这个项目是为那些从图书馆阅读大量书籍的人准备的。它可以让您更好地了解在您需要归还图书之前还剩多长时间。工作原理：当您将一本新书放在书架上时，书架会检测到它及其位置。然后它通过你需要通过网站让步的时间来计算你还剩多长时间才需要交。在架子的顶部，还有一个neopixel条，显示你还剩多长时间.第1步：准备零件清单主要零件Raspberrypi+T型连接件+Rpi电源ArduinoUno+电源传感器5LDR（光敏电阻）+MCP3008（用于模拟通信）+510kΩ电阻红外线传感器(HC-SR501)RFID-RC522+RFID卡执行器1602LCD+PCF85748位WS2812B额外零件电平转换器电位器很多电缆16GB迷你SD卡物料清单.pdf第2步：接线我们将从最重要的部分开始，一切的布线。为了让您更轻松，我提供了下面的一般原理图和面包板原理图。fritzingbreadboard_bb.pdffritzingschema_schem.pdf第3步：为LCD接线就像在数据表上一样，PCF8574的顶部标有一个小凹口将A0、A1、A2和GND接地将VCC连接到电源的3.3V将SDA连接到GPIO2/SDA1I2C和SCL到GPIO3/SCL1I2C液晶显示器将VSS、K和R/W接地将VDD和A连接到树莓派的5V端将电位器的一侧连接到5V，另一侧连接到地将中间引脚连接到LCD的V0。这个可变电阻器可以用来调节显示器的对比度将RS连接到GPIO17将E连接到GPIO27现在将所有DB引脚链接到PCF6574上相应的P引脚第4步：连接光传感器芯片的顶部再次标有一个小凹口。将Vdd和Vref引脚连接到树莓派的3.3V侧将AGND和DGND接地将CLK连接到GPIO11/SPI0_SCLK将Dout连接到GPIO9/SPI0_MISO并将Din连接到GPIO10/SPI0_MOSI将CS连接到GPIO8/SPI0_CE0_NLDR将5个10kΩ电阻器连接到树莓派的3,3V将电阻的另一端连接到LDR和MCP3008的一个通道（从CH0到CH4）将LDR的另一侧接地第5步：为红外传感器接线将树莓派的5V电源连接到VSS（右侧引脚）将中间引脚连接到树莓派上的GPIO21接地我将跳线设置为单触发（底部）第6步：连接Arduino我使用了少于30个LED的LED灯条。如果您打算使用更大的电源，则需要为其配备外部电源。将Arduino的5V与LED灯条的VSS连接将Din与Arduino的D7连接起来将地连接到Arduino的地RFID-RC522将RFID扫描仪的3,3V与Arduino的3,3V连接将RST与D9PWM连接将MISO与D12连接将MOSI与D11连接将SCK与D13SCK连接将SDA与D10PWM连接将RFID阅读器的地线连接到Arduino的地线第7步：Arduino和RaspberryPi之间的接线连接电平转换器将LV（低电压）连接到树莓派的3,3将旁边的GRD连接到树莓派的地面将HV（高压）连接到Arduino的Vin或5V将旁边的GRD连接到Arduino的地面将树莓派的GPIO15/RXDO连接到LV1将树莓派的GPIO14/TXDO连接到LV2将Arduino的TX连接到HV1将Arduino的RX连接到HV2第8步：外壳底板：15厘米-28,5厘米前面板：30cm-32cm剪下9cm-24cm放置液晶：8cm-3cm放置红外传感器：直径2cm的圆圈右盘：17cm-32cm一个1厘米大的切口，0.5厘米（大约是盘子的一半）进入盘子（在底板中滑动）。放置RFID：4,5cm-6cm2个燕尾切口与背板连接左板：除了没有用于RFID传感器的孔外，与右侧相同顶板：30cm-17cm此外，一个类似于左右板的切口，用于放入新像素条背板：33cm-30cm切出与左右板进行燕尾连接的零件架子：25cm-16cm每5厘米钻一个小孔以安装光传感器。架子的侧面：24cm-16cm除了底部和背板外，将外面粘在一起。然后将LED灯条放入，然后放入内部搁板。第9步：代码您需要下载的代码发布在此GitHub存储库中。树莓派在GitHub上下载代码并将其放在microsd卡上。将树莓派连接到互联网将SD卡放入你的树莓派。要将您的树莓派连接到互联网，您需要通过ssh连接到您的树莓派，我建议为此使用应用程序。通过电缆连接到地址192.168.168.168。用户是student，密码是W8w00rd。登录后，使用"wpa_passphrase"your_SSID@Home""your_wifi-password">>/etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf"添加您的wifi。然后输入“wpa_cli-iwlan0reconfigure”以启动您的wifi。Arduino在GitHub上下载Arduino的代码并运行它。项目完成，此时您可以运行以下自己的项目是否可以成功运行

