AIoT之智慧烟感芯片方案详解
以智慧烟感器和智能温控器起家的nest，在被谷歌32亿美元收购后产品扩充到了整个智能家居。智慧烟感报警器已成为aiot智能物联市场的长尾场景之一，智慧烟感从商用走向民用，并从传统烟感升级为智慧无线联网型烟感。
图1、智能烟感（图源：中国联通）
市面上的烟感器主要有三种：有线型（485总线），独立型（无线烟感报警器，无配套的管理平台），无线型（智慧烟感，有管理平台）。前两种都属于是传统烟感报警器，不具备智能化特征。
图2、烟感器的分类（图源：中安云服）
传统烟感（有线型）由于需要485线路连接，存在施工难度大、总体成本高的缺陷，而且设备的维修、巡检很困难；现有无线烟感报警器虽没有布线的困扰，但不支持组网，不能实现实时联网报警；而智慧烟感无需布线，组网便捷，能实现实时感知险情后及时以多种方式报警，还能自动巡检。
图3、不同烟感器的对比（图源：贝能国际）
烟感器按技术原理分，离子式烟雾传感器、光电式烟雾传感器和气敏式烟雾传感器。按照光源不同，可分为一般光电式、激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式等4种。
离子探测器主要适用于开放性火灾的探测。例如nemoto的nis-09c、恩智浦/飞思卡尔的mc145017/mc14467/mc14468等。
气敏式烟雾传感器的典型型号有mq-2气体传感器。该传感器常用于家庭和工厂的气体泄漏装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。例如四方光电(cubic)的ndir co2、美克森的mix1002/mix1012/mix2002、炜盛的mq-2气体传感器等。
图4、四方光电(cubic)的ndir co2（图源：传感器技术）
市面上更多的是光电式烟感探测器，其工作原理:
1、红外发射管的红外光束被烟尘粒子折射、反射、散射，光的强弱与烟的浓度成正比。例如亿光的插件型的irb339-1c、irb339-3c产品。
2、所以光敏管接收到的红外光束的强弱会发生变化，转化为点信号，最后转化成报警信号。
这个探测烟雾模块，业内称为迷宫，是智慧烟感器的核心模块。光电迷宫技术利用空气流动力学原理，提高传感器的解析度、准确度，精准判定物体闷烧或燃烧。
图5、探测烟雾模块，即防虫网罩部分（图源：好奇实验室）
光电传感芯片或模块的原厂及型号选型：
1、美国adi的adpd188bi，单价约26元，将模拟前端、led和光电二极管组合到一个小巧的封装中，极大地减小了烟雾探测器的占用空间。光电二极管和afe的集成还提供高的环境光抑制功能和宽动态范围，adpd188bi中集成了蓝光与红外两颗led发射器，所以它不但能监测烟雾的浓度，同时还可以监测烟雾的颗粒直径，从而分辨干扰烟，能精准识别灰尘、水蒸汽、各种烟雾、气溶胶、正庚烷、聚氨酯等介质，进一步减少误警。
图6、adi的adpd188bi烟雾探测模块（图源：adi智库）
2、美国microchip的re46c196，单价约7元，还有re46c190/re46c191烟感专用芯片可选，3v供电（两节电池），支持ce，内部集成dc2dc功能。如果采用3.7v锂电池供电，还可选配微芯的电源芯片mcp73831及低功耗ldo mcp1702。
3、中科德诺的dn9188，单价约3元，是一颗低功耗微传感soc芯片，烟雾探测器的单芯片解决方案。
4、华润矽科的cs2105，一颗带i/o的光电式烟雾检测器芯片；cs2108，低电压光电式烟雾检测芯片，可替代微芯的re46c190；cs7117，离子式烟雾检测芯片；cs2106，报警音产生及喇叭驱动电路。
