CN115063943B - 基于低功耗模数转换器的烟雾传感器和烟雾检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，包括位于芯片外部的烟雾感应模块和设置于芯片上的感应电流处理模块、多路选择模块、模数转换器和比较执行模块；烟雾感应模块检测烟雾并输出感应电流；感应电流处理模块对感应电流积分得到积分电压信号，对积分电压缓冲处理得到缓冲电压信号；多路选择模块选择输出选择电压信号；模数转换器将所述选择电压信号转换为第一数字信号；比较执行模块比较第一数字信号和预设的烟雾门限的大小以得到第一比较结果，依据第一比较结果控制报警装置的开启或关闭。具有功耗低、效率高、集成度高、面积小、设计难度低的优点。本发明还提供了一种包括基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的烟雾检测设备。

Description

基于低功耗模数转换器的烟雾传感器和烟雾检测设备

技术领域

本发明涉及基于低功耗模数转换器的烟雾传感器领域，尤其涉及一种基于低功耗模数转换器的烟雾传感器和烟雾检测设备。

背景技术

烟雾传感器又称烟雾报警器或烟感报警器，能够探测火灾时产生的烟雾。内部采用了光电感烟器件，可广泛应用于商场、宾馆、商店、仓库、机房、住宅等场所进行火灾安全检测。基于低功耗模数转换器的烟雾传感器内置蜂鸣器，报警后可发出强烈声响。

图1为现有技术中烟雾传感器的模拟前端的电路图，参照图1，现有技术中的烟雾传感器包括芯片1，以及设置于芯片1外围的器件：电池过滤模块10、积分器11、可编程增益放大器12、电流源13和温度感测器14，其中，与烟雾传感器相关的片外器件至少包括电池过滤模块10、积分器11、可编程增益放大器12和电流源13。可见，现有技术中的烟雾传感器在芯片外围设置大量的器件，需要更多的电路板上面积来布置芯片外围的器件，成本高。

因此，有必要提供一种基于低功耗模数转换器的烟雾传感器和烟雾检测设备以解决上述的现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于一种基于低功耗模数转换器的烟雾传感器和烟雾检测设备，以解决的问题。

为实现上述目的，本发明的所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器包括位于芯片外部的烟雾感应模块和设置于所述芯片上的感应电流处理模块、多路选择模块、模数转换器和比较执行模块；

所述烟雾感应模块用于检测烟雾并在检测到烟雾后输出感应电流；

所述感应电流处理模块用于对所述感应电流进行积分，以得到积分电压信号，对所述积分电压进行缓冲处理，以得到缓冲电压信号；

所述多路选择模块接收所述积分电压信号和所述缓冲电压信号后选择输出选择电压信号；

所述模数转换器将所述选择电压信号转换为第一数字信号；

所述比较执行模块比较所述第一数字信号和预设的烟雾门限的大小以得到第一比较结果，依据所述第一比较结果控制报警装置的开启或关闭。

本发明的所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的有益效果在于：

通过所述烟雾感应模块检测烟雾并输出感应电流，所述感应电流处理模块用于对所述感应电流进行积分，以得到积分电压信号，对所述积分电压进行进行缓冲处理，以得到缓冲电压信号，通过所述多路选择模块接收所述积分电压信号和所述缓冲电压信号后选择输出选择电压信号，通过所述模数转换器将所述选择电压信号转换为第一数字信号，通过所述比较执行模块比较所述第一数字信号和预设的烟雾门限的大小以得到第一比较结果，依据第一比较结果控制报警装置的开启或关闭。通过将感应电流处理模块、多路选择模块、模数转换器和比较执行模块集成于芯片上，芯片外围的器件少，从而节省了芯片外围器件所占的面积，解决了现有技术中烟雾传感器的外围器件多且占用较大面积的问题，且本发明的所述烟雾传感器具有功耗低、效率高、集成度高、面积小、设计难度低的优点，烟雾检测稳定性高，极大地降低了烟雾检测模组的应用成本，为设计具有检测烟雾功能的单芯片传感器提供了方向和可能。所述多路选择模块可以选择多种信号中的一种进行输出，芯片可以集合多种功能于一体，提高了本发明的所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的适用性。

可选地，所述感应电流处理模块包括：

积分单元，连接所述烟雾感应模块的输出端，用于对所述感应电流进行积分以获取积分电压信号；

缓冲单元，连接所述积分单元的输出端，用于对所述积分电压信号进行缓冲以得到缓冲电压信号。其有益效果在于，通过所述积分单元对所述感应电流进行积分以获取积分电压信号，通过所述缓冲单元对所述积分电压信号进行缓冲以得到缓冲电压信号，提高了输入至所述多路选择模块的缓冲电压信号的稳定性和抗干扰性。