使用LDR控制伺服电机的位置。随着LDR的值增加，伺服电动机的位置也增加。硬件部件：ArduinoUNO×1个SG90微型伺服电机×1个LDR，5兆欧×1个跳线（通用）×1个软件应用程序和在线服务：ArduinoIDE在这里，我们使用LDR（光敏电阻）控制伺服电机的位置。众所周知，随着LDR上的光量增加，LDR的电阻也会增加。在这里，我们将使用analogRead（）操作读取该值，并将其用作伺服电机位置的变量。因此，随着LDR上的光量增加，伺服电动机的位置将增加（0-180）。原理图：源码：/*projectbyManishkumaryadav*/#includeintlightval;intlightpin=A0;inttm=100;intservopin=3;Servomyservo;intangle;voidsetup(){Serial.begin(9600);pinMode(lightpin,INPUT);myservo.attach(servopin);pinMode(servopin,OUTPUT);}voidloop(){lightval=analogRead(lightpin);Serial.println(lightval);delay(tm);angle=lightval/5;myservo.write(angle);Serial.println("anlgeis");Serial.println(angle);}

我将解释如何使用Node-RED仪表板基于Node-RED和Raspberrypi实施工业自动化。硬件部件：RaspberryPi3模型B×1个ArduinoUNO×1个Arduino以太网盾2×1个温度感应器×1个DFRobotGravity：用于Arduino的DHT11温度湿度传感器×1个软件应用程序和在线服务：ArduinoIDE手动工具和制造机：烙铁（通用）热胶枪（通用）我已经在钢筋木材加工厂安装了该设备。更具体地说，我们已经安装了控制木材干燥箱的设备。要考虑的环境数据是室内的温度和湿度。这是该项目视频文档：使用Node-RED仪表板基于Node-RED和Raspberrypi的工业自动化Node-RED是一个非常出色的平台，用于实现IoT和IIoT（工业物联网）。控制面板：我已经用RaspberryPi和RaspberryPi7英寸触摸屏替换了PLC编程单元和HMI设备。RaspberryPi通过Arduino以太网模块从ArduinoUno获取温度和湿度传感器数据。数据使用MQTT协议传输到RaspberryPi上托管的Node-RED。RaspberryPi分析传感器数据并触发GPIO引脚，然后将命令发送到中继模块。根据预定义的逻辑，继电器断开/接通所连接的工业执行器。原文出处

电路城有很多优秀的设计项目方案，一直深受广大电子工程师的欢迎，但随着时间和为数众多的内容资源更新，很多优质的资源沉下去了，为激活以往受欢迎的电路项目方案，我们对此按主题进行整理呈现出来，以飨读者。众所周知，ToF是3D深度视觉其中的主流方案之一，ToF技术应用广泛，譬如手机、VR/AR手势交互、汽车电子ADAS、安防监控以及新零售等多个领域都开始大显身手。如此受欢迎的技术，电路城本次就为大家推荐部分关于ToF电路解决方案，希望可以帮到大家。后续更多技术主题项目方案分享，敬请关注电路城（Cirmall.com）。1.通过3DToF影像传感器及跟踪与检测算法统计定区域人数（电路原理图+参考设计）采用3D飞行时间(ToF)的需求控制通风人数统计参考设计是一种子系统解决方案，它使用TI的3DToF影像传感器以及跟踪和检测算法对给定区域中的人进行计数，可实现高分辨率和高精度。该传感器技术是在标准CMOS中开发的，使系统能够以较低的系统成本实现很高的集成度。由于ToF影像传感器以三维处理可视化数据，因此传感器可以检测到人体的精确形状并以前所未有的精度跟踪人的移动和位置（包括微小的移动变化）。因此，ToF摄像头能够比传统监控摄像头和视频分析更加高效地执行实时人数统计和人员跟踪功能。特性精度：>90%可配置的响应时间、可实时或定期提供的占位数据宽视场：H74.4ºxV59.3º3DToF摄像头独立于环境光，甚至能够在黑暗中工作自动照明四个NIR激光可提供较大的照明区域短漫射激光脉冲可提供固有的眼睛安全性在嵌入式平台上运行。附件内容包括：马上点击下载2.用于高精度测量距离的飞行时间(ToF)光学方法各种应用（如激光安全扫描仪、测距仪、无人机和制导系统）中都利用了用于高精度测量距离的飞行时间(ToF)光学方法。该设计详述了基于高速数据转换器的解决方案的优点，包括目标识别、宽松的采样率要求和简化的信号链。