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基于RJM8L151的家用可燃气体报警器方案

2019-12-11 10:42:57 来源:银河国际网站器件银河国际官网网

【大比特导读】家用可燃气体报警器的系统设计以微控制器为核心,配合传感器采样电路、声光报警电路等外围电路完成气体浓度的采集、数据处理、故障检测和声光报警等功能,系统结构框图如上图所示。报警器实时监测空气中危险气体含量,并在报警状态下输出声光报警,驱动外联控制设备。

家用可燃气体报警器是通过探测空气中的燃气浓度来输出报警信号的装置。报警器的核心部件是可燃气体传感器,安装在可能发生燃气泄露的场所,当燃气在空气中的浓度超过设定值,报警器就会触发报警,发出声光报警信号,带联动装置的报警器还可以同时启动排风设备、关闭燃气管道阀门等,保障居民的生命和财产安全。

基于RJM8L151的家用可燃气体报警器方案

一、基于RJM8L151C8T6的家用可燃气体报警器方案

家用可燃气体报警器的系统设计以微控制器为核心,配合传感器采样电路、声光报警电路等外围电路完成气体浓度的采集、数据处理、故障检测和声光报警等功能,系统结构框图如上图所示。报警器实时监测空气中危险气体含量,并在报警状态下输出声光报警,驱动外联控制设备。本系统选用了瑞纳捷电子设计的低功耗物联网安全MCU—RJM8L151C8T6,其内置64KB Flash存储器和8KB SRAM,LQFP48封装。整个系统的硬件电路部分包括:MCU电路、电源电路、按键电路、实时时钟电路、气体检测电路、声光报警电路、无线数据传输电路等。

基于RJM8L151的家用可燃气体报警器方案

传感器检测电路的主要作用是将所检测气体浓度的变化转换成标准的电信号,并将其传送给单片机进行AD转换,为后续电路的数据分析、处理做准备。信号采集电路直接关系到后面的数据处理部分,在整个系统中起到很重要的作用,这就要求其采样电路的结构设计要尽可能简单,干扰尽可能小,能够真实准确地检测出相应气体的浓度变化。

RJM8L151C8T6负责整个报警器系统的数据采集、处理、分析和报警逻辑的判断,是报警器系统设计中的重要元器件,RJM8L151C8T6具有高速、低功耗、低成本的特点,非常符合该设计需求。

二、RJM8L151系列低功耗安全MCU

鉴于物联网终端设备对功耗和安全问题的迫切需求,瑞纳捷电子推出了RJM8L151系列是超低功耗安全MCU,非常适用于电池供电的物联网终端设备。RJM8L151系列不仅具备出色的运行和待机功耗表现,还内置了硬件真随机数发生器和AES/DES/SM4硬件加密引擎。集成12位高精度逐次逼近型ADC和2通道的多功能比较器,对物联网传感器的高精度、实时检测极为有益。RJM8L151丰富的外围接口使扩展各种通信模块、功能模块更加方便。RJM8L151基于增强型哈佛架构的CPU内核和多级流水线指令系统,相同时钟频率的处理性能是传统8051的3倍,采用Keil uVision4或IAR集成开发环境开发调试银河国际官网代码。RJM8L151系列安全MCU的硬件框图如图3所示。

基于RJM8L151的家用可燃气体报警器方案

图3 RJM8L151系列安全MCU硬件框图

RJM8L151有4个时钟源:内部高速时钟、内部低速时钟、外部高速时钟和外部低速时钟。RJM8L151的时钟控制模块将这几个时钟源通过灵活的配置分频实现不同的功耗和性能需求。辅助系统时钟可以使用内部低速时钟或外部低速时钟实现低功耗的要求,主系统时钟提供给RJM8L151的CPU,子系统时钟为外设提供给时钟源。多样的时钟资源可以降低系统消耗,辅助系统时钟在保持低功耗的同时也可以接受外部中断,响应外部环境的变化。使用内部高速RC振荡器作为主系统时钟,不仅可以省去一个外部的高速晶振,同时可以快速唤醒MCU来降低功耗。

RJM8L151设计了丰富的定时模块,包括2个16位基本定时器,1个16位通用定时器支持输入捕获/输出比较/PWM输出功能。2个16位高级定时器除了支持输入捕获/输出比较/PWM输出功能,还支持12对互补PWM输出。1个实时时钟RTC模块,产生年、月、日、时、分、秒,并有自动闰年补偿功能,采用外部32.768kHz晶振提供时钟可使计时误差更小。RJM8L151内嵌15位窗口看门狗定时器,采用系统时钟计时,溢出时可产生中断或复位信号,待机模式下停止计数。

RJM8L151单片机的开发环境是Keil uVision4。Keil是全球领先的嵌入式系统开发工具供应商,uVision4是C/C++编译器和调试器的集成开发环境(IDE)的第4版本,其中的Keil C51支持RJM8L151的开发调试,该环境集编辑,编译,仿真于一体,支持汇编和C语言的程序设计。

RJM8L151系列MCU配备了高效的在线仿真器和下载器,既可以方便前期开发调试又为后期生产安装提供了方便。RJM8L151支持标准JTAG下载和调试,可以不使用仿真器,用离线编程器就可以实现对内存Flash的修改,提高了批量烧录的效率,也为程序升级维护提供了方便。

三、基于RJM8L151的家用可燃气体报警器方案的优势

1. 超低功耗。RJM8L151系列MCU多达6种低功耗管理模式,待机功耗低至0.35uA,待机唤醒时间低于5us。大大延长水表电池的使用寿命,实现报警器在整个生命周期内不用更换。

2. 接口丰富。RJM8L151系列MCU集成4路SPI接口和4路UART接口,使外挂LoRa模块、NB-IoT和蓝牙模块的电路设计更加灵活多样。2路I2C接口可以外接RTC和EEPROM存储器,1路智能卡7816接口对扩展外挂ESAM模块更加方便。

3. 集成硬件加密模块。RJM8L151系列MCU内置对称式分组加密算法AES和SM4,SM4符合国家密码管理局发布的GM/T 0002-2012《SM4分组密码算法》标准,适用于物联网数据传输中的数据加解密。

4. 真随机数发生器。RJM8L151系列内置基于数字振荡环的8位真随机数发生器,符合国家密码管理局《随机数检测规范》标准。

5. 存储器安全。RJM8L151系列针对内部Flash、SRAM等存储单元设计了高强度物理防护电路,有效防止恶意代码窃取和反向分析。

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