燃气安全市场迎来风口，看STM32如何防患于未“燃”
最新更新时间：2022-05-31
阅读数：
▲ 点击上方 关注STM32
燃气爆炸到底有多可怕？！
2020年，中国共计发生燃气安全事故539起，共造成88人死亡，496人受伤。
2021年上半年，中国共计发生燃气安全事故544起，共造成71人死亡，412人受伤。
2021年6月13日，湖北十堰市发生严重燃气爆炸事故，造成26人死，138人伤，损失5395万！
*数据来源：《全国燃气事故分析》，图源：中国消防
随着城市燃气的广泛应用，因燃气泄漏引发的爆炸、中毒和火灾等事故时有发生。在密闭空间内，燃气与空气混合后易燃易爆，当空气中的燃气浓度达到5%~15%时，遇到明火就会爆炸，给生命财产带来重大威胁。
在中国，家用燃气泄露报警器的安装比例相比发达国家仍处在一个很低的水平，部分大中城市地区的燃气报警设备安装比例不足10%。早在1996年，中国就出台了有关家用燃气报警器的相关标准（《CJ3057-1996家用燃气泄漏报警器》），并于2010年修订。
1
燃气安全市场迎来政策风口
从2021年起，国家应急管理部就联合住建部等部门推动各地区全面摸排，切实解决影响燃气安全突出问题，要求紧急部署燃气安全装置，开展燃气行业专项整治。相关部门单位也多次印发关于加强燃气安全防范力度要求，这也意味着各行各业加强燃气安全监管已成必然趋势，城市燃气行业将迎来新的发展机遇。
一些强制性国家法规纷纷出台：
我国《安全生产法》在2021年6月10日在人大会议上进行了第三次修正，于当年9月1日开始施行，规定餐饮等行业的生产经营单位必须安装防止燃气泄漏的可燃气体报警装置，不按规定安装的，最高可以处以二十万元罚款。
《燃气工程规则》于2022年1月1日开始施行，规定建筑高度大于100米的高层家庭用气场所以及商业用户使用的商业燃具、用气设备等，需设置燃气泄漏报警和切断等安全装置。
2022年2月14日，国务院印发《“十四五”国家应急体系规划》，对“十四五”时期安全生产、防灾减灾等工作进行全面部署，要求重点深化城镇燃气及燃气设施安全管理等安全生产治本攻坚。
国家新政的出台将加速释出工业安全类及居民类仪表的市场需求。中国家用燃气安全报警器的渗透率大约在 7%左右，一线城市的餐饮业渗透率约还不到 30%。餐饮应用场景（不含居民家庭）可能会带来百亿左右的市场规模，而居民家装需求将是餐饮业十倍以上，市场达千亿，未来渗透空间广阔。
2016年中国燃气报警器行业的市场规模达到12.5亿元，2017年市场规模为17.7亿元，同比增长了41.6%，从这两年的市场规模发展来看，燃气报警器行业正处于快速发展之中。预计到2025年燃气报警器行业的市场规模将达到57.1亿元。
目前新建住宅项目燃气报警器已经成为标配，各级政府及职能机构也正在逐步投入资金对老旧住户进行升级改造，再加上新《安全生产法》刚实施不久，燃气报警器市场天花板正在逐步打开，未来市场空间巨大。
2
燃气报警器的工作方式
当燃气发生泄漏时，燃气报警器会检测到并发出警报，同时将信号传输至紧急自动切断装置，自动快速关闭主供气体阀门，切断燃气供给，以降低燃气事故发生率，保障用户的人身和财产安全。
▲ 图1 有线连接方式的燃气报警器 图片来自网络
3
燃气报警器分类及应用场景
✦ 燃气报警器分类
按照安装方式，燃气报警器分为前装和后装报警器。
前装报警器，在新建建筑项目时即完成安装和走线。此类报警器具有常供电的优势，对于能耗要求较低，同时预留与燃气表、切断装置之间的有线连接通路。
后装报警器，即后期加装的报警器，在业主已经完成装修后才进行安装。这种报警器如果还使用前装报警器的走线方式，会增加部署成本以及有可能会破坏业主装修，导致无法顺利推广。因此，后装报警器需要电池供电，对低功耗特性有较为严格的要求，且需要具备无线通信能力。
✦ 燃气报警器应用场景
在餐饮等商业场景中，因为场地较大，环境复杂，所以需要更多的探头（传感器）来进行检测，绝大部分采用后装方式，如果采用有线连接，则部署成本增加，而且实施也不方便。如果采用电池+无线方式，则对低功耗和多连接的特性要求更高。
商用报警器有两种架构方式，不管采用哪种方式，都会存在多设备连接的情况。
- 多个报警器+集中器（可选）+阀门
- 多个气体探头+1个报警器（作为集中器）+阀门
在家用场景，前装/后装燃气报警器都有采用。家用前装燃气报警器需要满足长期使用的目的，优先考虑元器件的使用寿命，对MCU的稳定性要求更高。家用后装燃气报警器和餐饮场景要求类似，对低功耗和多连接能力更加重视。
▲图2 多探头报警器燃气安全系统示意图
4
STM32如何防患于未“燃”