该设计还解决了光学器件、驱动器和接收器前端电路、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)和信号处理。特性测量距离为1.5m至9m距离测量平均误差小于±6mm，标准偏差小于3cm5.75W脉冲905nm近红外线激光二极管和驱动器，平均输出功率小于1mW激光准直和光接收器聚焦光学器件125MSPS15位ADC和500MSPS16位DAC信号链具有基于DFT的距离估算功能的脉冲ToF测量方法马上点击下载3.基于STToFVL53L1X人脸识别门禁测温系统方案面对突如其来的疫情，各行各业都在努力用专业为战“疫”助力。体温测量和人员追踪是此次防控疫情的重要手段。随着各地陆续复工，写字楼、园区等上班场所为测体温排起长队的现象多有出现。如何既能完成体温排查，又能减少对人们正常工作生活的影响，以及避免因排队测温引起的病毒传播风险，成为社会复工过程中的一个重要需求。STToFVL53L1X产品助力人脸门禁测温系统，该方案ToF主要工作目的是，上报被测人脸和热电堆传感器的距离，以便算法对热电堆传感器精度的衰减进行温度补偿，这样能大大提高体温的测量精确度。虽然ToF的代码里面能够返回的不仅仅是距离的数据，还有返回的光子量以及环境光干扰，但是对于大部分产品的应用来说，都是需求ToF的测量距离，本方案也是需求ToF的测距数据，然后根据被测量人脸的距离用算法来对温度进行补偿，温度的检测一般都是有一定的衰减，只有通过算法的加持，才能保证产品的精确度。马上点击下载本文由电路城综合整理

压接线是所有线束制造商的技术，端子线作为常用的信号传输电子线束，在现代电器设备的应用中，几乎无处不在。在压接端子线的技术过程中，鑫鹏博凭借在电缆和线束组装多年的经验，一直严格要求精密压接电线技巧，确保所有压接端子线符合行业标准和客户要求。以下是压接端子线时应杜绝的一些不良问题讲解。压接端子线时应杜绝的10点问题：1.绝缘压接还需要完全支撑和包裹绝缘，而不会造成任何损坏或破坏绝缘。2.绝缘材料完全进入并延伸超过绝缘压接片。3.准备好的电线也必须处于稳固的工作状态-不能刮伤，切口，切断或损坏。4.电线保留在连接器中，压接压痕居中，绝缘压接还必须提供180度的侧面。5.电线不应扁平，不扭曲，弯曲，扭结或变形。6.绝缘应该没有任何捏，拉，磨损，变色，炭化和燃烧的迹象。7.绝缘层破损可能会导致导线出现安全问题以及潜在的危险。8.绝缘层没有切口或断裂。9.绝缘材料熔化成线股电线未通过压接固定。10.接触有明显的裂缝和裂缝，没有电线分离。转载自维库电子市场网。

电机的温度检测与控制在工业生产中有着至关重要的作用，目前国内缺乏针对电机转子温度进行实时在线监控的系统。而电机超时、超负荷的运转会导致电机温度急剧上升，轻则影响工业生产的安全性、稳定性，重则直接酝酿巨大的经济损失。由于电机内部的结构复杂，工作时转子高速运转，无法实现有线测量，所以大多数电机的温度监测系统还以非直接接触式的测量为主，但这些方法存在测量误差大、延时时间长等缺点。文中研究了一种基于TMP275的电机温度实时在线监测系统，以MSP430为处理器，通过红外无线发射模块，实现对电机设备温度实时在线监测，通过实验对比分析得出该系统测量高，误差小，响应速度快，运行可靠，可广泛应用于高仪器仪表控制系统中。1模块电路硬件设计1.1总体结构设计本设计以MSP430作为控制器，MSP430是一款超低功耗的单片机，采用+3.3V供电。特别适合应用与电池供电的长时间工作场合。通过TMP275对电机内部温度进行测量，送MSP430进行处理，并将处理结果送给固定在转子上的红外发射模块。固定在定子上的红外接收模块将接收到的数据送给上位机，实现实时在线监测，系统的总体结构框图如图1所示。1.2传感器采集电路的设计本设计采用的TMP275数字式温度传感芯片，采用+3.3V供电，同时集成I2C总线接口和16位AD转换电路。在-55～+127℃的工作温度范围内，TMP275数字传感器仅产生+0.5℃的误差;同时相对模拟型温度传感器，TMP275输出的数字信号便于直接送给控制器进行处理，避免了模-数转换电路的繁琐与实时性差的缺点。采集电路的设计如图2所示，其中A2、A1、A0是它的地址引脚，工作时将它们同时接地。芯片将采集的温度转换为16位的二进制数：第1位是符号位，紧接着是整数部分7位，小数部分4位，4位全是0。具体温度格式如下：+温度：0XXXXXXXXXXX0000;-温度：11XXXXXXXXXX0000。其中位代表符号位：0代表“+”，1代表“-”。1.3检测装置的安装红外收发装置由于工作的环境决定了它们都需要可靠的封装。封装时需要考虑到以下问题：防止电磁干扰对电路的影响，需要和足够的机械强度，方便安装固定，需要有一定的耐温性。