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今天开始,华维单片机编程和大家一起设计烟雾探测器的硬件设计一、烟感硬件设计组成部分:烟感有3部分组成,分别是:电源设计、烟雾检测电路、NB-Iot通讯电路二、烟雾检测电路设计:烟雾探测电路,有很多的设计方案,我们选择的是合泰科技代理芯海的烟感专用芯片: HT45F23A.。
HT45F23A芯片的相关资源:工作温度: −40℃ ~ 85℃FLASH空间: 4KBytesEEPROM: 64BytesSRAM:128 BytesIO: 22端口ADC: 6通道 12-bit的快速ADC 可于16个ADC Clock代理芯海时间内,快速完成模拟至数字信号之转换
OPA:内建两组OPA与两组比较器,OPA有PGA功能,可由软件设定1~56倍的放大倍数低功耗:支持超低功耗其实市面上类似的芯片很多,为什么要选择一颗FLASH 4K、SRAM 128Bytes 资源如此匮乏的芯片呢? 。
1. 代理芯海超级低功耗: 经实际产品测试,该方案芯片做的产品,整机的低功耗可以做到 3uA(3V供电)2. 内置了OPA,而且支持PGA功能,可以通过软件实现完成1-56倍的放大,这可以满足我们,不需要增加外部的信号放大电路,就可以实现将弱小的 烟雾报警信号放大。
3. 6通道的12-b代理芯海it的快速ADC,敲黑板,重点是快速这个词可以在16个ADC Clock时间内完成AD转换,很多低价位的芯片都很难实现在这里强调一下我们在烟雾探测的过程中,尤其是电池供电的,ADC功能一定要选择快速模式。
为什么要快速ADC ,在后面的软件设计中,我再给大家详解。电路设计:1.无代理芯海线红外发射部分电路:迷宫内部发射部分的电路就是一个控制红外发射管。这个相对比较好理解,我们看一下发射部分的设计。
发射电路由 单片机的Smoke_Tx控制:Smoke_Tx为低电平: Q2不导通,迷宫的U2的1 和2脚的红外发射管的 负极悬空,发射管不工作Smoke_Tx为高电平代理芯海: Q2导通,迷宫内的发射管的负极经过R13 和R17接地,发射管工作,有光照。
(烟雾检测的时候,Smoke_Tx为高电平,发射工作)2.迷宫的红外接收电路分析:迷宫内部的红外接收管 在迷宫内经过烟雾颗粒散射的微弱的光线,接收到微弱的信号这个信号太微弱,只有几十个毫伏, 必须要经过外部代理芯海的放大电路,将信号放大,单片机才能识别并处理。
下面我们分析一下 迷宫接收部分的电路HT45F23A的内部OPA介绍内部集成两个运算放大器,OPA1 和 OPA2,可用于用户特定的模拟信号处理它们的使能或除能只能通过软件设置来实现单片机内部集成两个运算放大器,OPA1 和代理芯海 OPA2,可用于用户特定的模拟信号处理。
它们的使能只能通过软件设置来实现通过控制特殊寄存器,OPA 相关的应用可以很容易的实现,例如单位增益缓冲器,同相放大器,反相放大器和各种各样的滤波器等下面我们看一下单片机两个运算放大器的内部的结构,如下图:。
红外接收电路设计:在这里我们着重看一下A1N、A1代理芯海P、A1E和A2N、A2P、A2接口,这几个接口就是我们单片机的IO接口,u如下图设计。
A1N、A1P、A1E是单片机内部运算放大器1,A2N、A2P、A1E.是单片机内部运算放大器2的接口:
迷宫内部红外接收电路分析:1.接收管的两个脚接但单片机内部运算放大器2 的同相输入管脚A2P 和反向输脚A2代理芯海N2. MCU_EV由单片机的IO PB0控制,给接收管的正极供电,让红外接收管工作
如上图: 红色粗线圈起来的部分是 红外接收信号和单片机的运算放大器2的链接电路1.运算放大器的反向输入脚 通过C5和R9 和运算放大器2的输出脚连接,构成了一个负反馈放大电路2. 运算放大器2的输出脚和运算放大器1的代理芯海同相输入脚连接,将放大的信号在由单片机内部放大器1放大。
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如上图所示:1. 经内部运算放大器2放大的信号,输入运算放大器1的同相输入脚2. 运算发大器2的反向输入脚经C6 和R12和输出脚连接,构成了一个负反馈放大代理芯海电路将运算发大气2的发达型号经 运算放大器1 再放大。
单片机内部处理经过两次放大的红外接收信号?经过两次放大的红外接收信号,需要由单片机内部的ADC来识别放大信号的大小,从而来识别烟雾浓度的大小烟雾的浓度越大,接收管接收的信号就越多,输出的信号就越强,放大的信号就越大。
放大信号是经过单片机的PA4口代理芯海输入到单片机内部的。那如何和单片机的ADC 建立连接呢? 我们看一下单片机的ADC 的一个配置寄存器,如下图:
‘从上图红色方框标志的文字可以了解到,单片机的由两个内部通道,分别连接到单片机内部放大器的A1E 和A2E我们只需要将ACS2-ACS0 配置成110. 就可以实现我们的放大信号和 单片机的代理芯海ADC 通道连接了。
至此,感烟探测器 的发射信号和接收信号电路就分析完了。其他电路设计:LED灯控制电路:作用:用来提示烟感的工作状态,快闪报警,慢闪正常
从上图可以看到,LED灯直接有单片机的IO口控制按键检测电路
从上图可以看到 按键的和LED一样,直接和单片机的IO 链接。蜂鸣器的控制电路:
烟感的代理芯海声音我们采用的是一个低成本的蜂鸣器。 实物图如下:
看我们的原理图所示有3个接口:R 和上图的红色线链接,G 和绿线链接,B和黑色线接连我们分析一下原理图:BAT(电池电压)经L1,和蜂鸣片的R连接 给蜂鸣片供电 L1的作用是升压,电池低压为3.6V,升压后可以达到40-60V。
从上图可以看出,电感1代理芯海有升压功能,还需要Q1 和Q3导通,才可以正常工作从电路可以看出,Q1是常导通状态,Q3 需要单片机控制才可以导通正常工作G脚是电池电压BAT 通过R6直接连接的所有G的电压固定为电池低压3.6V。
单片机的PC3经R11 控制Q3的开关. MCU_BUZZ拉低,Q3不导通,蜂鸣器不工作MCU_BUZ代理芯海Z拉高,蜂鸣片的B脚接地1KHZ-10KHZ 的方波频率,这个频率就是由MCU_BUZZ来控制的输出一个1KHZ 的方波频率,蜂鸣器就会发出比较尖锐的鸣叫。
和NB-Iot通讯模块的接口模块
本产品的感烟探测和 NB-IOT没有在同一块PCB上,是有6P的2.0的插针链接接口图如上PIN1-2 是电池的代理芯海电源和GNDPIN3: 是烟感控制单片机的上行数据接口,采用单线通讯方式PIN4: 是烟感控制单片机的下行数据接口,采用单线通讯方式。
PIN5: 是唤醒脚 是单片机唤醒NB-IOT,启动数据传输的作用PIN6: 预留四、电源设计
如上图:烟感探测器的电源是电池直接供电的 D1: 防止电池接反,电池接反代理芯海保护的作用R1: 用于BAT和VCC滤波隔离的作用C1: 这是电解电容,主要用于滤波,滤波的作用是让我们的VCC电压接近平稳。
ok,这篇文章就讲到这里,下一篇文章华维单片机编程为大家讲解NB-Iot模块BC26的原理图设计。
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