探测器后端报警系统开发

一、 项目概述与核心目标
本项目旨在开发一款用于探测的专用报警系统核心板。核心板接收探测器信号，实现高速处理、实时声光报警及数据存储功能。本项目终极目标为：交付完整的设计、生产文件、样机和单片机程序包。

二、 核心功能与行为描述
本系统核心板由DC 24V电池供电，为探测器（需要DC 24V供电，信号输出4-20 mA）提供电源并处理其信号。

1.     系统供电与接口：

o   输入：DC 24V，通过板载贴片电源电路转换为系统所需电压。

o   输出：提供一路隔离的24V/100mA（最大） 输出，通过专用接口为探测器供电。

o   探测器接口（三线）：24V_OUT, 4-20mA_IN, GND。

2.     信号处理：

o   采样：高速ADC采集4-20mA电流信号（4mA暗电流，20mA满量程）。采样间隔软件可调，范围10μs – 10ms。

o   处理：实时数字滤波（如移动平均）。

3.     显示输出（外接）：

o   器件：外接三位数码管（含小数点），线长1.5米。

o   逻辑：显示采集到探测器的归一化电流值 (电流-4mA)/16mA，范围0.00至1.00。刷新率10-20Hz，允许≤100ms延迟。

4.     报警指示：

o   可听化报警：

§  音频频率与音量均与实时归一化值正相关。

§  输出至板载蜂鸣器（贴片）及3.5mm耳机接口。

§  旋钮用于调节全局音量，可关闭音量。

o   阈值报警LED（外接，与数码管同样）：

§  外接高亮LED，线长1.5米。

§  逻辑：电流超阈值 → LED长亮1秒 → 重新判断 → 仍超阈值则继续亮，否则熄灭。

§  提供清晰、无歧义的越限指示。

5.     数据存储：

o   板载贴片TF卡座，支持大容量卡。

o   记录探测器所有采样数据（时间戳-电流值），格式示例：2023-10-27 14:05:30.123456, 5.671。

o   自动文件分割，缓存写入避免阻塞。

6.     用户配置：

o   报警阈值等参数通过电脑连接USB虚拟串口（或类似免驱方式）配置，无需脱机设置界面。

o   支持正常工作模式与静音模式（仅关音频）。

三、 硬件设计要求（嘉立创生产约束）

1.     总体原则：所有设计必须符合嘉立创PCB工艺能力及SMT贴片规范。优先保证设计的可生产性与物料的可获得性。

2.     元器件选型核心约束：

o   100% SMT贴片器件：除必须外接的部件（如数码管、LED、耳机座、TF卡座、接线端子）外，板上所有元器件必须为贴片（SMD）封装，不得使用任何需手工焊接的直插（DIP/THT）器件。

o   物料库要求：主控MCU、阻容感、电源芯片、逻辑芯片等核心及基础元器件，必须优先选用嘉立创/立创商城（LCSC）可贴片、常备库存的物料。

o   BOM要求：交付的BOM表中，必须包含准确的 “LCSC物料编号” ，确保可直接导入嘉立创SMT系统，无需人工替换或采购困难。

3.     PCB工艺要求：

o   层数：默认双层板，如因高速信号或高密度布局需要更多层数，需提前说明理由。

o   工艺：遵循嘉立创常规工艺（板厚1.6mm，FR-4，有铅喷锡等），特殊工艺（如阻抗控制）需额外标注。

4.     接口与外部器件：

o   探测器接口：三个插针（航空插头）（24V直流供电, 4-20mA输出，GND），探测器接头最好可拔插（3芯插头）。

o   显示与指示：三位数码管及阈值报警LED，因其需1.5米线缆连接，不焊接在核心板上，可使用额外小板。板上应为其设计对应的驱动电路及贴片式连接接口（如间距2.54mm或更可靠的板对板连接器）。

o   用户接口：音量调节按钮（贴片编码器）、3.5mm耳机座、TF卡座、USB配置接口等，均需选用贴片或板边插件型号（需符合嘉立创SMT能力）。

四、 软件功能要求

1.     实时性架构：数据采样与阈值判断(LED) > 音频生成 > 数据存储 > 数码管显示 > 用户交互/通信。

2.     核心算法：实现高速采样引擎、实时音频映射算法、准确的LED阈值状态机。

3.     配置与存储：参数存储于MCU Flash。通过USB接口接收配置命令。

4.     USB功能：实现USB虚拟串口（VCP）或HID通信，用于在Windows系统免驱或仅需标准驱动即可连接配置。

五、 交付物要求（必须齐全）
交付物应确保甲方可在嘉立创独立完成后续生产。

1.     设计源文件：

o   完整原理图（PDF 及可编辑格式，如 KiCad/Altium/嘉立创EDA 源文件）。

o   PCB设计文件（同上可编辑源文件）。

o   生产文件：Gerber、NC Drill 文件。

2.     SMT生产文件：

o   BOM表：Excel格式，包含位号、物料名称、规格、封装、数量、LCSC物料编号。

o   贴片坐标文件：Pick and Place (CPL) 文件，包含所有贴片元件的位号、X坐标、Y坐标、旋转角度、面层。

3.     固件与软件：

o   完整单片机固件工程源代码（含详细注释）。

o   编译好的可烧录HEX/BIN文件。

o   （可选）简单的PC端配置工具或配置协议文档。

4.     设计文档：

o   设计说明（关键电路分析、布局布线考虑、测试点说明）。

o   硬件调试与烧录指南。

o   元器件数据手册合集。

六、 其他说明

1.     投标方需有嘉立创SMT下单及实际生产经验，确保设计能无缝对接其工艺。

2.     设计中应预留必要的测试点，方便样板调试。

3.     优先考虑选用STM32、GD32、ESP32-S3等系列中LCSC库存充足的主控MCU方案。