一种双光路烟雾感测芯片及烟雾感测方法

摘要

本发明公开了一种双光路烟雾感测芯片及烟雾感测方法，烟雾感测芯片包括MCU、LED驱动器、光感反馈侦测单元、温度感测单元、多工器、模数转换器、数字滤波器、振荡器，由两组光感反馈侦测单元通过内置高效MCU处理器进行数值计算和比较分析，利用烟雾探测室中散射的光线光强度配合温度感测来判断是否有烟雾，解决了现有技术无法敏锐地探测烟雾，感测烟雾的耗时较长的问题，提高了烟雾感测的效率以及灵敏度。

说明书

技术领域

本申请涉及电数字数据信号处理技术领域，特别是涉及一种双光路烟雾感测芯片及烟雾感测方法。

背景技术

随着数字信号处理、半导体等行业的不断发展，烟雾探测器被广泛应用于火灾探测，在火灾的预防极其重要。烟雾感测芯片作为烟雾探测器的核心单元，对传感器信号进行采集、处理，控制烟雾探测器的工作。

现有技术中，烟雾感测芯片通过烟敏电阻的电离室引起的电压变化来感知烟雾粒子的微电流变化，当烟雾粒子进入电离室则会改变电离室空气电离状态，从而表现为电离室的等效电阻增加引起电离室两端电压增大，由此来感测烟雾。但是现有技术的方法对明火产生的小颗粒烟雾粒子十分敏感，对于颗粒直径较大的阴燃烟雾粒子感测灵敏度偏低，无法敏锐地探测烟雾，感测烟雾的耗时也较长。

发明内容

基于上述问题，本发明提出了一种双光路烟雾感测芯片，内含双波段光学LED感测组件，基于T矩阵法选取双波长入射光，对火灾烟颗粒与非火灾烟雾颗粒的光散射矩阵，由两组光感反馈侦测接收器，透过内置高效MCU处理器，进行详细的数值计算和比较分析，利用烟雾探测室中散射的光线光强度配合温度感测来判断是否有烟雾，解决了现有技术无法敏锐地探测烟雾，感测烟雾的耗时较长的问题，提高了烟雾感测的效率以及灵敏度。

本发明提供如下技术方案：

一种双光路烟雾感测芯片：

包括：MCU、至少一LED驱动器、光感反馈侦测单元、温度感测单元、多工器、模数转换器、数字滤波器、振荡器；

所述MCU用于处理侦测算法；

所述LED驱动器用于启动光源对烟雾进行感知；

所述光感反馈侦测单元用于接收光源反射信号；

所述温度感测单元用于进行多重温度侦测；

所述多工器用于隔离光感反馈侦测单元、数字滤波器输入的信号；

所述模数转换器用于将所述多工器输出的模拟信号转为数字信号传递至所述数字滤波器；

所述数字滤波器用于放大信号及降噪并将经过滤波的信号传递至所述MCU；

所述振荡器用于将直流电流转换为交流。

进一步地，所述光感反馈侦测单元为电流比较器。

进一步地，所述光感反馈侦测单元为电流比较器。

进一步地，所述双光路烟雾感测芯片还包括线性降压器、带隙基准源、闪存、数模转换器、串行外设接口、双向二线制同步串行总线、通用异步收发传输器以及通用输入输出。

进一步地，所述线性降压器连接带隙基准源，用于外部电压通过所述线性降压器、带隙基准源进入芯片产生额定电压以驱动芯片工作。

进一步地，所述双光路烟雾感测芯片模块最优尺寸为3.6 mm x4.8 mm x0.9mm。

此外，本发明还提出了应用所述双光路烟雾感测芯片的烟雾感测方法，具体步骤如下：

步骤101，接通外部电源，外部电压进入芯片，经过线性降压器和带隙基准源产生额定电压，驱动所述双光路烟雾感测芯片内部单元工作；

步骤102，LED驱动器启动第一LED和第二LED光源感知烟雾；

步骤103，光源反射经由光感反馈侦测单元接收，并与温度感测单元作为合并输入至振荡器处理，将直流电流转换为交流；

步骤104，光感反馈侦测单元、温度感测单元经过处理的信号传递至多工器隔离生成第一模拟信号，所述第一模拟信号传递至模数转换器将模拟信号转为第一数字信号，所述第一数字信号通过数字滤波器放大N倍传递至MCU；