可选地，所述积分单元包括第一数据选择器、第一放大器、可调电容、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；

所述第一数据选择器的输出端通过第一开关连接所述第一放大器的正输入端，所述第一放大器的正输入端连接第二开关的第一端，所述第一放大器的输出端输出所述积分电压信号，所述第二开关的第二端通过所述第三开关连接所述第一放大器的输出端；

所述可调电容的第一端连接所述第二开关的第二端，所述可调电容的第二端通过所述第四开关连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的输出端连接所述多路选择模块的第一输入端。

可选地，所述缓冲单元包括第二数据选择器、第三数据选择器、第二放大器、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；

所述第二数据选择器的两个输入端分别连接数模转换器的输出端和第一引脚，所述第二数据选择器的输出端通过所述第五开关连接所述第二放大器的负输入端，所述数模转换器用于接收数字信号，以将所述数字信号转换为模拟信号，所述第一引脚用于接第一预设电压；

所述第三数据选择器的两个输入端分别连接第二引脚和所述第一放大器的输出端，所述第三数据选择器的输出端通过所述第六开关连接所述第二放大器的正输入端，所述第二引脚用于接第二预设电压；

所述第二放大器的正输入端依次通过所述第七开关和所述第八开关连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的输出端连接所述多路选择模块的第二输入端。

可选地，所述烟雾感应模块包括设置于烟雾探测腔体内的第一发光二极管、第二发光二极管和感光二极管；

所述第一发光二极管的正极和所述第二发光二极管的正极连接电源模块，所述电源模块用于对所述第一发光二极管的正极和所述第二发光二极管供电；

所述感光二极管的正极通过第九开关连接第一放大器的负输入端，所述感光二极管的负极连接所述第一数据选择器的第一输入端，所述第一数据选择器的第二输入端连接所述数模转换器的输出端。

可选地，所述第一发光二极管的光线信号射出方向与所述感光二极管的光线信号接收方向垂直，所述第一发光二极管和所述第二发光二极管的光线信号的射出方向相同；

当所述烟雾探测腔体内有烟雾时，所述感光二极管接收所述第一发光二极管和所述第二发光二极管发射的光线信号，并输出所述感应电流。

可选地，所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括设置于芯片上的灌电流发生模块，所述灌电流发生模块用于对所述烟雾感应模块提供电流。

可选地，所述灌电流发生模块包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、电流源、第十开关和第十一开关；

所述第一晶体管的第一端连接所述第一发光二极管的负极，所述第一晶体管的第二端接地，所述第一晶体管的控制端连接所述第十开关的第一端；

所述第二晶体管的第一端连接所述第二发光二极管的负极，所述第二晶体管的第二端接地，所述第二晶体管的控制端通过所述第十一开关连接所述十开关的第二端；

所述电流源的正极连接所述第三晶体管的第一端，所述第三晶体管的控制端连接所述第十开关的第二端，所述第三晶体管的第二端接地。

可选地，当所述第一数字信号大于所述烟雾门限，所述比较执行模块控制所述报警装置开启。

可选地，当所述第一数字信号小于所述烟雾门限，所述比较执行模块控制所述报警装置关闭。

可选地，所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括与所述模数转换器连接的时钟模块，所述时钟模块用于产生时钟信号以控制所述模数转换器的采样间隔时间。其有益效果在于，所述时钟模块产生时钟信号以控制所述模数转换器的采样间隔时间，从而使得所述模数转换器每隔一段时间进行采样，从而节省了芯片的功耗。

可选地，所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括设置于所述芯片上的电池电压监控模块，所述电池电压监控模块的输出端连接所述多路选择模块的第三输入端。

可选地，所述多路选择模块接收所述电池电压监控模块输出的信号后选择输出电池电压信号；

所述模数转换器将所述电池电压信号转换为第二数字信号并输出；

所述比较执行模块比较所述第二数字信号和预设的电池电压门限的大小以得到第二比较结果，依据所述第二比较结果控制报警装置的开启或关闭。其有益效果在于，通过所述多路选择模块接收所述电池电压监控模块输出的信号并选择输出电池电压信号，通过所述模数转换器将所述电压信号转换为第二数字信号，通过所述比较执行模块比较所述第二数字信号和预设的电池电压门限的大小以得到第二比较结果，依据第二比较结果控制报警装置的开启或关闭，使得本发明的所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器实现了检测电池电压的功能。

