今天开始，华维单片机编程和大家一起设计烟雾探测器的硬件设计。
一、烟感硬件设计组成部分：
烟感有3部分组成，分别是：电源设计、烟雾检测电路、NB-Iot通讯电路
二、烟雾检测电路设计:
烟雾探测电路，有很多的设计方案，我们选择的是合泰科技的烟感专用芯片: HT45F23A.
HT45F23A芯片的相关资源:
工作温度:???40℃ ~ 85℃
FLASH空间:???4KBytes
EEPROM:?????64Bytes
SRAM：128 Bytes
IO:??22端口
ADC:?6通道? 12-bit的快速ADC? 可于16个ADC Clock时间内，快速完成模拟至数字信号之转换
OPA：内建两组OPA与两组比较器，OPA有PGA功能，可由软件设定1~56倍的放大倍数。
低功耗：支持超低功耗
其实市面上类似的芯片很多，为什么要选择一颗FLASH? 4K、SRAM 128Bytes 资源如此匮乏的芯片呢？???
1. 超级低功耗： 经实际产品测试，该方案芯片做的产品，整机的低功耗可以做到 3uA(3V供电)。
2. 内置了OPA，而且支持PGA功能，可以通过软件实现完成1-56倍的放大，这可以满足我们，不需要增加外部的信号放大电路，就可以实现将弱小的 烟雾报警信号放大。
3. 6通道的12-bit的快速ADC，敲黑板，重点是快速这个词。
可以在16个ADC Clock时间内完成AD转换，很多低价位的芯片都很难实现。
在这里强调一下我们在烟雾探测的过程中，尤其是电池供电的，ADC功能一定要选择快速模式。
为什么要快速ADC ，在后面的软件设计中，我再给大家详解。
- 电路设计:
1.无线红外发射部分电路:
迷宫内部发射部分的电路就是一个控制红外发射管。这个相对比较好理解，我们看一下发射部分的设计。
发射电路由 单片机的Smoke_Tx控制：
Smoke_Tx为低电平： Q2不导通，迷宫的U2的1 和2脚的红外发射管的 负极悬空，发射管不工作。
Smoke_Tx为高电平： Q2导通，迷宫内的发射管的负极经过R13 和R17接地，发射管工作，有光照
（烟雾检测的时候，Smoke_Tx为高电平，发射工作）
2.迷宫的红外接收电路分析:
迷宫内部的红外接收管 在迷宫内经过烟雾颗粒散射的微弱的光线，接收到微弱的信号。
这个信号太微弱，只有几十个毫伏， 必须要经过外部的放大电路，将信号放大，单片机才能识别并处理。下面我们分析一下 迷宫接收部分的电路。
HT45F23A的内部OPA介绍
内部集成两个运算放大器，OPA1 和 OPA2，可用于用户特定的模拟信号处理。它们的使能或除能只能通过软件设置来实现。
单片机内部集成两个运算放大器，OPA1 和 OPA2，可用于用户特定的模拟信号处理。
它们的使能只能通过软件设置来实现。
通过控制特殊寄存器，OPA 相关的应用可以很容易的实现，例如单位增益缓冲器，同相放大器，反相放大器和各种各样的滤波器等。
下面我们看一下单片机两个运算放大器的内部的结构，如下图：
红外接收电路设计:
在这里我们着重看一下A1N、A1P、A1E和A2N、A2P、A2接口，这几个接口就是我们单片机的IO接口，u如下图设计。
A1N、A1P、A1E是单片机内部运算放大器1，A2N、A2P、A1E.是单片机内部运算放大器2的接口：
迷宫内部红外接收电路分析：
1.接收管的两个脚接但单片机内部运算放大器2 的同相输入管脚A2P? 和反向输脚A2N。
2. MCU_EV由单片机的IO? PB0控制，给接收管的正极供电，让红外接收管工作。
如上图:?? 红色粗线圈起来的部分是? 红外接收信号和单片机的运算放大器2的链接电路
1.运算放大器的反向输入脚 通过C5和R9 和运算放大器2的输出脚连接，构成了一个负反馈放大电路
2. 运算放大器2的输出脚和运算放大器1的同相输入脚连接，将放大的信号在由单片机内部放大器1放大。
如上图所示：
1. 经内部运算放大器2放大的信号，输入运算放大器1的同相输入脚。
2. 运算发大器2的反向输入脚经C6 和R12和输出脚连接，构成了一个负反馈放大电路。将运算发大气2的发达型号经 运算放大器1 再放大。
单片机内部处理经过两次放大的红外接收信号？
经过两次放大的红外接收信号，需要由单片机内部的ADC来识别放大信号的大小，从而来识别烟雾浓度的大小。
烟雾的浓度越大，接收管接收的信号就越多，输出的信号就越强，放大的信号就越大。
放大信号是经过单片机的PA4口输入到单片机内部的。
那如何和单片机的ADC 建立连接呢？ 我们看一下单片机的ADC 的一个配置寄存器，如下图：
‘从上图红色方框标志的文字可以了解到，单片机的由两个内部通道，分别连接到单片机内部放大器的A1E 和A2E。
我们只需要将ACS2-ACS0 配置成110. 就可以实现我们的放大信号和 单片机的ADC 通道连接了。
至此，感烟探测器 的发射信号和接收信号电路就分析完了。
- 其他电路设计:
LED灯控制电路：
作用：用来提示烟感的工作状态，快闪报警，慢闪正常
从上图可以看到，LED灯直接有单片机的IO口控制
按键检测电路
从上图可以看到 按键的和LED一样，直接和单片机的IO 链接。
蜂鸣器的控制电路：
?烟感的声音我们采用的是一个低成本的蜂鸣器。 实物图如下：
看我们的原理图所示有3个接口：R 和上图的红色线链接,G 和绿线链接，B和黑色线接连。
我们分析一下原理图：
- BAT(电池电压)经L1,和蜂鸣片的R连接 给蜂鸣片供电。 L1的作用是升压，电池低压为3.6V，升压后可以达到40-60V。?
- 从上图可以看出，电感1有升压功能，还需要Q1 和Q3导通，才可以正常工作。从电路可以看出，Q1是常导通状态，Q3 需要单片机控制才可以导通正常工作。
- G脚是电池电压BAT 通过R6直接连接的。所有G的电压固定为电池低压3.6V。
- 单片机的PC3经R11? 控制Q3的开关. MCU_BUZZ拉低，Q3不导通，蜂鸣器不工作。MCU_BUZZ拉高，蜂鸣片的B脚接地。
- 1KHZ-10KHZ 的方波频率，这个频率就是由MCU_BUZZ来控制的。
- 输出一个1KHZ 的方波频率，蜂鸣器就会发出比较尖锐的鸣叫。
和NB-Iot通讯模块的接口模块
本产品的感烟探测和 NB-IOT没有在同一块PCB上，是有6P的2.0的插针链接。接口图如上。
PIN1-2 是电池的电源和GND
PIN3:? 是烟感控制单片机的上行数据接口，采用单线通讯方式
PIN4:? 是烟感控制单片机的下行数据接口，采用单线通讯方式
PIN5:? 是唤醒脚 是单片机唤醒NB-IOT，启动数据传输的作用
PIN6:? 预留
四、电源设计
如上图：烟感探测器的电源是电池直接供电的。?
D1:? 防止电池接反，电池接反保护的作用
R1:? 用于BAT和VCC滤波隔离的作用。
C1:? 这是电解电容，主要用于滤波，滤波的作用是让我们的VCC电压接近平稳。
ok,这篇文章就讲到这里，下一篇文章华维单片机编程为大家讲解NB-Iot模块BC26的原理图设计。