也才40nA。再加上世强代理的Epson高性能30MHz晶体，Ricoh电源芯片R1172和射频开关UPG2214，搭配上对应的匹配网络，这样就构成了一个完整的无线模块。

温度传感器SI7055：
Silicon Labs(美国芯科实验室)拥有非常丰富的温湿度传感器产品，其特征为高度可靠性、小型化、高集成度和无与伦比的易用性，适用于各种应用。数字温度传感器Si705X系列采用创新的信号处理和混合信号设计技术，具有高精度和业界领先的低功耗优势。其中，包括高性价比的温度传感器SI7055，其温度采集精度在整个工作温度和电压范围内都可以保持± 0.5 ºC (max)，工作电压范围为1.9到3.6V，工作温度范围在-40到+125之间。SI7055拥有低功耗的优势，在1HZ采样频率下平均功耗只有195nA，而且采集精度可达14位分辨率；该产品的所有指标在出厂前都进行了工业校准，采用3x3mm的DFN封装，可大大降低PCB布板的空间，并通过了AEC-Q100汽车级认证。