可选地，所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括设置于所述芯片上的温度检测模块，所述温度检测模块的输出端连接所述多路选择模块的第四输入端。

可选地，所述多路选择模块接收所述温度检测模块检测输出的信号后选择输出温度模拟信号；

所述模数转换器将所述温度模拟信号转换为温度数字信号并输出；

所述比较执行模块比较所述温度数字信号和预设的温度门限的大小以得到第三比较结果，依据所述第三比较结果控制报警装置的开启或关闭。其有益效果在于，通过所述多路选择模块接收所述温度检测模块检测输出的信号后选择输出温度模拟信号；通过所述模数转换器将所述温度模拟信号转换为温度数字信号；通过所述比较执行模块比较所述温度数字信号和预设的温度门限的大小以得到第三比较结果，依据所述第三比较结果控制报警装置的开启或关闭，使得本发明的所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器实现了检测芯片上工作温度的功能。

本发明还提供了一种烟雾检测设备，包括所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器。

附图说明

图1为现有技术中烟雾传感器的模拟前端的电路图。

图2为本发明实施例的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例第一种实施方式中基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的电路示意图；

图4为本发明实施例第二种实施方式中基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，图2为本发明的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的结构示意图。

参照图2，本发明的所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器包括位于芯片2外部的烟雾感应模块3和设置于所述芯片2上的感应电流处理模块4、模数转换器5和比较执行模块6和多路选择模块7；

所述烟雾感应模块3用于检测烟雾并在检测到烟雾后输出感应电流；

所述感应电流处理模块4用于对所述感应电流进行积分，以得到积分电压信号，对所述积分电压进行缓冲处理，以得到缓冲电压信号；

所述多路选择模块7接收所述积分电压信号和所述缓冲电压信号后选择输出选择电压信号；

所述模数转换器5将所述选择电压信号转换为第一数字信号；

所述比较执行模块6比较所述第一数字信号和预设的烟雾门限的大小以得到第一比较结果，依据所述第一比较结果控制报警装置（图中未示出）的开启或关闭。

本发明的所述烟雾传感器通过所述烟雾感应模块3检测烟雾并输出感应电流，通过所述感应电流处理模块4顺次对所述感应电流进行积分和缓冲处理以得到缓冲电压信号，通过所述多路选择模块7接收缓冲电压信号后选择输出选择电压信号，通过所述模数转换器5将所述选择电压信号转换为第一数字信号，通过所述比较执行模块6比较所述第一数字信号和预设的烟雾门限的大小以得到第一比较结果，依据第一比较结果控制报警装置的开启或关闭。通过将感应电流处理模块4、多路选择模块7、模数转换器5和比较执行模块6集成于芯片2上，芯片外围的器件少，从而节省了芯片外围器件所占的面积，解决了现有技术中烟雾传感器的外围器件多且占用较大面积的问题，且本发明的所述烟雾传感器具有功耗低、效率高、集成度高、面积小、设计难度低的优点，烟雾检测稳定性高，极大地降低了烟雾检测模组的应用成本，为设计具有检测烟雾功能的单芯片传感器提供了方向和可能。所述多路选择模块7可以选择多种信号中的一种进行输出，芯片可以集合多种功能于一体，提高了本发明的所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的适用性。

图3为本发明实施例第一种实施方式中基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的电路示意图。

作为本发明一种可选的实施方式，参照图2和图3，所述感应电流处理模块4包括：

积分单元41，连接所述烟雾感应模块3的输出端，用于对所述感应电流进行积分以获取积分电压信号；

缓冲单元42，连接所述积分单元41的输出端，用于对所述积分电压信号进行缓冲以得到缓冲电压信号；通过所述积分单元对所述感应电流进行积分以获取积分电压信号，通过所述缓冲单元对所述积分电压信号进行缓冲以得到缓冲电压信号，提高了输入至所述多路选择模块的电压信号的稳定性和抗干扰性。

作为本发明一种可选的实施方式，参照图3，所述积分单元41包括第一数据选择器412、第一放大器411、可调电容413、第一开关414、第二开关415、第三开关416和第四开关417；

所述第一数据选择器412的输出端通过第一开关414连接所述第一放大器411的正输入端，所述第一放大器411的正输入端连接第二开关415的第一端，所述第一放大器411的输出端输出所述积分电压信号，所述第二开关415的第二端通过所述第三开关416连接所述第一放大器411的输出端；