该装置的安装如图3所示;温度传感器埋设在励磁绕组内部或者其他容易过热的点;红外发射模块通过螺钉固定在电机的转轴上，并用绝缘层隔开;红外接收装置安装在机座端部的内壁，尽量对准红外发射装置，以保证良好的接收。2软件设计软件部分主要包含：首先上电对控制器MSP430、TMP275传感芯片、LCD1602初始化，紧接着MSP430发送请求读取TMP275温度值的指令，如果MSP430未接收到来自TMP275发送的温度值，则MSP430再次发送请求读取温度指令，一直等待读取成功后将数值送给红外发送模块，等待红外发射模块成功将数值发射，红外接收模块等待数据的接收，确认数值接收成功后，将数据送给LCD1602显示模块和报警模块。以上就是本设计温度监控系统的整体软件流程方案。系统的整体流程图如图4所示。3实验结果本设计主要测试了温度传感器的度以及响应时间。3.1TMP275与DS18B20温度测量对比TMP275温度传感芯片工作温度在-55～+127℃，这里选取具有同样分辨率的单线-数字式的DS18B20温度传感器作为比较对象。将传感器埋在可控温度的密闭烘箱里，经过一定时间的温度变化，得到一系列测得温度和实际温度的数值，实验结果如表1所示。这里以PT100型铂电阻温度计测得的温度记为实际温度。从上表可以看出，在不同的温度下，DS18B20测量的温差为1.21℃，相对误差为7.49%，与DS18B20相比，TMP275测量的温差为0.48℃，相对误差为4.40%。综上，TMP275温度传感器的工作温度范围之内，测量高，相对误差小，完全满足对电机温度检测系统的要求。3.2TMP275响应时间的比较从控制器发送温度采集命令给温度芯片那一刻起到控制器接收到温度数据那一刻止，这一温度采集的过程所需要时间称之为传感器的响应时间。由于这里所涉及到的时间一般都比较短，所以必须要利用MSP430自带的计时器进行测量。从上位机MSP430发送温度采集命令后的那一刻开始计时到MSP430接收到温度数据那一刻计时停止，记为一个响应时间。通过实验测得PT100型铂电阻温度计、DS18B20与TMP275的响应时间。如表2所示。通过对上表实验数据可以看出，DS18B20响应慢，大概需要1250ms;而铂电阻温度计响应需660ms左右，相比以上两种传感器，TMP275响应时间仅需430ms。综上，TMP275温度传感器与单总线的DS18B20相比响应迅速，且快于铂电阻温度计的响应。因此基本认为TMP275对电机转子温度的监测是实时的。4结论本文针对国内电机转子温度监控系统的诸多缺陷，选用TMP275温度传感芯片通过红外传输技术设计出了、快速读取电机内部温度的检测系统。研制的温度监测系统工作可靠，可以达到所需要的控制，温度测量高、反应时间短，能够准确的远程传送数据，实现在线控制，具有较高的应用价值，可推广应用到发电厂、汽车发动机等领域。来源：维库电子市场网

通过“学中做，做中学”，即DIY的方式由浅入深的进去STM32单片机世界中。下面整理了电路城上8个STM32制作实例，完整的设计资料，从简单的之作开始，循序渐进的掌握STM32微控制器。1、基于STM32f401的遥控智能小车电路方案（pcb+源码）总体功能：遥控发送前进后退左转右转停止命令，可调速，小车响应；两个按键默认用来控制舵机正反转；遥控功能：采集摇杆按键电池电压，屏幕上显示相关数据；无线通信；小车功能：电池电压低，蜂鸣器持续报警；超声波检测距离障碍物近，蜂鸣器持续报警；蓝牙、oled、usb功能是预留的，提供给买家实现更多功能的可能性；https://www.cirmall.com/circuit/129812、基于STM32物联网智能家居系统（源码+原理图+bom清单）采用基于单片机的传感器信息采集技术，对外界的温度、湿度、光照强度、土壤湿度进行检测。如果温度过高，通过继电器控制风扇打开，反之关闭；如果湿度过低，通过继电器控制加湿器打开，反之关闭；如果土壤湿度过低，控制继电器打开水泵浇水，反之关闭；如果光照不足，打开LED补光。通过esp8266wifi模块可以联网，手机app可以远程查看数据。云平台采用的是机智云。https://www.cirmall.com/circuit/193713、[竞赛项目]基于STM32F4高速频谱分析仪完整版（原创）本系统是以STM32F407为核心，主要采用FIFO来做高速缓存。高速信号先通过AD采样，然后先将采样后的数据给FIFO先缓存处理，然后再通过STM32F407进行加Blackman预处理，再做1024个点FFT进行频谱分析，最后将数据显示在LCD12864上，以便进行人机交互！该系统可实现任意波形信号的频谱显示，以及可以自动寻找各谐波分量的幅值，频率以及相位并进行8位有效数据显示。https://www.cirmall.com/circuit/12534、基于STM8S003F3家用商用安防智能静音锁带断电开锁功能（含原理图、PCB及STM8源程序）该系统外接DC12V电源，经过DC-DC降压芯片MP2359转5V给系统各个部分供电。