不论前装还是后装市场，有线或无线连接方式，STM32都通过丰富的MCU产品线满足各种应用场景的不同需求。
对于前装报警器，STM32 MCU通过长期供货保证能力以及出色的产品质量为用户提供可靠保障。
▲图3 STMCU产品系列
STM32G0与STM32U5是针对前装燃气报警器市场的MCU产品的杰出代表。前装燃气报警器不需要高性能的MCU，更看重MCU的低成本、低功耗、灵活性、可靠性，STM32G0系列可充分满足该市场的要求。
▲图4 STM32G0产品特性
✦ STM32G0系列关键特色：
小身材大容量
- Flash高达512KB, RAM高达144KB，大于4:1比例
- 64pin封装仅有一对电源，相同封装可获得更多的I/O资源
- 最小封装仅SON8，节省PCB尺寸
无需外部时钟
- 0~90℃ 内部 ±1%精度高速时钟，全温度范围±2%
更多的创新外设
- 新一代FD-CAN总线，速度更快，效率更高。且向下兼容CAN2.0
- 集成全速USB HOST/DEVICE, 支持USB Type-C PD协议处理
- 主频高达128MHz的高级定时器，< 8ns PWM输出
- 2.5MSPS 12-bit ADC，比较器及DAC
- 32Mb/s SPI，多达8路U(S)ART
更稳定更安全
- 全新Robust技术，低EMI，强EMC。增强产品抗干扰能力
- Flash自带错误检查和纠正（ECC）
- 硬件AES256加密及新增可信任存储区
如果前装燃气报警器系统中需要类似集中器的角色，STM32U5是一个不错的选择。STM32U5是STM32低功耗MCU家族的新一代旗舰产品，在性能、功耗以及信息安全等方面都有出色表现。
▲图5 STM32U5是STM32低功耗MCU家族的旗舰产品
✦ STM32U5系列新特性：
更低的系统功耗特性
- 升级的功耗管理模式
- LPBAM, DMA 及可在低功耗模式下工作的 IP
- Stop模式下的Timer可工作在输入捕获模式
更高的系统信息安全特性
- AES 和 PKA硬件加密引擎, 可抵抗边界攻击
- HUK(Hardware Unique Key)
- 读保护: 可通过密码来回退RDP
更好的功能安全特性
- 内部存储支持ECC校验
增强的数据存储能力
- Flash存储器有512KB支持100K次擦写
更高的ADC精度
- 新的ADC支持SAR型14-bit精度
更新IP
- MDF (Multi-function Digital Filter)
- ADF (Audio Digital Filter): DFSDM的升级版本
针对后装燃气报警器市场，STM32WB是理想之选。STM32WB在后装燃气报警器行业中的优势包括：
- 支持多种射频协议以及多种连接方式
STM32WB 支持包括 BLE，Zigbee, OpenThread 和基于 IEEE 802.15.4 和 BLE LLD 的私有协议，也包括 BLE Mesh，Zigbee Mesh 网络和支持多达8个点对点连接的星型拓扑等。
▲图6 STM32WB支持多种协议
▲图7 BLE MESH网络
▲图8 Zigbee MESH
▲图9 BLE星型拓扑网络
此外，STM32WB55还支持动态多协议并发功能，可以做为中继节点同时运行BLE+Zigbee协议，在通过BLE与手机建立通信的同时，保持Zigbee与节点或网路之间的通信，解决需要使用两颗射频芯片所带来的成本、PCB面积以及软件复杂度等方面的挑战。
▲图10 STM32WB55动态多协议并发功能
- 低功耗特性
STM32WB的双核架构，内置SMPS，支持多种低功耗模式，可以在低功耗模式下保持射频收发能力。
- 产品组合丰富
STM32WB既有可以满足报警器和切断装置的STM32WB15系列，也有可以作为燃气表主控MCU的STM32WB55系列。
STM32WB15系列价格低，封装小，低功耗；
STM32WB55系列支持段码屏，低功耗，安全性高。
- 专用集成滤波器
滤波器集成了:
- 阻抗匹配网络 – 转换为50Ω阻抗
- 谐波滤波器 – 减少带外TX谐波发射，提高RX灵敏度
集成滤波器可以避免用户调试复杂的射频电路，同时还能有效保证量产产品的射频一致性，最大程度优化了多协议射频性能，且PCB面积比分离方案节省80%以上。
- 安全性
STM32WB的双核架构以及内置的安全功能可以有效地保护数据安全和通信安全。
结语：随着燃气安全市场的逐步规范化，作为安全用气的最后一道防线，燃气报警器市场规模将迅速扩大，STM32G0、STM32U5及STM32WB将为燃气报警器应用提供不同的解决方案。
© THE END
京公网安备 11010802033920号