步骤105，所述MCU调取闪存中的算法处理第一数字信号并输出。

进一步地，所述N的区间为[100，1000]。

本发明公开了一种一种双光路烟雾感测芯片及烟雾感测方法，烟雾感测芯片包括MCU、LED驱动器、光感反馈侦测单元、温度感测单元、多工器、模数转换器、数字滤波器、振荡器，由两组光感反馈侦测单元通过内置高效MCU处理器进行数值计算和比较分析，利用烟雾探测室中散射的光线光强度配合温度感测来判断是否有烟雾，解决了现有技术无法敏锐地探测烟雾，感测烟雾的耗时较长的问题，提高了烟雾感测的效率以及灵敏度。

附图说明

附图1为本发明的双光路烟雾感测芯片的结构示意图；

附图2为本发明的双光路烟雾感测芯片的芯片脚位示意图；

附图3为本发明的双光路烟雾感测芯片的感测方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本发明提出了一种双光路烟雾感测芯片，内含双波段光学LED感测组件，基于T矩阵法选取双波长入射光，对火灾烟颗粒与非火灾烟雾颗粒的光散射矩阵，由两组光感反馈侦测接收器，透过内置高效MCU处理器，进行详细的数值计算和比较分析，利用烟雾探测室中散射的光线光强度配合温度感测来判断是否有烟雾，解决了现有技术无法敏锐地探测烟雾，感测烟雾的耗时较长的问题，提高了烟雾感测的效率以及灵敏度。

具体的，本发明提出了一种双光路烟雾感测芯片，如附图1所示，是本发明双光路烟雾感测芯片的结构示意图。本发明的双光路烟雾感测芯片主要由三大部分组成：1）MCU；2）LED驱动器、光感反馈侦测单元及温度感测单元；3）数字滤波器。其中，所述双光路烟雾感测芯片至少包括一组LED驱动器，两组光感反馈侦测单元，所述光感反馈侦测单元为电流比较器，如图1所示的电流比较器1、2；所述数字滤波器包括可编程增益放大器；

所述MCU处理侦测算法，内置的两组发光LED驱动器与两组光感反馈侦测及温度感应侦测器提供多重温度侦测，内置的数字滤波器并提供500倍放大及专用降噪电路设计搭配firmware算法可以处理20bits运算。

此外，本发明的双光路烟雾感测芯片还包括多工器、模数转换器、振荡器、线性降压器、带隙基准源、闪存、数模转换器、SPI串行外设接口、I2C双向二线制同步串行总线、UART通用异步收发传输器以及GPIO通用输入输出端口。其中模数转换器最优为14位模数转换器，闪存用于存储运算相关参数。

所述双光路烟雾感测芯片模块最优尺寸为3.6 mm x4.8 mm x0.9mm。

附图2为芯片脚位示意图，脚位定义如下：

如附图3所示，所述双光路烟雾感测芯片工作时，接通外部电源，外部电压进入芯片，经过线性降压器和带隙基准源产生稳定的额定电压，驱动所述双光路烟雾感测芯片内部各单元工作。所述LED驱动器启动LED1和LED2两组光源对烟雾进行感知，光源反射经由2个电流比较器接收，并与温度感测单元作为合并输入，同时在振荡器的作用下将直流电流转换为交流，进入多工器将3 组信号隔离，送入模数转换器将模拟信号转为数字信号，通过数字滤波器做大可将信号放大N倍（N的最优值为500，可以是100-1000倍）传入MCU，MCU调取闪存中的算法及数据进行处理后根据不同接口通信协议的要求输入输出。

上述本发明的实施方式是本发明的元件和特征的组合。除非另外提及，否则所述元件或特征可被视为选择性的。各个元件或特征可在不与其它元件或特征组合的情况下实践。另外，本发明的实施方式可通过组合部分元件和/或特征来构造。本发明的实施方式中所描述的操作顺序可重新排列。任一实施方式的一些构造可被包括在另一实施方式中，并且可用另一实施方式的对应构造代替。对于本领域技术人员而言明显的是，所附权利要求中彼此没有明确引用关系的权利要求可组合成本发明的实施方式，或者可在提交本发明之后的修改中作为新的权利要求包括。

在固件或软件配置方式中，本发明的实施方式可以模块、过程、功能等形式实现。软件代码可存储在存储器单元中并由处理器执行。存储器单元位于处理器的内部或外部，并可经由各种己知手段向处理器发送数据以及从处理器接收数据。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。