5、合泰的ba45f5250，集成烟感探测afe、双通道ir led恒定电流驱动与16-bit语音dac的烟感探测器专用flash mcu，适用于需语音功能、无线联网或需要较大容量程序空间的烟感探测产品，例如：语音型、nb-iot、wifi烟感探测报警器。
6、贝岭的bl5980，是一颗低功耗、低电压的cmos光电型烟雾探测器芯片，仅需最少量的外部元件，就可提供光电型烟雾探测器的所有必需功能。
7、利尔达烟感soc芯片lsd2sd-sc524内部集成了红外发射电路、红外接收电路、放大电路、收码解码电路以及总线高压模块，通过大幅缩减元器件和焊点数降低了成本，稳定性、一致性更高，较传统方案优势显著。
根据《gb20517-2006独立式感烟火灾探测报警器》标准，智慧烟感符合国家标准的灵敏度，应在0.05db/m-0.2db/m之间；还属于民用级火灾探测报警设备，需通过cccf认证。
智慧烟感主要是在传统烟感基础上集成了低功耗广域网（lpwan）无线传输模块，无线通信方式包括但不仅限于433mhz、nb-iot、lora、sigfox、cat.x、ble、zigbee、wifi等，由主控芯片、多光路传感器（烟雾探测）、警示灯(蜂鸣器）、语音芯片或模块、按键、温度传感器、加密芯片、电源芯片、电池（3v、9v电池或锂电池供电）和无线模块等元器件组成。无线模块里通常又有主控芯片和通信芯片等。
图7、新唐ml51智慧烟感方案（图源：新唐）
智慧烟感的器件选型除了搞定探测烟雾模块，还有选择哪家mcu？晶振选哪家原厂的？电源芯片dc-dc选谁家的（德州仪器？）？pa选谁家的？滤波器选谁家的？开关选谁家的？电池选谁家的？通信模组选哪一种？天线如何设计？软件如何规划？要不要做fota远程升级？售后如何保障？
这里我就挑重点的主控芯片和通信模块讲一下。
智慧烟感使用年限10年，通常是3v供电，所以主控芯片必选低功耗或集成了烟雾探测功能和算法的，会减少研发难度和时间。青鸟消防自研推出的朱鹮芯片，针对感烟报警做了很多的优化，稳定性加强，射频电磁场辐射抗扰度可以达到30v/m，就是不知道这颗烟感芯片以后会不会商业化对外出售？
不管是最常用的nb-iot，还是433mhz、lora、sigfox、cat.x、ble、zigbee、wifi等通讯模块，每种模块都有自己的门道和优势。这里罗列一些芯片或模块原厂及型号：
1、升哲科技的灵思·信鸽芯片，一颗lpwan芯片，成本仅为0.8美金，在成本上接近fsk芯片的价格，但是覆盖距离等同lora的芯片，而semtech最新的sx1262芯片的成本大概在1.2美金。
2、道生物联的tk8610，一颗turmass™ 自主通信技术的芯片。
3、美格智能nb-iot模块mp212。
4、顺舟智能lora模块sz05lr-pro-2。
5、高新兴物联的nb-iot模块me3616-g1a。
6、桑锐电子的nb-iot模块nh01a。
7、唯传科技的lora模块m300c。
8、芯讯通的nb-iot模组sim7000c（高通mdm9206平台）。
9、华为海思的nb-iot soc boudica 200芯片。
10、美国semtech公司的lora芯片sx1262。
11、移远通信的nb-iot模组bc95-cnv和bc28-cnv（海思boudica 200平台）。
12、九联的nb-lot模组unb100-g（海思hi2115芯片方案）。
还有很多......