所述可调电容413的第一端连接所述第二开关415的第二端，所述可调电容413的第二端通过所述第四开关417连接所述第一放大器411的输出端。

一些实施例中，所述第一数据选择器412为3路选1数据选择器，其三个输入端分别输入所述感光二极管33的负极输出信号、参考电压VREF和所述模数转换器5的输出信号DAC_Out，所述第一数据选择器412选择所述感光二极管33的负极输出信号输出至所述第一放大器411的正输入端。

作为本发明一种可选的实施方式，参照图3，所述缓冲单元42包括第二数据选择器422、第三数据选择器423、第二放大器421、第五开关424、第六开关425、第七开关426和第八开关427；

在一些实施例中，所述第二数据选择器422和所述第三数据选择器423均为2路选1数据选择器。

所述第二数据选择器422的两个输入端分别连接数模转换器的输出端和第一引脚21，所述第二数据选择器422的输出端通过所述第五开关424连接所述第二放大器421的负输入端，所述数模转换器用于接收数字信号，以将所述数字信号转换为模拟信号，所述第一引脚用于接第一预设电压，所述数字信号为6bit，例如，当所述数字信号为000000时，所述数模转换器输出的模拟信号为0V，当所述数字信号为100000时，所述数模转换器输出的模拟信号为1.25V，当所述数字信号为111111时，所述数模转换器输出的模拟信号为2.5V；

所述第三数据选择器423的两个输入端分别连接第二引脚22和所述第一放大器411的输出端，所述第三数据选择器423的输出端通过所述第六开关425连接所述第二放大器421的正输入端，所述第二引脚用于接第二预设电压；

所述第二放大器421的正输入端依次通过所述第七开关426和所述第八开关427连接所述第二放大器421的输出端，所述第二放大器421的输出端连接所述多路选择模块的第二输入端。其中，所述第一预设电压和所述第二预设电压可以由电源提供，例如，所述第一预设电压为2V，所述第二预设电压为1V。

可说明的是，所述多路数据选择模块7、所述第一数据选择器412、所述第二数据选择器422和所述第三数据选择器423均为数据选择器，所述数据选择器是指经过选择把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道上去以实现数据选择功能的逻辑电路，其功能为：根据给定的输入地址代码，从一组输入信号中选出指定的一个送至输出端。上述数据选择器为本领域技术的常规技术，在此不在赘述。

作为本发明一种可选的实施方式，所述烟雾感应模块3包括设置于烟雾探测腔体内（图中未标示）的第一发光二极管31、第二发光二极管32和感光二极管33；

所述第一发光二极管31的正极和所述第二发光二极管32的正极连接电源模块，所述电源模块用于对所述第一发光二极管的正极和所述第二发光二极管供电；

所述感光二极管33的正极通过第九开关418连接所述第一放大器411的负输入端，所述感光二极管33的负极连接所述第一数据选择器412的第一输入端，所述第一数据选择器412的第二输入端连接所述数模转换器的输出端。

在一些实施例中，参照图3，所述感光二极管33的正极连接第七引脚27，所述第七引脚27连接所述第九开关418；所述感光二极管33的负极连接第八引脚28，所述第八引脚28连接所述第一数据选择器412的第一输入端。

一些实施例中，所述电源模块包括电阻34和电容35，所述电阻34的两端分别连接电源电压和电容35的第一端，所述电容35的第二端接地，所述第一发光二极管31的正极和所述第二发光二极管32的正极均连接所述电阻34与所述电容35间的连接节点。

作为本发明一种可选的实施方式，所述第一发光二极管31的光线信号射出方向与所述感光二极管33的光线信号接收方向垂直，所述第一发光二极管31和所述第二发光二极管32的光线信号的发射方向相同；

当所述烟雾探测腔体内有烟雾时，所述感光二极管33接收所述第一发光二极管31和所述第二发光二极管32发射的光线信号，并输出所述感应电流。

在一些实施例中，所述烟雾感应模块3检测烟雾的原理为：

当所述烟雾探测腔内没有烟雾时，两个发光二极管发射的光线很少发生折射，因此所述感光二极管33几乎接收不到所述光线信号，因此此时所述感光二极管33不产生所述感应电流；

当所述烟雾探测腔内有烟雾时，所述第一发光二极管31和所述第二发光二极管32的光线信号射出后被烟雾折射，从而使得所述感光二极管33接收到所述光线信号，此时所述感光二极管33产生并输出所述感应电流。

一些实施例中，所述第一引脚21的引脚标记为OP1_IN，所述第二引脚22的引脚标记为OP1_INN；所述第七引脚27的引脚标记为OP0_INN，所述第八引脚28的引脚标记为OP0_INP，图3中的所述多路选择模块7输入端的引脚标记表示所述多路选择模块7的该输入端与该所述引脚标记对应的引脚匹配连接。