该系统的主控制器是STM8S003F3，通过主控制器读取门磁（干簧管）上的信号和光电开关上的信号来判断开门状态，再来控制步进电机开关门动作，实现整个系统的工作。系统使用三极管掉电检测电路来判断系统是否断电，只要系统一断电，会自动开锁。https://www.cirmall.com/circuit/62195、基于STM32F334C4T6为主控的MPPT控制器电路设计（原理图+pcb）输入电压:15~60V；输出电压:12\24v；输出电流:20A；电流精度:±0.5%；采用BUCK-BOOST拓扑……https://www.cirmall.com/circuit/185146、基于STM32F103设计的智能垃圾桶电路方案（原理图+源码+教程）1、呼唤“猫头鹰”-->应答“主人请吩咐”，板载RGB红灯亮，5秒内呼唤“旧报纸”->识别成功板载RGB绿灯亮，语音播报“可回收垃圾”，同时对应垃圾桶打开，延时5秒，垃圾桶合盖，RGB绿灯灭2、呼唤“猫头鹰”-->应答“主人请吩咐”，板载RGB红灯亮，5秒内呼唤“剩菜”->识别成功板载RGB绿灯亮，语音播报“厨余垃圾”，同时对应垃圾桶打开，延时5秒，垃圾桶合盖，RGB绿灯灭3、呼唤“猫头鹰”-->应答“主人请吩咐”，板载RGB红灯亮，5秒内呼唤“灯泡”->识别成功板载RGB绿灯亮，语音播报“有害垃圾”，同时对应垃圾桶打开，延时5秒，垃圾桶合盖，RGB绿灯灭4、呼唤“猫头鹰”-->应答“主人请吩咐”，板载RGB红灯亮，5秒内呼唤“瓜子壳”->识别成功板载RGB绿灯亮，语音播报“其他垃圾”，同时对应垃圾桶打开，延时5秒，垃圾桶合盖，RGB绿灯灭https://www.cirmall.com/circuit/185927、stm32f103cbt6+amg8833制作家用迷你红外相机电路方案设计（pcb+原理图）使用stm32f103cbt6+amg8833制作的迷你红外相机，LCD屏幕为0.96寸的st7735s，预留了TF卡接口、w25q64、两个按键和两个io口led灯没有开发，包含keil5代码，原理图和PCB，自带CH340E可以在串口助手打印温度数据，8*8红外像素插值放大到40*40，保留了两种封装的晶振焊盘二选一，另外还引出了5V供电接口开关可控，可以加锂电池和3.7V到5V升压模块。https://www.cirmall.com/circuit/168918、STM32数字电源Buck降压开关电源开发板配套资料CBK02405D是基于SMT32F334控制器设计的数字控制同步BUCK降压模块电源学习板，适合数字控制BUCK电源的入门学习与提高。输出恒压限流控制模式，具有PID与多零极点闭环控制。具备OVP/OCP/短路/输入欠压等保护，板上预留Vg、Vds、MOS电流、电感电流测试点。详细设计资料向设计者提供可靠丰富的BUCK电源设计应用参考。https://www.cirmall.com/circuit/18343

引言传统上把具有梯形波反电势的永磁同步电机称为直流无刷电机。直流无刷电机的转矩控制需要转子位置信息来实现有效的定子电流控制。而且，对于转速控制，也需要速度信号，使用位置传感器是直流无刷电机矢量控制的基础，但是，位置传感器的存在也给直流无刷电机的应用带来很多的缺陷与不便：首先，位置传感器会增加电机的体积和成本;其次，连线众多的位置传感器会降低电机运行的可靠性，即便是现在应用多的霍尔传感器，也存在一定程度的磁不敏感区;再次，在某些恶劣的工作环境、例如在密封的空调压缩机中，由于制冷剂的强腐蚀性，常规的位置传感器根本无法使用;，传感器的安装还会影响电机的运行性能，增加了生产的工艺难度。无位置传感器控制技术是近30年来无刷直流电机(BLDCM)研究的一个重要方向。论述了国内外BLDCM无位置传感器控制的研究现状。着重介绍了目前应用和研究较多的几种常规方法的基本原理、实现途径、应用场合以及优缺点等，并对它们作了综合分析和比较。无位置传感器控制就是在没有机械式位置传感器的情况下进行的控制。此时，作为逆变器开关换向导通时序信号的转子位置信号仍然是必不可少的，只不过不再由位置传感器来提供，而应该由新的位置信号检测措施来代替，即以提高电路和控制的复杂性来降低电机结构的复杂性。目前，BLDCM无位置传感器控制研究的是构架转子位置信号检测电路，从软硬件两方面间接获得可靠的转子位置信号，从而触发导通相应的功率器件，驱动电机运转。到目前为止，在众多的位置信号检测方法中，应用和研究较多的主要有定子电感法、速度无关位置函数法、反电势法、基波电势换向法和状态观测器法等。1基于反电势的转子位置检测方案无刷直流电机(BushlessDCMotor，BLDCM)具有无换向火花、运行可靠、维护方便、结构简单等优点，因而在很多场合得到了广泛应用。