煙霧檢測(cè)主板功能構(gòu)成?

煙霧探測(cè)與信號(hào)處理功能?

煙霧檢測(cè)主板的核心功能是實(shí)時(shí)探測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，核心元件為煙霧傳感器，主流采用光電式或離子式探測(cè)原理。光電式傳感器通過紅外發(fā)射管發(fā)射光線，正常狀態(tài)下紅外接收管接收不到光線（或僅微弱光線）；當(dāng)煙霧進(jìn)入探測(cè)腔時(shí)，光線被煙霧顆粒散射，接收管檢測(cè)到散射光并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度與煙霧濃度正相關(guān)。?

 

信號(hào)處理模塊對(duì)傳感器輸出的原始信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和 AD 轉(zhuǎn)換，放大電路采用低噪聲運(yùn)算放大器，將 mV 級(jí)微弱信號(hào)放大至伏級(jí)（放大倍數(shù) 100-1000 倍可調(diào)），確保微小煙霧濃度也能被識(shí)別。濾波電路由 RC 網(wǎng)絡(luò)（1kΩ 電阻 + 100nF 電容）組成，濾除 50Hz 工頻干擾和高頻噪聲，使信號(hào)信噪比≥60dB。AD 轉(zhuǎn)換器（12 位分辨率）將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，采樣頻率 10Hz，實(shí)時(shí)傳輸至主控芯片進(jìn)行濃度判斷。?

 

濃度判斷采用閾值比較法，主板預(yù)設(shè)兩級(jí)閾值：報(bào)警閾值（對(duì)應(yīng)煙霧濃度 0.65-1.3mg/m³，符合 GB 4715 標(biāo)準(zhǔn)）和預(yù)警閾值（約為報(bào)警閾值的 60%）。當(dāng)檢測(cè)值超過預(yù)警閾值時(shí)，主板啟動(dòng)預(yù)報(bào)警提示；超過報(bào)警閾值且持續(xù) 3 秒以上時(shí)，觸發(fā)正式報(bào)警，避免瞬時(shí)干擾導(dǎo)致的誤報(bào)。?

 

報(bào)警與聯(lián)動(dòng)控制功能?

報(bào)警功能通過聲光信號(hào)同步提示危險(xiǎn)，主板集成蜂鳴器和 LED 指示燈。蜂鳴器工作頻率 3kHz±500Hz，聲壓級(jí)≥85dB（距離 1 米處），采用間歇鳴響模式（響 1 秒停 1 秒），穿透力強(qiáng)；LED 指示燈為紅色高亮發(fā)光二極管，閃爍頻率 1Hz，與蜂鳴器同步動(dòng)作，在光線較暗處也能清晰可見。?

 

聯(lián)動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)與其他安防設(shè)備的協(xié)同工作，主板配備繼電器輸出接口（容量 250V/5A），報(bào)警時(shí)繼電器吸合，可觸發(fā)外接設(shè)備動(dòng)作，如啟動(dòng)排氣扇、關(guān)閉燃?xì)忾y、聯(lián)動(dòng)消防報(bào)警系統(tǒng)等。部分型號(hào)集成 RS485 或無線模塊（433MHz/zigbee），能將報(bào)警信號(hào)傳輸至監(jiān)控中心或用戶手機(jī)，傳輸延遲≤10 秒，支持遠(yuǎn)程查看實(shí)時(shí)狀態(tài)。?

 

報(bào)警狀態(tài)具有記憶功能，觸發(fā)報(bào)警后即使煙霧消散，仍保持報(bào)警狀態(tài)直至手動(dòng)復(fù)位（通過復(fù)位按鍵或遠(yuǎn)程指令），確保用戶能知曉曾發(fā)生過的危險(xiǎn)事件。復(fù)位后主板自動(dòng)進(jìn)入正常監(jiān)測(cè)狀態(tài)，無需重新上電。?

 

電源管理與續(xù)航功能?

電源管理支持多種供電方式，滿足不同安裝場(chǎng)景需求，包括市電供電（AC 220V）和備用電池供電（DC 9V/12V，通常為鋰電池或干電池）。市電供電時(shí)，通過電源適配器轉(zhuǎn)換為 DC 5V，為各模塊供電，同時(shí)為備用電池充電；斷電時(shí)自動(dòng)切換至電池供電，切換時(shí)間≤100ms，確保無縫續(xù)航。?

電池管理功能針對(duì)備用電池設(shè)計(jì)，采用涓流充電模式（充電電流 50-100mA），充滿后自動(dòng)停止，避免過充；當(dāng)電池電壓低于閾值（如 9V 電池降至 7.2V）時(shí)，主板發(fā)出低電量報(bào)警（LED 間隔 3 秒閃爍一次），提示更換電池。備用電池容量通常為 1200mAh，在市電中斷后可維持主板正常工作≥8 小時(shí)（報(bào)警狀態(tài)下≥4 小時(shí)），滿足應(yīng)急需求。?