而要真正实现智慧烟感，还需nb-iot基站、物联网云平台、联动视频监控系统、“智慧消防”城市级平台（第三方监控平台）、电脑端和移动端构成整套系统。
相关机构预计未来5年，全国的烟雾探测器年均安装规模超过7亿只，全球年均安装规模超30亿只。智能物联aiot万亿规模级的庞大市场，智慧烟感是长尾市场之一，芯片和方案的国产替代未来可期。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，过去数年已积累了物联网芯片的优势货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在design in、design win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。
PLD/FPGA新手入门知识
什么是IGBT固态脉冲，它的工作原理是什么？IGBTa安装与应用技术
扩频时钟发生器
e络盟针对汽车与工业应用扩充ROHM独有汽车级产品系列
苹果多项服务中断 包括Apple Books、iCloud备忘录、iCloud Drive等
AIoT之智慧烟感芯片方案详解
5G网络的技术优势有哪些
2019年全球显示器面板维持疲软趋势
台积电晶圆级封装技术获新突破 推出支援超高运算效能HPC芯片的SoW封装技术
电池系统需要大量的材料来实现电芯成组
李洁：2020年将是Wi-Fi6正式进军市场的元年
Microchip：2021年将会是丰收的一年
陕西光子产业创新联合体在西安成立
溢水报警器的工作原理及制作
畜禽养殖管理系统解决方案，定时喂料，智能化畜禽养殖
DCM是什么？DCM在AUTOSAR中的位置
SSB单边带发射机-制作
由555定时器组成的单稳态触发器
广汽集团宣布与华为公司合作共同开发L4级自动驾驶汽车
片上光学深度神经网络
图1、智能烟感（图源：中国联通）
市面上的烟感器主要有三种：有线型（485总线），独立型（无线烟感报警器，无配套的管理平台），无线型（智慧烟感，有管理平台）。前两种都属于是传统烟感报警器，不具备智能化特征。
图2、烟感器的分类（图源：中安云服）
传统烟感（有线型）由于需要485线路连接，存在施工难度大、总体成本高的缺陷，而且设备的维修、巡检很困难；现有无线烟感报警器虽没有布线的困扰，但不支持组网，不能实现实时联网报警；而智慧烟感无需布线，组网便捷，能实现实时感知险情后及时以多种方式报警，还能自动巡检。
图3、不同烟感器的对比（图源：贝能国际）
烟感器按技术原理分，离子式烟雾传感器、光电式烟雾传感器和气敏式烟雾传感器。按照光源不同，可分为一般光电式、激光光电式、紫外光光电式和红外光光电式等4种。
离子探测器主要适用于开放性火灾的探测。例如nemoto的nis-09c、恩智浦/飞思卡尔的mc145017/mc14467/mc14468等。
气敏式烟雾传感器的典型型号有mq-2气体传感器。该传感器常用于家庭和工厂的气体泄漏装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。例如四方光电(cubic)的ndir co2、美克森的mix1002/mix1012/mix2002、炜盛的mq-2气体传感器等。
图4、四方光电(cubic)的ndir co2（图源：传感器技术）
市面上更多的是光电式烟感探测器，其工作原理:
1、红外发射管的红外光束被烟尘粒子折射、反射、散射，光的强弱与烟的浓度成正比。例如亿光的插件型的irb339-1c、irb339-3c产品。
2、所以光敏管接收到的红外光束的强弱会发生变化，转化为点信号，最后转化成报警信号。
这个探测烟雾模块，业内称为迷宫，是智慧烟感器的核心模块。光电迷宫技术利用空气流动力学原理，提高传感器的解析度、准确度，精准判定物体闷烧或燃烧。
图5、探测烟雾模块，即防虫网罩部分（图源：好奇实验室）
光电传感芯片或模块的原厂及型号选型：
1、美国adi的adpd188bi，单价约26元，将模拟前端、led和光电二极管组合到一个小巧的封装中，极大地减小了烟雾探测器的占用空间。光电二极管和afe的集成还提供高的环境光抑制功能和宽动态范围，adpd188bi中集成了蓝光与红外两颗led发射器，所以它不但能监测烟雾的浓度，同时还可以监测烟雾的颗粒直径，从而分辨干扰烟，能精准识别灰尘、水蒸汽、各种烟雾、气溶胶、正庚烷、聚氨酯等介质，进一步减少误警。
图6、adi的adpd188bi烟雾探测模块（图源：adi智库）
