AIoT之智慧烟感芯片及方案浅析

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？

图8、朱鹮芯片（图源：青岛消防）

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。

图9、NB-IoT智能烟感解决方案（图源：中移物联）

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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