 

低功耗設(shè)計(jì)延長(zhǎng)電池續(xù)航，主板在正常監(jiān)測(cè)狀態(tài)下功耗≤50mW（市電模式）、≤30mW（電池模式）；無煙霧時(shí)，傳感器和主控芯片可進(jìn)入間歇工作模式（工作 10 秒休眠 5 秒），進(jìn)一步降低功耗，電池模式下待機(jī)電流≤5mA。?

 

自檢與故障診斷功能?

自檢功能定期驗(yàn)證主板各組件的有效性，每日凌晨自動(dòng)執(zhí)行一次全面自檢：主控芯片發(fā)送測(cè)試信號(hào)至傳感器，檢查其響應(yīng)是否正常；檢測(cè)蜂鳴器和 LED 的驅(qū)動(dòng)電路；驗(yàn)證電源電壓和電池容量；檢查通信接口（如有）的連接狀態(tài)。自檢耗時(shí)≤10 秒，期間不影響正常監(jiān)測(cè)。?

 

故障診斷模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)傳感器故障（無響應(yīng)或信號(hào)異常）、電源電壓異常（市電中斷未切換電池）、電池欠壓、通信中斷等情況時(shí)，觸發(fā)故障報(bào)警：蜂鳴器發(fā)出不同于煙霧報(bào)警的聲信號(hào)（如響 0.2 秒停 0.2 秒），LED 黃色燈常亮（部分型號(hào)），同時(shí)記錄故障代碼（存儲(chǔ)在 EEPROM 中，可通過專用設(shè)備讀取）。?

 

故障分級(jí)處理機(jī)制確保核心功能優(yōu)先，傳感器輕微漂移時(shí)，主板自動(dòng)校準(zhǔn)補(bǔ)償；嚴(yán)重故障時(shí)（如傳感器完全失效），強(qiáng)制發(fā)出故障報(bào)警并鎖定，直至維修更換，避免帶病工作導(dǎo)致的漏報(bào)風(fēng)險(xiǎn)。?

 

靈敏度校準(zhǔn)功能?

靈敏度校準(zhǔn)確保長(zhǎng)期使用后檢測(cè)精度不下降，主板支持手動(dòng)校準(zhǔn)和自動(dòng)校準(zhǔn)兩種方式。手動(dòng)校準(zhǔn)需在潔凈空氣中進(jìn)行，通過專用工具發(fā)送校準(zhǔn)指令，主板將當(dāng)前傳感器輸出值設(shè)為零點(diǎn)，調(diào)整報(bào)警閾值基準(zhǔn)；自動(dòng)校準(zhǔn)則由主控芯片定期（每 30 天）執(zhí)行，基于歷史數(shù)據(jù)判斷傳感器漂移趨勢(shì)，微調(diào)閾值補(bǔ)償，校準(zhǔn)幅度≤±10%/ 年，確保符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。?

 

校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，斷電后可保存 10 年以上，包括最近 10 次校準(zhǔn)記錄（時(shí)間、校準(zhǔn)值、環(huán)境溫濕度），便于追溯設(shè)備狀態(tài)。對(duì)于需要強(qiáng)制檢定的場(chǎng)景，主板預(yù)留校準(zhǔn)接口，支持計(jì)量機(jī)構(gòu)使用標(biāo)準(zhǔn)煙霧發(fā)生器進(jìn)行精確標(biāo)定。?

 

煙霧檢測(cè)主板設(shè)計(jì)要點(diǎn)?

可靠性與抗干擾設(shè)計(jì)?

可靠性是煙霧檢測(cè)主板的核心要求，設(shè)計(jì)壽命需≥5 年（平均無故障時(shí)間≥10000 小時(shí)）。元件選型采用工業(yè)級(jí)器件，煙霧傳感器選用長(zhǎng)壽命型號(hào)（MTBF≥50000 小時(shí)），主控芯片工作溫度范圍 - 10-60℃，電容采用固態(tài)電容（壽命≥1000 小時(shí) @105℃），確保在溫濕度波動(dòng)較大的環(huán)境中穩(wěn)定工作。?

 

抗干擾設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決環(huán)境因素對(duì)檢測(cè)精度的影響，傳感器探測(cè)腔采用迷宮式結(jié)構(gòu)，減少灰塵、昆蟲進(jìn)入（防護(hù)等級(jí) IP20），同時(shí)通過光學(xué)濾鏡過濾環(huán)境光干擾（僅允許特定波長(zhǎng)紅外光通過）。電路布局將強(qiáng)電部分（電源轉(zhuǎn)換）與弱電部分（傳感器、信號(hào)處理）分離，間距≥5mm，強(qiáng)電回路采用寬銅箔（≥2mm），弱電回路添加接地屏蔽層，減少電磁耦合。?