但是传统的BLDCM需要一个附加的位置传感器来控制转子位置，这给其应用带来了很多不利的影响。BLDCM的无位置传感器控制在近30年中一直是国内外较为热门的研究课题[1]。目前，对于BLDCM的无位置传感器控制，针对不同的性能要求和应用场合，人们已经提出了多种不同的控制理论和实现方法，例如定子电感法、速度无关位置函数法、反电势法、基波电势换向法、状态观测器法等。本文在简要论述BLDCM无位置传感器控制研究现状的基础上，详细介绍了目前应用和研究较多的几类方法的基本原理、实现途径、应用场合及优缺点。当电机速度大于零时，每个电周期内某相反电势为零的位置只有两个，可以从图1所示通过过零点时反电势的斜率来区分这些位置，每一段对应电周期内的60°区间。换向发生在每一段的边界处，反电势过零点和需要换向的位置之间有30°的偏移，需要对其进行补偿。图1反电势过零点在任一时刻只有两相通电，且流经这两相的电流相反，图2所示为W相用于反电势检测时的情况。当U相内流经正向电流(定义为流向星型连接中心点的电流)，V相内流经负相电流时，对应图1中区间6Q和1Q时，此置位的1动作。假设通电相的两端总是对称地分别连接到DC电源地两个端点上，则星型连接中心点的电压总是1/2VDC，与加在这两个通电相绕组上的电压极性无关。图2W相用于反电势检测上述方法很容易通过硬件实现，即通过分压电路对三相的端电压和VDC分别进行采样，并将采样值送入比较器的比较端口，得到的过零点时刻即为1/2VDC的时刻。使用一个可用的定某相反电势经过时器测量60°(即两次反电势过零点之间)的时间。2DSP控制方案的系统实现2.1TMS320LF240x芯片简介TMS320LF240x系列DSP是TI公司为满足大范围的数字电动机控制(DMC)应用而设计的。该芯片具有高性能的16位定点DSP内核，采用改进的哈佛总线结构，具有专门的硬件乘法器，采用流水线操作，具有30MIPS的处理能力，大多数指令在单周期内即可执行完成。TMS320LF240x可以实现用软件取代模拟器件，完成复杂的控制算法，方便地修改控制策略，修正控制参数，能满足无传感器直流无刷电机控制系统对实时控制的要求。2.2DSP控制系统的硬件实现DSP系统由TMS320LF2407A与仿真口(JTAG)等外围电路构成。DSP内部已有32K字的FlashROM，但为了调试的方便(FlashROM中的程序不能设置断点，且需专门的程序)，外加了程序RAM，在程序经多次调试，成熟可靠时可写人内部的FlashROM，通过设置相应的跳线，DSP复位时即可从内部的FlashROM来执行程序。DSP片上有544字的双口RAM(DARAM)，全部配置到数据空间，将程序中频繁存取的变量分配到这部分双口RAM中，以提高处理的速度。DSP片上还有2K字的单口RAM(SARAM)配置到数据空间，也用来存放临时变量。图3是根据前述控制原理设计的基于DSP的直流无刷电机控制系统。该系统主要由直流无刷电机、功率变换器电路、电机转子位置检测电路、各种保护电路以及以TMS320LF240x为的数字控制器等构成，其中功率变换器电路由整流滤波电路、逆变器电路(IPM功率模块)和相应的保护电路组成。图3DSP控制系统逆变器电路中的IPM模块集成了多种保护功能，如过电压保护、欠电压保护以及过流保护等，当达到保护阈值时，IPM模块通过FO引脚输出一个低电平信号，并将此低电平信号送入DSP的PDPINTx引脚，触发功率驱动保护中断，将所有PWM输出引脚设置为高阻态，以此来关断驱动信号，起到保护电路的作用。转子位置检测电路采用1/2电压采样法来实现，对电机的三相端电压及直流母线电压分别进行采样，并将采样结果送入比较器进行比较，从而得到过零点的时刻，其结果送入DSP的捕捉端口中。2.3DSP控制系统的软件设计本控制系统采用速度、电流双闭环的控制结构。由于采用了面向电机控制的高速DSP，无论是速度环的设计，还是电流环的实现，以及各种反馈信号的处理和PWM控制信号的产生，均采用了数字信号处理技术，用软件实现硬件电路的功能，完成直流无刷电机的实时控制。控制系统的软件设计主要包括DSP初始化程序和电机控制程序两部分。DSP初始化程序主要完成系统时钟的设定，中断向量的定义，I/O端口的初始化，控制寄存器的设置以及各功能模块的初始化等;电机控制程序主要负责电机的启动控制、速度电流双闭环控制、系统监控和故障处理等，因此电机控制程序包括启动子程序、电流和位置检测中断服务子程序、速度控制子程序、电流控制子程序、PWM调制子程序以及系统监控和故障处理子程序等。进行各种反馈信号的检测是构成双闭环控制的前提。位置信号、电流信号的检测分别由位置检测中断服务程序和电流检测中断服务程序来实现，转速的检测通过软件计算间接获得。为了提高系统的动态性能和稳态。其控制环路简图如图4所示。图4电流和速度控制环路PWM调制子程序根据检测到的转子位置信号和电流信号通过事件管理器(EV)产生PWM调制信号。通过定时器控制寄存器TxCON中的位模式将通用定时器的计数模式设置为连续增/减计数模式以产生对称的PWM波形。来源：维库电子市场网

