基于A5303的光电烟雾探测器设计

门秀萍

(安徽财经大学管理科学与工程学院，安徽 蚌埠 233030)

按照国家安全标准要求，各种民用建筑、公众场所、商业地产和工业厂房等都必须配备火灾预防和报警装置。而在这些建筑中安装独立式和非独立式烟雾探测器已成为一种强制要求。烟雾探测器按工作原理可分为光电原理和电离原理［1］。本文提出了一个基于Allegro公司于2010年推出的光电烟雾探测器A5303芯片设计的一种独立式光电烟雾探测器，它器件少，可靠性高，简单实用。

1 光电烟雾探测器原理

独立式烟雾探测器是一种光电烟雾探测器。光电式烟雾探测器使用光散射或反射原理来判断是否存在可视烟雾［2］。它采用特制的光学迷宫作为烟雾传感器，烟雾传感器内装有红外发射二极管(IRE diode)和红外接收二极管(IRR diode)。无烟雾时，红外接收二极管接收不到红外发射二极管发出的红外光，烟雾传感器内是暗的;当烟雾进入光学迷宫时，通过散射和反射，烟雾传感器内的亮度达到一定值后，红外接收二极管将接收到红外光，并触发A5303芯片设定的阈值后发出声光报警。

2 基于A5303光电烟雾探测器硬件设计

2.1 A5303主要特性、优势及内部框图

A5303芯片是一种带互连、计时器和锁存告警指示灯的光电烟雾探测器，内部框图如图1所示。

图1 A5303内部框图

A5303的主要特性和优势如下:

超低的平均待机电流实现长达10年的电池寿命;

2.3～5.5 V 工作电压范围;

互连选项;

逻辑输出控制外置声音IC;

电池电量低检测与警告;

其次，各小微企业在加强对外合作交流的同时，通过互联网等多种途径进行技术创新、产品创新，不断引入新技术，采取O2O模式，线上线下共同发展，增强行业竞争能力，强化自身。要积极响应政府号召，抓住大众创业、万众创新的机遇，转变经营管理理念，进行管理创新组织创新，吸纳更多的年轻人进入行业内部，为行业发展注入新血液、新动力。

光室灵敏度测试与警告;

三重模式判别光室警告;

上电复位;

输入/输出的数字过滤器可提供超卓的抗扰度;

计时器模式用于启动降低灵敏度期间;

内置电路减少错误触发;

所有管脚提供ESD保护电路;

间歇报警声模式，符合 UL217、NFPA72和ISO8201标准;

锁存告警指示灯识别触发告警的器件。

2.2 工作模式分析

基于A5303设计的光电烟雾探测器电路如图2所示。烟雾传感器中的红外接收二极管阴极和N1的引脚10直接连接，阳极与C2一端相连接，红外发射二极管与N1的引脚8直接连接，阳极与R4相连。红外发射二极管IRED电流设置为100 mA(300 mA/R5)。内部定时器周期由R7和C3决定。光电烟雾探测器有5种工作模式，它们分别是:待机模式、低电压工作模式、按键测试模式、定时器模式和烟雾检测模式。平常处于烟雾检测模式。

图2 A5303光电烟雾探测器电路图

待机模式:平时处于待机模式，红色发光管LED2不亮(将N1引脚4置低电平)，以节省电池电量。与N1引脚11连接的电容器C2确定光学放大器在待机模式的增益水平(Ae=1+(C2/12))，在待机和计时器模式中选择低增益。由于内置定时器电路每10 s仅探测烟雾100 μs，从而大幅降低待机功耗。

低电压工作模式:当A5303芯片检测到引脚6上的电压低至2.5 V时，则认为电池电压低于2.5 V，启动低电压工作模式，蜂鸣器B1和红色发光二极管LED2会按照A5303芯片内部设置的模式进行声光报警。通过在N1引脚6上接一电阻到电源或地上可以增大或降低低电压门限。

按键测试模式:进入按键测试模式只需按下按键S1并保持一个振荡周期即可，当测试成功，蜂鸣器会报警;当测试失败，蜂鸣器不会报警。引脚12的电容C1确定光学放大器在按键测试模式和烟雾检测模式的增益水平(Ae=1+(C1/12))。

定时器模式:通过设置N1引脚5的电平可以使能/禁止定时器模式(当N1引脚5的电平≥50 mV时，N1引脚17(平常处于低电平)产生一个下降沿复位后(按一下后释放按键S1)，定时器模式使能。当N1引脚5的电平≤50 mV时，定时器模式被禁止。定时时间约10 min。定时器模式可以让人们临时关闭光电烟雾检测器，如，做饭时，会产生大量的油烟，光电烟雾检测器可能会发生误报警。

烟雾检测模式:当发生本地告警时，进入烟雾检测模式，内部逻辑控制器产生一个104 μs的高脉冲(由 R6、C3决定:TIRED=0.693R6C3)，导通内部的三极管，N1引脚8产生一个104 μs低脉冲，红外发射二极管发出红外光，当烟雾进入光学迷宫时，通过折射、反射，N1引脚10连接的红外接收二极管导通，内部光学放大器产生一个逻辑电平低，送至内部逻辑控制器，内部逻辑控制器产生一个驱动蜂鸣器的信号到N1引脚18。内部的光学放大器增益增加约45%，以提供滞后时间，防止误报警。可以通过按一下后释放按键S1来取消报警。

此外，光电烟雾检测器可以连接远程设备，进行远程报警，锁存本地报警指示信号，整合了特殊的三阶加速感测方案，以缩短发出声音告警的时间，同时减少误触发。光室灵敏度定期予以监控，当出现2个连续的灵敏度下降周期时，将发出警告信号。

3 测试波形

将电容器C1与N1引脚12断开，通过调节电位器R8调整脚的位置，可以改变N1引脚10的电平，模拟烟雾检测模式。当N1引脚10电平低于0.9 V时，N1引脚18产生报警信号。测试波形如图3所示。

由此可见，调节R8电平较高时，无报警脉冲出现;调节R8使工作点电平下降，当锯齿波下端达到报警比较器的报警基准电压时，CH2就有一个一定宽度的报警脉冲出现。

4 结语

该独立式光电烟雾探测器，主控芯片及外围器件多选用低功耗、低成本的器件，外围器件少，可靠性高，简单实用。实验表明，该设计能够很好地完成烟雾检测功能，并能够即时报警，以免造成财产损失。

图3 测试结果

［1］瞿少成，曲豪，张昆明，等.基于MSP430单片机的光电烟雾探测器设计［J］.微计算机信息，2008(12):87 －88.

［2］郭为华.基于PSoC的智能光电式烟雾探测器的设计与实现［J］.电脑与电信，2007(8):48－49.