芯耀
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Miao Xia，Engineer
近年来，随着智能建筑和大型商业设施的建设，安全成为了最为重要的课题之一。在商业建筑中一旦发生火灾极易造成大量人员伤亡以及财产损失。因此各国消防法基本都强制要求商业建筑中必须设置火灾报警系统，这使得烟雾探测器市场在全球范围内呈现出稳步增长的趋势。近年来随着PU等高分子材料在建筑中大量使用，导致火灾时产生的烟雾变得更为密集且颗粒更加微细，这增加了烟雾探测器对烟雾识别的难度，也对其性能提出了更高的标准。
瑞萨所提供的烟雾探测器解决方案按照UL 268标准要求开发，不仅满足市场对于高精度，低误报的需求，且功耗极低，为运营商节省部署费用。接下来，将对本解决方案的特长进行介绍。
烟雾探测器工作原理
市场上常见烟雾探测器有离子式，光电式和热敏式等类型，其中光电式烟雾探测器以其低成本且高灵敏度的优势被广泛使用。其工作原理如下图所示，由LED和光电二极管组成，LED不会直接照射光电二极管，因此未发生火灾时光电二极管接收不到LED发出的光信号。当火灾发生时，LED发出的光信号被火灾产生的烟雾颗粒散射使得光电二极管能够接收到LED发出的光信号，由此来判断是否有烟雾发生从而报警。
图1.光电式烟雾探测器的工作原理
传统光电式烟雾探测器通常只使用红外线LED来进行烟雾判断，但随着标准的严格化，越来越难满足标准的要求。由于在颗粒大小和入射光波长接近的情况下散射最为明显所以为了满足标准，提高烟雾检测灵敏度，会使用多种不同波长的LED来提升烟雾探测器对于不同材料燃烧所产生烟雾的检测灵敏度，以实现早期火灾检测，同时降低对油烟灰尘等的误报。
图2.多波长式LED案例
瑞萨提供的解决方案
为了满足UL 268标准的要求，瑞萨提供了面向商业楼宇的多波长烟雾探测器解决方案。该方案主要由RL78/G22微控制器、AFE IC、红外线LED、蓝色LED以及光电二极管组成。考虑到面向于商业楼宇的烟雾探测器的规格要求，该解决方案的主电源设计为24~40V，并在电源供给部分采用了电流限制电路（<160µA）。
图3.本解决方案的硬件构造
该方案的主要特长是：
检测灵敏度高：利用不同波长的光对不同大小的烟粒子具有不同散射效率的原理，采用蓝色LED和红外线LED来进行烟雾检测。
降低BOM成本：使用通过简化微控制器与光电式烟雾探测器AFE IC的结构，最大限度的减少了外部电子元件的使用并且实现了PCB板的小型化。
超低功耗：这次使用的RL78/G22，是业界最高水准的低功耗通用微控制器（CPU工作时：37.5μA/MHz；STOP时：200nA）。通过其配备的SNOOZE模式可编程控制器（在CPU待机的状态下也能运行）使得烟雾探测器的系统功耗显著降低，下图对比了现有产品在未发生火灾时对LED和感应二极管进行间隔通电状况下的电流（待机电流）消耗情况。
超低功耗对于传统型火灾报警系统是极其重要的。在商业楼宇的烟雾探测器中，因为传统型烟雾探测器的性价比高而被广泛使用。本解决方案所对应的传统型火灾报警系统由探测器，控制器和报警器等组成。在火灾报警系统中使用的单个探测器的功耗越低，则每个子系统区域内可连接的烟雾报警器数量就越多，由此使用本烟雾探测器解决方案可以有效降低感应器功耗以减少建筑内的子系统数量，从而减少部署成本。
图4.与现有产品的待机电流比较
图5.传统型火灾报警系统
解决方案的评估支持
为了方便客户进行评测，如下图所示将评估板与电脑连接后可以通过Tera Term读取光电二极管所接收的各个LED的参数，可视化烟雾识别的过程。同时，也方便客户在调试参数时进行评估。
※注意：此功能需要连接额外的USB串口转换器
图6.读取评估板参数的方法
智能楼宇时代的烟雾探测器新趋势
随着智能楼宇与IoT技术的发展，烟雾探测器正从“独立报警装置”转变为建筑安全网络中的智能节点。未来的探测器不仅能感知烟雾，更能通过无线通信与AI算法，实现远程监控、误报抑制、预测性维护，成为楼宇安全系统的核心组成部分。
低功耗与高可靠性是这一变革的关键。通过超低功耗微控制器（RL78、RA系列）、物联网技术与AI边缘计算技术等，助力客户实现长寿命、智能化的探测方案。瑞萨将持续推动从“探测安全”迈向“感知未来”，与合作伙伴共同打造更智能、更安全的楼宇生态。
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多波长烟雾探测器解决方案
https://www.renesas.cn/zh/design-resources/reference-designs/rtk7rl22smd00000bj
RL78/G22
https://www.renesas.cn/zh/products/rl78-g22
AFE IC
https://www.renesas.cn/zh/products/raa239101