无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性，同时也是频率变化的装置，所以又名直流变频，国际通用名词为BLDC。无刷直流电机的运转效率、低速转矩、转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好，所以值得业界关注。整理了9个无刷电机驱动方案，一起学习吧。1、完整资料开源，支持有感驱动和无感驱动的无刷直流电机驱动器BLDC无刷驱动器，以stm8s为MCU,该系统带LED显示，按键输入，可以支持有感驱动和无感驱动，可以开环线性调节，也可以闭环PID控制，带过流、过压保护。https://www.cirmall.com/circuit/86802、BLDC无刷电机驱动器基于德州仪器的栅极驱动芯片DRV8323绘制的无刷电机控制器，桥管采用恩智浦公司PSMN1R840YLC,内阻1.8mΩ，全3D封装，引出霍尔传感器或编码器接口，自带电流反馈，标示完善，已打板验证可用。https://www.cirmall.com/circuit/139763、L33036B直流无刷电机驱动器该L33036B直流无刷电机驱动器采用摩托罗拉公司生产的LM33036B作为此次控制板的主控芯片，该控制板结合单片机控制，可以对电机的转速，正反转进行控制，并且具有过电压和过电流保护的功能。控制板的直流供电电压范围是36~100VDC，该控制板仅适用于有霍尔模式。适用36V电机时输出5A电流控制板没问题。https://www.cirmall.com/circuit/94714、自制无人机电调，无刷电机驱动器1、使用stm8s003作为控制芯片。2、mos管驱动采样fd6288桥式驱动芯片。3、采用反电动势过零点进行换相。4、本人测试1400KV电机，8060桨叶，95%占空比运行，电流10A，升力（没有实际测试，但是一个电机就足以把一整个四旋翼带飞）。5、提供完整电路和PCB，提供基本运行程序（烧录即可运行，通过改变变量speed(1--1000)即可改变pwm占空比），ps（pwm为20K）……https://www.cirmall.com/circuit/99815、大功率10A直流无刷电机驱动器大功率直流无刷电机驱动器，输出电流可达10A.采用12V供电。对学习无刷电机具有很大的参考意义。桥上驱动电路采用芯片驱动，性能稳定，安全性高。PCB已经量产，无需修改https://www.cirmall.com/circuit/108656、无刷直流电机驱动控制电路及代码基于线性霍尔反馈的无刷直流电机驱动板，针对Falhaber电机设计，可用于机械手等精密控制。采用XilinxZYNQ控制器，ARM+FPGA架构。可实现4个无刷电机速度控制和位置控制，采用方波驱动或正弦方式驱动。基于线性霍尔的位置检测，AD转换器SPI接口。与上位机采用CAN、RS232方式通信。https://www.cirmall.com/circuit/89967、带霍尔直流无刷电机驱动板BLDC驱动板设计资料该电路使用霍尔传感器，BLDC驱动板滑板车驱动板最大功率600W含有STM32固件驱动样例。特点如下：连接简单，学习上手很快。支持各类直流无刷电机BLDC，如，滑板车电机、电动车电机、光轴BLDC电机、硬盘电机也是这类电机等一切带霍尔的直流无刷电机。12~60V输入电压，最大电流10A，最大功率600W。https://www.cirmall.com/circuit/86968、直流无刷电机（BLDC）驱动器（原理图+PCB源文件+示例代码+通信协议）一款小功率的BLDC驱动器。支持模式：有霍尔和无霍尔两种；速度信号：0-5V的模拟量（0-100%的PWM）或modbus两种选择方式；使能和正反转信号：开关量或者modbus两种选择方式；速度反馈信号：可变频率的脉冲，每换相一次会出现一个跳变沿，或者使用modbus读取；电机供电电压和电流：通过modbus读取；该模块可作为开发板来学习BLDC的控制。https://www.cirmall.com/circuit/60279、基于DSP28034设计的200W直流无刷电机驱动器（原理图+pcb）此驱动器为实验板，可用于额定功率：200W，额定电压：90V的直流无刷电机，也可降额使用。驱动器功能主要有：基于TI-DSP28034芯片；留有正反转控制接口，停转信号接口；留有外部电压调速接口，可以线性调节转速；具有母线电流检测功能，可检测范围0~10A，可通过更换芯片更改检测量程；具有一路相线电流检测功能，功能同母线检测；具有母线电压检测功能，可设置过压或欠压保护；采用冗余设计，单相采用双路mos控制，可防止单个器件损坏导致驱动器工作故障；具有CAN通信功能，可以实现数据传输；电路上高压与低压分区设计，防止高压对低压的干扰；CPU有按键复位，方便测试；AD基准采用外部电源基准芯片提供，有助于提高采样精度。https://www.cirmall.com/circuit/18925