一些实施例中，所述多路选择模块7为13路选1数据选择器，即所述多路选择模块7的输入端可以分别输入13个信号，所述多路选择模块7的输出端从其输入端的13个信号中选择1个输出。所述13路选1数据选择器支持多通道分时复用的功能。

作为本发明一种可选的实施方式，参照图3，还包括设置于芯片2上的灌电流发生模块8，所述灌电流发生模块8用于对所述烟雾感应模块3提供电流。

作为本发明一种可选的实施方式，参照图3，所述灌电流发生模块包括：第一晶体管81、第二晶体管82、第三晶体管83、电流源84、第十开关85和第十一开关86；

所述第一晶体管81的第一端连接所述第一发光二极管31的负极，所述第一晶体管81的第二端接地，所述第一晶体管81的控制端连接所述第十开关85的第一端；

所述第二晶体管82的第一端连接所述第二发光二极管32的负极，所述第二晶体管82的第二端接地，所述第二晶体管82的控制端通过所述第十一开关86连接所述十开关的第二端；

所述电流源84的正极连接所述第三晶体管83的第一端，所述第三晶体管83的控制端连接所述第十开关85的第二端，所述第三晶体管83的第二端接地，所述第三晶体管83的第一端与控制端短接。

在一些实施例中，所述第一发光二极管31和所述第二发光二极管32的电流流向所述灌电流发生模块8，芯片2上的所述灌电流发生模块吸收芯片2外的第一发光二极管31和第二发光二极管32的电流，其吸收的电流的数值称为灌电流。

在一些实施例中，所述第一晶体管81的第一端连接第九引脚29，所述第一发光二极管31的负极连接所述第九引脚29，以实现所述第一发光二极管31与所述第一晶体管81的通信连接；所述第二晶体管82的第一端连接第十引脚210，所述第二发光二极管32的负极连接所述第十引脚210，以实现所述第二发光二极管32与所述第二晶体管82的通信连接。

一些实施例中，所述第一晶体管81、所述第二晶体管82和所述第三晶体管83均为NMOS管，所述第一晶体管81的第一端、所述第二晶体管82的第一端和所述第三晶体的第一端均指漏极，所述第一晶体管81的第二端、所述第二晶体管82的第二端和所述第三晶体的第二端均指源极，所述第一晶体管81的控制端、所述第二晶体管82的控制端和所述第三晶体的控制端均指栅极。

在一些实施例中，所述第一晶体管81和所述第二晶体管82均为NMOS管，当所述电流源84输出高电平时，所述第一晶体管81和所述第二晶体管82均处于导通状态，所述第一晶体管81的漏极和源极导通，将所述第一发光二极管31负极输出的电流导通至地；所述第二晶体管82和漏极和源极导通，将所述第二发光二极管32负极输出的电流导通至地。

另一些实施例中，所述第一晶体管71、所述第二晶体管72和所述第三晶体管73还可以为PMOS管，所述PMOS管的具体控制方法与上述的NMOS管不同，由于所述PMOS管的控制方法为本领域技术人员的常规技术，在此不再赘述。

作为本发明一种可选的实施方式，当所述第一数字信号大于所述烟雾门限，所述比较执行模块6控制所述报警装置开启；

当所述第一数字信号小于所述烟雾门限，所述比较执行模块6控制所述报警装置关闭。

在一些实施例中，所述报警装置为蜂鸣器、报警灯和声光报警装置中的任意一种。

作为本发明一种可选的实施方式，所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括与所述模数转换器5连接的时钟模块51，所述时钟模块51用于产生时钟信号以控制所述模数转换器5的采样间隔时间。所述时钟模块51产生时钟信号以控制所述模数转换器5的采样间隔时间，从而使得所述模数转换器5每隔一段时间进行采样，从而节省了芯片的功耗。

作为本发明一种可选的实施方式，所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括设置于所述芯片2上的电池电压监控模块94，所述电池电压监控模块94的输出端连接所述多路选择模块7的第三输入端；

所述多路选择模块7接收所述电池电压监控模块94输出的信号后选择输出电池电压信号；

所述模数转换器5将所述电池电压信号转换为第二数字信号并输出；

所述比较执行模块6比较所述第二数字信号和预设的电池电压门限的大小以得到第二比较结果，依据所述第二比较结果控制报警装置的开启或关闭。通过所述多路选择模块7接收所述电池电压监控模块94输出的信号并选择输出电池电压信号，通过所述模数转换器5将所述电压信号转换为第二数字信号，通过所述比较执行模块6比较所述第二数字信号和预设的电池电压门限的大小以得到第二比较结果，依据第二比较结果控制报警装置的开启或关闭，实现了检测电池电压的功能。

