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(多图) 基于MC9S08QG4的烟雾传感器应用设计

来源:師英 飞思卡尔半导体公司8/16位应用工程師  来源:中国电子器材有限总公司提供?? 2007年11月01日 ?? 收藏0

  在消防安全报警系统中,烟雾传感器设计的主要要求为:低功耗,低成本,高可靠性。飞思卡尔半导体推出的MC9S08QG4的具有高集成度、高性能,低功耗,高性价比和优异的可靠性,非常适合用于烟雾传感器的设计。

  MC9S08QG4是采用高性能、低功耗的HCS08内核的飞思卡尔8位微控制器系列中具有很高的集成度的器件。MC9S08QG MCU集成了那些通常只有较大、较昂贵的元器件才具有的性能,包括背景调试系统以及可进行实时总线捕捉的内置在线仿真(ICE)功能,具有单线的调试及仿真接口。该产品的特色还包括一个可编程的16位定时器/脉冲宽度调制(PWM)模块(TPM)。

  MC9S08QG4提供了丰富的外设与HCS08内核的多功能组合,包括更长的电池寿命(即使工作电压低至1·8V,也能发挥最大效能)、领先的FLASH技术以及创新的开发支持。对于诸如无线通讯、手持式设备、小家电、基于简化型媒体访问控制器(SMAC)的应用,以及玩具等对功耗和尺寸要求较高的应用,MC9S08QG4是出色的解决方案。

  块状图

  火警安全系统全系统块状图如图1中所示:

图1火灾控制系统的块状图


控制器联网(CAN)总线
环行板
带有24V

电源的探测器总线
中央处理器
烟雾探测器
执行模块
告警按钮
24V DC电源
液晶显示器
键盘
报警器
不间断电源

  ·中央处理器

  中央处理器控制整个系统,定时询问每个烟雾探测器和告警按钮的状态,并通过环路板向每个执行模块发送命令。而且,它还提供带有TFT液晶显示器和键盘的操作员接口,如果出现火情,就显示位置并报警。

  ·环路板

  通常在火警安全系统中有10个或更多的环路板。环路板与中央处理器连接。RS485以前是环路板和中央处理器之间最常用的连接方法,但是控制器联网总线目前成为最现代的新型设计解决方案。

  每个环路板都提供一个带有模块数据的探测器总线,并在两条线上提供24V直流电源。根据不同生产商的产品不同,最多可以有240个烟雾探测器、告警按钮和执行模块连接在一个环路上。

  ·执行模块和告警按钮

  执行模块是执行设备,如遇到火灾时根据探测器总线传来的的命令打开洒水器。一般来说,这些模块包括一个或多个由MCU多点控制单元的GPIO通用输入/输出接口控制的中继。通常情况下,执行模块使用与烟雾探测器相同种类的MCU多点控制单元。

  告警按钮安装在走廊上,一旦遇到火灾或紧急事件,人们可以打破盖板,按下按钮进行报警。有时为了降低成本,使用更简单的MCU。

  执行模块和烟雾探测器的数量比是1:2或更少,系统中的告警按钮数量比执行模块数量少。

  ·电源

  整个火灾控制系统的电源是由UPS(不间断电源)提供的。24V直流电提供给中央处理器和每个环路板,然后环路板通过探测器总线将24V的直流电源提供给所有烟雾探测器、执行模块和告警按钮。通信数据可以在每根总线上调制。

  ·探测器的总线

  探测器总线是一种装有两条线的特殊控制总线,带有24V直流电源和调制数据。图2显示了探测器总线上的常见波形,但没有更具体的波形,因为不同的生产商定义不同的通信协议。

图2探测器总线调时


时钟
托管数据
主机数据
设备电流
代码1
代码0
OPEN

  调时决定了总线MCU频率的要求。

  虽然它是个三态代码,但是只使用两种状态来传输总线数据,1和0(24V和0V)。第三种状态OPEN用来表示主机等待某一设备响应的状态。在这种状态下,总线被设置为一个恒定的中间电压,例如12V,然后设备可从总线获得电流,总线此状态下作为一个电流回路。通过改变总线电流来代表逻辑1和0进行通信。

  ·烟雾探测器

  图3显示常用烟雾探测器的块状图

  环路中的每个烟雾探测器都有独特的地址代码。询问命令定时通过总线发射(例如:每三秒钟)这种询问命令是一个广播,可以由所有的烟雾探测器接收的。如果一个探测器检测到火情,它会将信息发送给控制器进行报告。

图3烟雾探测器块状图


  MCU所需的资源和功能

  以下是烟雾探测器应用所需的要求:
  ·非常低的功耗,对整个电路板所需的功率不超过400 uA
  ·一个信道模拟数字转换器(ADC)
  ·7个GPIO通用输入/输出接口
  ·一个用于定时功能的8位计时器
  ·监控器、计时器和低电压检测,用于保证系统安全
  ·16位的EEPROM电可擦写可编程只读存储器用于存储配置数据如地址和配置
  ·2K的闪存,80字节的内存

  停止模式

  QG4有四种操作模式,激活、等待、停止3、停止2和停止1。

  激活背景模式用于代码开发
  ·等待模式:
  。CPU停止操作来节约功率
  。系统时钟运行
  。保持全电压调节
  ·停止模式:CPU和总线时钟停止
  。停止1:内部电路完全停止,以最大限度地节约功率。
  。停止2:内部电路功率部分停止,保持内存内容。
  。停止3:所有内部电路可以快速恢复,保持内存和注册器中的内容。


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