 

電源輸入端設(shè)置 EMI 濾波器（共模電感 + 安規(guī)電容），抑制電網(wǎng)傳導(dǎo)干擾，使傳導(dǎo)騷擾限值符合 GB 14536.1 標(biāo)準(zhǔn)（30MHz 以下≤54dBμV）；信號(hào)處理電路添加瞬態(tài)抑制二極管（TVS），防止靜電放電（接觸放電 ±6kV）對(duì)芯片的損壞。?

 

靈敏度與穩(wěn)定性平衡設(shè)計(jì)?

靈敏度與穩(wěn)定性需兼顧，避免誤報(bào)與漏報(bào)。傳感器選擇需滿足低濃度響應(yīng)（能檢測(cè) 0.1mg/m³ 以上煙霧）和高穩(wěn)定性（漂移≤5%/ 年），光電式傳感器優(yōu)先采用雙光束設(shè)計(jì)，通過比較兩束光線的散射差異，抵消環(huán)境因素導(dǎo)致的基線漂移。?

 

信號(hào)處理采用動(dòng)態(tài)閾值算法，主控芯片根據(jù)環(huán)境溫濕度（通過內(nèi)置溫濕度傳感器采集）實(shí)時(shí)調(diào)整報(bào)警閾值：濕度≥85% RH 時(shí)閾值提高 10%（防止潮濕導(dǎo)致的誤報(bào)）；溫度≥40℃時(shí)閾值降低 5%（補(bǔ)償高溫對(duì)煙霧擴(kuò)散的影響），使實(shí)際有效閾值保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。?

 

電路穩(wěn)定性設(shè)計(jì)包括基準(zhǔn)電壓源（精度 ±0.5%）為 AD 轉(zhuǎn)換提供參考，傳感器供電采用線性穩(wěn)壓器（紋波≤1mV），避免開關(guān)電源噪聲影響探測(cè)精度，確保長(zhǎng)期使用后靈敏度衰減不超過 15%。?

 

低功耗與環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)?

低功耗設(shè)計(jì)針對(duì)電池供電場(chǎng)景，主控芯片選用低功耗 MCU（如 MSP430 系列），正常工作電流≤1mA，休眠電流≤10μA，通過定時(shí)器喚醒實(shí)現(xiàn)間歇工作；傳感器在休眠期間斷電，僅在檢測(cè)周期內(nèi)上電（每次上電時(shí)間≤1 秒），降低待機(jī)功耗。?

 

環(huán)境適應(yīng)性需覆蓋寬溫濕度范圍，工作溫度 - 10-55℃，存儲(chǔ)溫度 - 20-60℃，濕度 5%-95% RH（無凝結(jié)）。PCB 板采用 FR-4 基材（Tg≥130℃），表面涂覆三防漆（厚度 50-80μm），具備防潮、防霉菌性能；關(guān)鍵接口（如電源接口、繼電器接口）采用防水連接器（防護(hù)等級(jí) IP40），適應(yīng)廚房、浴室等潮濕環(huán)境。?

 

抗振動(dòng)設(shè)計(jì)確保安裝在墻面或天花板上的穩(wěn)定性，PCB 板邊緣設(shè)置防震安裝孔，通過橡膠墊與外殼連接，能承受 10-500Hz、加速度 10g 的振動(dòng)測(cè)試，測(cè)試后無元件松動(dòng)或參數(shù)漂移。?

 

安裝與維護(hù)便利性設(shè)計(jì)?

安裝便利性體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)緊湊與接口標(biāo)準(zhǔn)化，主板尺寸控制在 50mm×70mm 以內(nèi)，預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)安裝孔位（間距 60mm），兼容主流底盒；電源接口采用通用 DC 插座（5.5mm×2.1mm），繼電器輸出采用端子排（間距 2.54mm），方便施工人員接線。?

 

維護(hù)便利性通過自檢與狀態(tài)指示實(shí)現(xiàn)，主板通過 LED 顏色和閃爍頻率直觀反饋狀態(tài)：綠色常亮表示正常，黃色閃爍表示低電量，紅色閃爍表示報(bào)警，紅色常亮表示故障，無需專業(yè)工具即可判斷設(shè)備狀態(tài)。部分型號(hào)支持遠(yuǎn)程自檢指令，通過手機(jī) APP 即可觸發(fā)自檢，查看電池電量、傳感器狀態(tài)等信息，減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)成本。?

 

煙霧檢測(cè)主板組成元件?

核心控制與檢測(cè)元件?