作为本发明一种可选的实施方式，所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括设置于所述芯片2上的温度检测模块95，所述温度检测模块95的输出端连接所述多路选择模块7的第四输入端；

所述多路选择模块7接收所述温度检测模块95检测输出的信号后选择输出温度模拟信号；

所述模数转换器5将所述温度模拟信号转换为温度数字信号并输出；

所述比较执行模块6比较所述温度数字信号和预设的温度门限的大小以得到第三比较结果，依据所述第三比较结果控制报警装置的开启或关闭。其有益效果在于，通过所述多路选择模块7接收所述温度检测模块检测输出的信号后选择输出温度模拟信号；通过所述模数转换器5将所述温度模拟信号转换为温度数字信号；通过所述比较执行模块6比较所述温度数字信号和预设的温度门限的大小以得到第三比较结果，依据所述第三比较结果控制报警装置的开启或关闭，实现了检测芯片上工作温度的功能。

所述预设控制信号为所述多路选择模块的控制信号，随时间变化，依次选择第一输入端、第二输入端、第三输入端和第四输入端接收到的信号输出。

所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括设置于所述芯片上的显示模块51，用于显示经过所述模数转换器5转换后并处理后的信号；

具体地，在所述模数转换器5输出所述第一数字信号后，所述显示模块51对所述第一数字信号进行处理以显示所述选择电压信号的数值，以显示所述缓冲单元42输出电压的大小；

在所述模数转换器5输出所述第二数字信号后，所述显示模块51对所述第二数字信号进行处理以显示所述电池电压信号的数值，以显示当前芯片的电池电压的大小；

在所述模数转换器5输出所述温度数字信号后，所述显示模块51对所述温度数字信号进行处理以显示所述温度模拟信号的数值，以显示当前芯片的工作温度。

在一些实施例中，所述多路选择模块7在切换不同的选择通道时可以同步切换采样频率，以满足芯片使用者的需求；

例如在芯片工作时需要读取当前芯片的温度，使所述多路选择模块7采用500KHz采样率对所述温度检测模块95的信号进行采样以得到温度模拟信号，所述温度模拟信号经过所述模数转换器5和所述显示装置51的处理后显示芯片的当前工作温度；

例如在芯片工作过程中需要读取当前的电池电压，使所述多路选择模块7采用500KHz采样率对所述电池电压监控模块94的信号进行采样以得到电池电压信号，所述电池电压信号经过所述模数转换器5和所述显示装置51的处理后显示芯片的当前电池电压；

例如在芯片工作过程中需要读取放大器的输出电压，使所述多路选择模块7采用32KHz采样率对所述第一放大器411或所述第二放大器421的输出信号进行采样以得到放大器输出信号，所述放大器输出信号经过所述模数转换器5和所述显示装置51的处理后显示所述第一放大器411或所述第二放大器421的输出信号。

在一些实施例中，所述比较执行模块6包括数值比较器（图中未示出）和控制单元（图中未示出），具体地，所述控制单元连接所述数值比较器和所述报警装置，所述比较器的一输入端连接所述模数转换单元5的输出端；

所述控制单元内存储有预设的烟雾门限、电池电压门限和温度门限，所述烟雾门限、所述电池电压门限和所述温度门限均可以根据设备需求和工作人员的需求自由设置所述比较器的至少一输入端连接所述控制器的输出端，以接收所述烟雾门限、所述电池电压门限和所述温度门限。

一些实施例中，通过脉冲发生装置控制所述报警装置的开启关闭，当所述脉冲发生装置产生电平状态为高的第一脉冲，并将所述第一脉冲发送至所述报警装置，以控制所述报警装置开启发出警报；当所述脉冲发生装置产生电平状态为低的第二脉冲，并将所述第二脉冲发送至所述报警装置以控制所述报警装置关闭。

一些具体实施例中，所述脉冲发生装置为脉冲宽度调制（Pulse WidthModulation，PWM）信号发生器，简称PWM信号发生器。

在一些具体实施方式中，所述比较执行模块6控制报警装置的工作过程为：

（1）通过所述数值比较模块比较所述第一数字信号和所述烟雾门限的大小，当所述第一数字信号大于所述烟雾门限，所述控制单元产生报警开启指令使得所述脉冲发生装置发送所述第一脉冲至所述报警装置，以控制所述报警装置开启；

