Konkurs 1+1>2 – projekt nagrodzony: Centrala oddymiająca

Laureat III miejsca w konkursie Analog Devices, Pan Sławomir Kabat, zaprojektował centralę oddymiającą w oparciu o układy scalone przejętej przez AD firmy Linear Technology oraz o mikrokontroler ADuCM3027. Centrala umożliwi wykrycie dymu w pomieszczeniu i automatyczne otworzenie klapy oddymiającej z jednoczesną sygnalizacją alarmową.

Istotnym założeniem projektu jest możliwość zasilania bateryjnego. W tym celu na wejściu zasilania umieszczono kontroler wysokiego napięcia i prądu LTC4000. Zarówno wejście jak i wyjście tego układu jest programowalne z dokładnością do 1% i może wahać się w zakresie od 3 V do 60 V. LTC4000 wyposażono w wiele „inteligentnych” cech – jest on w stanie skutecznie ładować silnie rozładowane baterie a także wykryć całkowicie uszkodzone ogniwa oraz wskazywać stopień ich rozładowania. Napięcie wejściowe powinno wynosić około 24 V aby umożliwić ładowanie akumulatorów.

Po zaprogramowaniu wyjścia LTC4000 na 24V, możemy użyć układu LT8580 w konfiguracji SEPIC (ang. Single-ended primary-inductor convereter) do stabilizacji napięcia, które następnie zostanie podane do czujników i konwertera LTM8031, uzyskując 5V do zasilania głośnika i przycisku manualnego przewietrzania. Stabilizator LDO LT3007 pozwoli natomiast z 5V uzyskać 3,3V, niezbędne do zasilania mikrokontrolera. Mamy tu więc połączone kaskadowo aż trzy układy firmy Linear – bez wątpienia rozwiązanie, które może się przydać w wielu innych systemach.

Przejdźmy teraz do serca całego systemu – mikrokontrolera ADuCM3027. Jest to układ bazujący na rdzeniu Cortex-M3, o ultra-niskim zużyciu energii i kilku trybach pracy z obniżonym poborem energii. Nawet w pełni aktywny mikrokontroler charakteryzuje się zużyciem zaledwie 30 μA/MHz, przy maksymalnej mocy obliczeniowej na poziomie 26 MHz. W omawianym zastosowaniu można jednak spokojnie wykorzystać także tryb Flexi, w którym aktywne są peryferia, mogące wybudzić uśpiony rdzeń i wówczas zużycie energii spadłoby do 300 μA/MHz. Jeśli natomiast zdecydujemy się tylko okazjonalnie sprawdzać odczyty z czujników, możliwe będzie uzyskanie przez większość czasu działania układu poboru prądu na poziomie 60 nA.

ADuCM3027 wyposażony jest w typowe peryferia wszechstronnych mikrokontrolerów, w tym także w 12-bitowy 8-kanałowy przetwornik SAR, interfejsy szeregowe, PWM oraz 36 wyjść GPIO. To dzięki tym peryferiom możliwy będzie odczyt z czujnika optyczno-termicznego, wykrywającego zadymienie, oraz przycisku manualnego wietrzenia a także sterowanie głośnikiem oraz układem LTC1255, który połączony z dwoma tranzystorami MOSFET posłuży do otwierania klapy oddymiającej. Mikrokontroler posiada również sprzętowe wsparcie enkrypcji AES-128, AES-256 i rzeczywisty generator liczb losowych (ang. TRNG) – można więc dodatkowo zabezpieczyć opisywany system gdyby zaistniała potrzeba podłączenia go do sieci.

Aby kontrolować pozycję klapy oddymiającej użyty został podwójny sterownik tranzystorów MOSFET LTC1255. Natomiast sterowanie głośnikiem alarmującym o wykryciu dymu ma odbywać się za pośrednictwem wzmacniacza audio SSM4321, zaprojektowanego z myślą o telefonach komórkowych. Ten wzmacniacz klasy D może pracować nawet z wydajnością energetyczną 89% i jest wyposażony w wiele ciekawych udogodnień, np. możliwość pomiaru napięcia i prądu wyjściowego, które następnie można odczytać poprzez interfejs szeregowy I2S.

Przysłowiową „wisienką na torcie” jest dodatkowa funkcja, o której pomyślał autor projektu – możliwość ręcznego otwierania klapy w celu zwykłego przewietrzenia pomieszczenia. Gratulujemy oryginalnego i praktycznego pomysłu oraz sprytnego połączenia tylu zróżnicowanych elementów elektronicznych w jednym projekcie.