核心控制元件包括主控芯片和煙霧傳感器。主控芯片為 8 位 / 32 位 MCU，集成 AD 轉(zhuǎn)換器（12 位）、定時(shí)器、GPIO 接口，工作電壓 3.3V/5V，主頻 8-24MHz，負(fù)責(zé)信號(hào)處理、報(bào)警邏輯判斷、電源管理和故障診斷，程序存儲(chǔ)容量≥16KB，支持在線升級(jí)。?

 

煙霧傳感器為光電式或離子式，光電式傳感器包含紅外發(fā)射管（波長(zhǎng) 940nm）和接收管，探測(cè)腔體積 1-3cm³，響應(yīng)時(shí)間≤30 秒（煙霧濃度 1.0mg/m³ 時(shí)）；離子式傳感器靈敏度更高（最小檢測(cè)濃度 0.1mg/m³），但受限于環(huán)保要求應(yīng)用較少。傳感器輸出為模擬信號(hào)（0-5V）或數(shù)字信號(hào)（I2C/SPI），與主控芯片直接通信。?

 

信號(hào)處理與放大元件?

信號(hào)處理元件包括運(yùn)算放大器、濾波電容和 AD 轉(zhuǎn)換器。運(yùn)算放大器為低噪聲型號(hào)（輸入失調(diào)電壓≤1mV），組成同相放大電路，放大倍數(shù)可通過外接電阻調(diào)節(jié)（100-1000 倍），確保微弱煙霧信號(hào)被有效捕捉。?

 

濾波電容由陶瓷電容（100nF）和電解電容（10μF）組成，分別濾除高頻和低頻噪聲；AD 轉(zhuǎn)換器若主控芯片未集成，則采用獨(dú)立芯片（如 ADS1115），轉(zhuǎn)換速率≥128SPS，確保實(shí)時(shí)性。?

 

報(bào)警與聯(lián)動(dòng)元件?

報(bào)警元件包括蜂鳴器和 LED 指示燈。蜂鳴器為有源壓電式（工作電壓 3V/5V），聲壓級(jí) 85-100dB，頻率穩(wěn)定，功耗≤100mW；LED 為 5mm 直徑高亮紅光二極管（亮度≥5000mcd），串聯(lián) 1kΩ 限流電阻，確保長(zhǎng)期工作不損壞。?

 

聯(lián)動(dòng)元件主要是繼電器，采用小型電磁繼電器（觸點(diǎn)容量 250V/5A），線圈電壓 5V，吸合電流≤30mA，釋放時(shí)間≤10ms，用于控制外接設(shè)備；部分型號(hào)采用固態(tài)繼電器（無觸點(diǎn)），適合高頻次動(dòng)作場(chǎng)景，壽命≥10 萬次。?

 

電源管理元件?

電源管理元件包括電源適配器、穩(wěn)壓芯片和電池管理芯片。電源適配器將 AC 220V 轉(zhuǎn)換為 DC 5V/12V，輸出電流≥500mA，具備過流、過壓保護(hù)；穩(wěn)壓芯片（如 LDO）將輸入電壓轉(zhuǎn)換為 3.3V，為 MCU 和傳感器供電，輸出紋波≤10mV，輸出電流≥300mA。?

 

電池管理芯片負(fù)責(zé)備用電池的充放電管理，支持鋰電池或鎳氫電池，充電電流 50-100mA，充滿截止電壓 4.2V（鋰電池）或 1.4V / 節(jié)（鎳氫電池），具備過充、過放、短路保護(hù)，確保電池安全。?

保護(hù)元件包括保險(xiǎn)絲（250V/500mA）和 TVS 二極管，保險(xiǎn)絲串聯(lián)在市電輸入端，過流時(shí)熔斷；TVS 二極管并聯(lián)在電源接口，吸收 ±8kV 靜電和浪涌電壓。?

 

輔助與接口元件?

輔助元件包括晶振、電阻、電容和 EEPROM。晶振為 MCU 提供時(shí)鐘信號(hào)（頻率 8MHz），精度 ±20ppm，確保定時(shí)和采樣周期準(zhǔn)確；電阻用于設(shè)定放大倍數(shù)、校準(zhǔn)閾值，精度 ±1%；電容包括去耦電容（100nF）和儲(chǔ)能電容（10-100μF），穩(wěn)定電源電壓。?

 

EEPROM（容量≥2KB）用于存儲(chǔ)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、故障記錄和設(shè)備參數(shù)，斷電后數(shù)據(jù)保存≥10 年；接口元件包括電源接口（DC 插座）、繼電器接口（端子排）、復(fù)位按鍵（輕觸式）和通信接口（如 RS485 端子），復(fù)位按鍵用于手動(dòng)清除報(bào)警狀態(tài)，壽命≥1 萬次。?