当所述第一数字信号小于所述烟雾门限，所述控制单元产生报警关闭指令使得所述脉冲发生装置发送所述第二脉冲至所述报警装置，以控制所述报警装置关闭；

（2）通过所述数值比较模块比较所述第二数字信号和所述电池电压门限的大小，当所述第二数字信号大于所述电池电压门限，所述控制单元产生报警开启指令使得所述脉冲发生装置发送所述第一脉冲至所述报警装置，以控制所述报警装置开启；

当所述第二数字信号小于所述电池电压门限，所述控制单元产生报警关闭指令使得所述脉冲发生装置发送所述第二脉冲至所述报警装置，以控制所述报警装置关闭；

（3）所述数值比较模块比较所述温度数字信号和所述温度雾门限的大小，当所述温度数字信号大于所述温度门限，所述控制单元产生报警开启指令使得所述脉冲发生装置发送所述第一脉冲至所述报警装置，以控制所述报警装置开启；

当所述温度数字信号小于所述温度门限，所述控制单元产生报警关闭指令使得所述脉冲发生装置发送所述第二脉冲至所述报警装置，以控制所述报警装置关闭。

在一些实施例中，所述控制单元为单片机。所述数值比较器为本领域技术人员的常用技术，在此不在赘述。

图4为本发明实施例第二种实施方式中基于低功耗模数转换器的烟雾传感器的电路示意图。

在本发明的另一些实施例中，参照图4，所述烟雾传感器的结构除了如图3所示的结构之外，还包括设置于芯片2外的第一电容9、第一电阻90、第二电容92、第二电阻91和第三电阻93；

所述第一电容9的第一端和所述第一电阻90的第一端均连接所述感光二极管33的正极与所述第九开关418连接节点，所述第一电容9的第二端和所述第一电阻90的第二端均连接第三引脚23，所述第三引脚23与所述第一放大器411的输出端和所述第一数据选择器412的第二输入端连接；

所述第二电容92的第一端和所述第二电阻91的第一端均连接第四引脚24，所述第四引脚24连接所述第二数据选择器422的第二输入端；

所述第二电容92的第二端和所述第二电阻91的第二端均通过所述第三电阻93接地，所述第二电阻91的第二端、所述第二电容92的第二端与所述第三电阻93的连接节点连接所述第二引脚22。

设置于芯片外的第一电容、第一电阻、第二电容、第二电阻和第三电阻，能够在第四开关关断时，与所述第一放大器形成跨导放大器。

本发明还提供一种烟雾检测设备，包括所述烟雾传感器。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (13)

1.一种基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，包括位于芯片外部的烟雾感应模块和设置于所述芯片上的感应电流处理模块、多路选择模块、模数转换器和比较执行模块；

所述烟雾感应模块用于检测烟雾并在检测到烟雾后输出感应电流；

所述感应电流处理模块用于对所述感应电流进行积分，以得到积分电压信号，对所述积分电压进行缓冲处理，以得到缓冲电压信号；

所述多路选择模块接收所述积分电压信号和所述缓冲电压信号后根据预设控制信号选择输出选择电压信号；

所述模数转换器将所述选择电压信号转换为第一数字信号；

所述比较执行模块比较所述第一数字信号和预设的烟雾门限的大小以得到第一比较结果，依据所述第一比较结果控制报警装置的开启或关闭；

所述感应电流处理模块包括：

积分单元，连接所述烟雾感应模块的输出端，用于对所述感应电流进行积分以获取积分电压信号；

缓冲单元，连接所述积分单元的输出端，用于对所述积分电压信号进行缓冲以得到缓冲电压信号；

所述积分单元包括第一数据选择器、第一放大器、可调电容、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；

所述第一数据选择器的输出端通过第一开关连接所述第一放大器的正输入端，所述第一放大器的正输入端连接第二开关的第一端，所述第一放大器的输出端输出所述积分电压信号，所述第二开关的第二端通过所述第三开关连接所述第一放大器的输出端；

所述可调电容的第一端连接所述第二开关的第二端，所述可调电容的第二端通过所述第四开关连接所述第一放大器的输出端，所述第一放大器的输出端连接所述多路选择模块的第一输入端；

所述缓冲单元包括第二数据选择器、第三数据选择器、第二放大器、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；

所述第二数据选择器的两个输入端分别连接数模转换器的输出端和第一引脚，所述第二数据选择器的输出端通过所述第五开关连接所述第二放大器的负输入端，所述数模转换器用于接收数字信号，以将所述数字信号转换为模拟信号；