2、美国microchip的re46c196，单价约7元，还有re46c190/re46c191烟感专用芯片可选，3v供电（两节电池），支持ce，内部集成dc2dc功能。如果采用3.7v锂电池供电，还可选配微芯的电源芯片mcp73831及低功耗ldo mcp1702。
3、中科德诺的dn9188，单价约3元，是一颗低功耗微传感soc芯片，烟雾探测器的单芯片解决方案。
4、华润矽科的cs2105，一颗带i/o的光电式烟雾检测器芯片；cs2108，低电压光电式烟雾检测芯片，可替代微芯的re46c190；cs7117，离子式烟雾检测芯片；cs2106，报警音产生及喇叭驱动电路。
5、合泰的ba45f5250，集成烟感探测afe、双通道ir led恒定电流驱动与16-bit语音dac的烟感探测器专用flash mcu，适用于需语音功能、无线联网或需要较大容量程序空间的烟感探测产品，例如：语音型、nb-iot、wifi烟感探测报警器。
6、贝岭的bl5980，是一颗低功耗、低电压的cmos光电型烟雾探测器芯片，仅需最少量的外部元件，就可提供光电型烟雾探测器的所有必需功能。
7、利尔达烟感soc芯片lsd2sd-sc524内部集成了红外发射电路、红外接收电路、放大电路、收码解码电路以及总线高压模块，通过大幅缩减元器件和焊点数降低了成本，稳定性、一致性更高，较传统方案优势显著。
根据《gb20517-2006独立式感烟火灾探测报警器》标准，智慧烟感符合国家标准的灵敏度，应在0.05db/m-0.2db/m之间；还属于民用级火灾探测报警设备，需通过cccf认证。
智慧烟感主要是在传统烟感基础上集成了低功耗广域网（lpwan）无线传输模块，无线通信方式包括但不仅限于433mhz、nb-iot、lora、sigfox、cat.x、ble、zigbee、wifi等，由主控芯片、多光路传感器（烟雾探测）、警示灯(蜂鸣器）、语音芯片或模块、按键、温度传感器、加密芯片、电源芯片、电池（3v、9v电池或锂电池供电）和无线模块等元器件组成。无线模块里通常又有主控芯片和通信芯片等。
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智慧烟感的器件选型除了搞定探测烟雾模块，还有选择哪家mcu？晶振选哪家原厂的？电源芯片dc-dc选谁家的（德州仪器？）？pa选谁家的？滤波器选谁家的？开关选谁家的？电池选谁家的？通信模组选哪一种？天线如何设计？软件如何规划？要不要做fota远程升级？售后如何保障？
这里我就挑重点的主控芯片和通信模块讲一下。
智慧烟感使用年限10年，通常是3v供电，所以主控芯片必选低功耗或集成了烟雾探测功能和算法的，会减少研发难度和时间。青鸟消防自研推出的朱鹮芯片，针对感烟报警做了很多的优化，稳定性加强，射频电磁场辐射抗扰度可以达到30v/m，就是不知道这颗烟感芯片以后会不会商业化对外出售？
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1、升哲科技的灵思·信鸽芯片，一颗lpwan芯片，成本仅为0.8美金，在成本上接近fsk芯片的价格，但是覆盖距离等同lora的芯片，而semtech最新的sx1262芯片的成本大概在1.2美金。
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8、芯讯通的nb-iot模组sim7000c（高通mdm9206平台）。
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10、美国semtech公司的lora芯片sx1262。
11、移远通信的nb-iot模组bc95-cnv和bc28-cnv（海思boudica 200平台）。
12、九联的nb-lot模组unb100-g（海思hi2115芯片方案）。
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相关机构预计未来5年，全国的烟雾探测器年均安装规模超过7亿只，全球年均安装规模超30亿只。智能物联aiot万亿规模级的庞大市场，智慧烟感是长尾市场之一，芯片和方案的国产替代未来可期。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，过去数年已积累了物联网芯片的优势货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在design in、design win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。
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