無線光感應煙霧探測器設計揭密

作者 : p.kaczmarek 2

本文將展示具有433MHz 射頻(RF)通訊的CC-80型煙霧探測器內部,介紹其各個元件有什麼作用,並將解釋它如何檢測煙霧...

本文將展示具有433MHz 射頻(RF)通訊的CC-80型煙霧探測器內部,介紹其各個元件有什麼作用,並將解釋它如何檢測煙霧。

這次文中所討論的裝置並不是我所購買的,而是最近收到的一台損壞、不完整的裝置。正好趕上此次拆解。大家也可以上網以大約100波蘭茲羅提(PLN;約667元台幣)的價格購買全新品:

這個產品有什麼特點?首先是RF通訊。這樣,用戶就可以在更大的房間內連接多達30個(取決於製造商)這類煙霧探測器。當然,還它有靜音功能(按下按鈕即可)。電源由兩節AA電池供電。以下是完整的說明:

  • RF範圍可達20公尺(M)。
  • 距離3M處警報聲水平超過85dB(A)。
  • 該感測器還可以對大約55℃的溫度做出響應。
  • 必須與報警器相互「配對」才能將其組合成一個系統,配對過程在隨附的說明中進行了詳細描述。

該報警器還提供了一種測試模式,藉此就可以檢查出是否對所有內容實現正確配置。

CC-80煙霧探測器內部

想要打開這款裝置並不容易。首先,我先到處查找是否有螺絲隱藏在標籤下,結果是內有鈎子。因此,我不得不同時用螺絲刀把它們撬出來。

進入裝置內部後,RF接收器和發射器的天線立即映入眼簾。它們是相當長的硬電纜。這些RF發射器/接收器在DIY和Arduino領域很受歡迎,可以大量購買。

黑色的「盒子」用於檢測煙霧,旁邊還有一個壓電蜂鳴器。

RF433發射器:

壓電蜂鳴器:

接收器:

拆下的主板。

感測器的核心是盛群半導體(Holtek) HT45F23A控制器(MCU)。

這款MCU專用於煙霧探測器等系統,但製造商對此建議使用電力線傳輸,而我在本文所討論的產品中卻沒有看到:

儘管MCU本身支援「電力線」通信,但本文所述的系統卻似乎使用了RF433接收器/發射器。

然而,最重要的部份是煙霧探測器本身。取下它的蓋子即可查看內部:

在其內部可以發現一個LED二極體和一個接收器(檢測器)。它們不是直接相對,而是成一定角度排列放置。這裡的二極體會發射紅外光(IR)。這個光學感測器能夠起作用,是由於煙霧會導致光束反射。如果探測室內出現煙霧,光束就會在一定程度上被反射,感測器就會檢測到。當然,光束並不是一直發送,而是時不時地發送,這樣就可以節省電池電量。

在此用下圖對此進行解釋:

為什麼探測室的牆壁要做成如此參差不齊呢?這是因為它有助於讓煙霧進去,但又不至於受到光線干擾,進而影響測量結果。因此,它也是黑色的。此外,其他不速之客也很難進入,例如無處不在的昆蟲。

板子上還有一個溫度感測器可提供額外的保護,也就是可通過熱量觸發警報。

內部有哪些東西可以使用?

首先,透過拆焊將Rx和Tx兩個模組取下來:

這兩個模組都只需要連接地、電源和訊號輸入(或輸出)就可以工作。

煙霧探測器本身也是如此——例如,可以將它轉換成與Wi-Fi一起使用(添加ESP8266或BK7231T等等):

也許很快地我們也會做一個像這樣的專案——現在,已經把PCB清理好了:

我還從免費獲得了一些WB2S模組,所以也會把它們用上去。但那是下一次了…

總結

這個煙霧探測器基於光學方法運作——在探測室內部有一個IR發光二極體和一個IR光通常無法到達的感測器(探測器)——只有當煙霧顆粒進入探測室使其發生反彈時才會命中。

此外,在這種特殊型號的感測器中,也存在因溫度過高而觸發的可能性。

該感測器的RF通訊功能可用於串聯多個探測器,這樣就便於用到較大的建築物或房屋中。

RF通訊是採用現成的模組實現的,從內部拆焊後,還可以將這些模組用於自己的目的。煙霧探測器本身也可以採用Wi-Fi模紅進行通訊。

這個特定的感測器有多可靠呢?不好意思,我不知道,因為它來自電子垃圾(e-Waste)回收品。

值得一提的是,在我的測試堆疊中還有一個全新的煙霧探測器,下次我會再實際檢查它的運作情況。

編譯:Franklin Zhao

(參考原文:Wnętrze czujnika dymu z komunikacją RF433MHz. Jak wykrywany jest dym? (Smoke detector interior with RF433MHz communication. How is smoke detected?)

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