所述第三数据选择器的两个输入端分别连接第二引脚和所述第一放大器的输出端，所述第三数据选择器的输出端通过所述第六开关连接所述第二放大器的正输入端；

所述第二放大器的正输入端依次通过所述第七开关和所述第八开关连接所述第二放大器的输出端，所述第二放大器的输出端连接所述多路选择模块的第二输入端；

所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括设置于芯片外的第一电容、第一电阻、第二电容、第二电阻和第三电阻；

所述第一电容的第一端和所述第一电阻的第一端均通过第七引脚和第九开关连接所述第一放大器的负输入端，所述第一电容的第二端和所述第一电阻的第二端均连接第三引脚，所述第三引脚与所述第一放大器的输出端和所述第一数据选择器的第二输入端连接；

所述第二电容的第一端和所述第二电阻的第一端均连接第四引脚，所述第四引脚连接所述第二数据选择器的第二输入端；

所述第二电容的第二端和所述第二电阻的第二端均通过所述第三电阻接地，所述第二电阻的第二端、所述第二电容的第二端与所述第三电阻的连接节点连接所述第二引脚。

2.如权利要求1所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，所述烟雾感应模块包括设置于烟雾探测腔体内的第一发光二极管、第二发光二极管和感光二极管；

所述第一发光二极管的正极和所述第二发光二极管的正极连接电源模块，所述电源模块用于对所述第一发光二极管的正极和所述第二发光二极管供电；

所述感光二极管的正极通过第九开关连接第一放大器的负输入端，所述感光二极管的负极连接所述第一数据选择器的第一输入端，所述第一数据选择器的第二输入端连接所述数模转换器的输出端。

3.如权利要求2所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，所述第一发光二极管的光线信号射出方向与所述感光二极管的光线信号接收方向垂直，所述第一发光二极管和所述第二发光二极管的光线信号的射出方向相同；

当所述烟雾探测腔体内有烟雾时，所述感光二极管接收所述第一发光二极管和所述第二发光二极管发射的光线信号，并输出所述感应电流。

4.如权利要求3所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，所述基于低功耗模数转换器的烟雾传感器还包括设置于芯片上的灌电流发生模块，所述灌电流发生模块用于对所述烟雾感应模块提供电流。

5.如权利要求4所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，所述灌电流发生模块包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、电流源、第十开关和第十一开关；

所述第一晶体管的第一端连接所述第一发光二极管的负极，所述第一晶体管的第二端接地，所述第一晶体管的控制端连接所述第十开关的第一端；

所述第二晶体管的第一端连接所述第二发光二极管的负极，所述第二晶体管的第二端接地，所述第二晶体管的控制端通过所述第十一开关连接所述十开关的第二端；

所述电流源的正极连接所述第三晶体管的第一端，所述第三晶体管的控制端连接所述第十开关的第二端，所述第三晶体管的第二端接地。

6.如权利要求1或5所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，当所述第一数字信号大于所述烟雾门限，所述比较执行模块控制所述报警装置开启。

7.如权利要求1或5所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，当所述第一数字信号小于所述烟雾门限，所述比较执行模块控制所述报警装置关闭。

8.如权利要求1所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，还包括与所述模数转换器连接的时钟模块，所述时钟模块用于产生时钟信号以控制所述模数转换器的采样间隔时间。

9.如权利要求1所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，还包括设置于所述芯片上的电池电压监控模块，所述电池电压监控模块的输出端连接所述多路选择模块的第三输入端。

10.如权利要求9所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，所述多路选择模块接收所述电池电压监控模块输出的信号后根据所述预设控制信号选择输出电池电压信号；

所述模数转换器将所述电池电压信号转换为第二数字信号并输出；

所述比较执行模块比较所述第二数字信号和预设的电池电压门限的大小以得到第二比较结果，依据所述第二比较结果控制报警装置的开启或关闭。

11.如权利要求1所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，还包括设置于所述芯片上的温度检测模块，所述温度检测模块的输出端连接所述多路选择模块的第四输入端。

12.如权利要求11所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器，其特征在于，所述多路选择模块接收所述温度检测模块检测输出的信号后根据所述预设控制信号选择输出温度模拟信号；

所述模数转换器接收所述温度模拟信号后，将所述温度模拟信号转换为温度数字信号并输出；

所述比较执行模块接收所述温度数字信号后，比较所述温度数字信号和预设的温度门限的大小以得到第三比较结果，依据所述第三比较结果控制报警装置的开启或关闭。

13.一种烟雾检测设备，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的基于低功耗模数转换器的烟雾传感器。

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