传统的直流电机具有运行效率高、调速性能好等诸多优点因而在工业传动中占据着重要的地位，但其本身固有的机械换相器和电刷导致了电机容量有限、噪音大、容易产生火花和可靠性差等缺点。随着计算机技术和微电子技术的发展，无刷直流电动机用位置传感器和电子换相器取代了有刷直流电动机的电刷和机械换向器，同时很好的保持了传统直流电机的优点且具有比有刷直流电机更高的运行效率。因此直流无刷电机一经产生就在工业生产中取得了广泛的应用，尤其在节能减排已成为时代主题的今天，无刷直流电机高效率的特点更显示了其巨大的应用价值。1全数字双闭环直流调速系统简介在稳态的情况下，直流电动机仅仅采用单闭环转速PI调节就可以在保证直流调速非常系统稳定的前提下实现转速没有静差，即输出完全跟随输入。但在快速起制动、抗干扰能力强等控制系统对动态性能要求较高时，因电动机在单闭环系统中电流和转矩的动态过程不能得到及时有效的控制，因而需在控制系统中设置一个电流调节环用于调节电流。所以控制系统中有转速调节环、电流调节环两个调节环，且这两个调节环之间实行嵌套连接。图1及图2分别为模拟控制与全数字控制下双闭环控制系统的结构框图和双闭环直流调速系统结构框图。2控制系统整体构成全数字双闭环无刷直流电动机控制系统主要由ARM嵌入式处理器、LCD触摸屏、光电耦合电路、驱动电路、逆变电路、电流检测电路、直流无刷电机位置信号检测环节以及控制电路组成。本设计中的ARM处理器为其内核为Atmel公司的ARM9系列32位CPUAT91SAM9261S，它采用5级整数流水线，主频可达300MIPS，支持WindowsCE、Linux、PalmOS等多种主流嵌入式操作系统，在工业控制、检测设备和仪器仪表等需要高速数字信号处理的场合运用非常广泛。无刷直流电机控制系统整体框图如图3所示。当系统处在运行状态时，通过电阻给定转速信号，并经触摸屏实时显示及P、I参数设定，发出运行指令(如起动、正转、制动)。根据霍尔传感器检测到的电机位置信号控制换相，并计算电动机的转速来改变控制器的输出信号，从而调整电机的运行状态。电流检测环节主要是实现转速、电流双闭环控制和过流保护，从外部检测到的电流信号经过采样后，经放大、滤波送到A/D转换器进行模数转换，控制单元根据检测到的电流大小来调整电流调节器的输出。当出现过流故障时，电流检测电路会发出故障指示信号，送入ARM处理器进行处理。3硬件各模块设计3.1光耦隔离电路控制信号一般为10～20kHz左右的PWM波，为了减少电磁干扰对ARM处理器的影响，需采用高速光耦进行隔离、整形和电平转换。本设计采用6N137光耦，开关时间75ns，光耦隔离电路如图4所示。3.2逆变电路功率逆变电路采用三相星形全桥逆变电路，如图5所示。由6只IRF530NMOOSFET构成三相逆变桥，其中每只MOSFET功率管两端反并联一只二极管，用于续流和缓冲。低侧三只MOSFET管并联后串接一个小电阻Rs用作电流采样。3.3位置及速度检测本设计中直流无刷电机位置信号的检测采用霍尔位置传感器，即无刷直流电动机自带的位置传感器，其输出侧通常采用漏极开路，所以必须在它的输出上接上相应的上拉电阻。根据式1计算出两次换相间隔期间的平均角速度，然后在软件程序中换算成r/min，或直接根据△t计算出多少r/min。△t一般较小，可以通过采样对PWM波计数的方式来确定△t。3.4电流检测与保护电路电流检测与保护电路如图6所示。IR2130带有电流电流放大器和过流输入保护环节，可以对电流采集信号进行放大。当过电流发生时，送到过电流检测引脚的电压高于0.5V，此时R2130内部的过电流比较器迅速翻转，逻辑故障处理单元输出低电平，六路输入信号被锁存，基于ARM的全数字双闭环无刷直流电动机控制系统设计管脚输出故障指示，故障时输出为低电平，六路输出驱动信号全为低电平，功率管进入全关断状态，使器件得到保护。欠压保护的工作过程与过流保护的工作过程类似。4控制系统软件设计电机换相控制程序砑有2种设计方法，电机转速不高和电机转速较高。当电机转速不高时，换相周期较长，PWM周期远高于电机换相周期，这样可在每一个PWM周期对霍尔信号输入进行查询，判断是否需要换相，并设定一个计数器记录两次换相期间的PWM周期数用于计算转速。当电机转速较高时，两次换相期间相隔PWM周期数不多，查询换相的方法会导致换相不及时且影响转速计算，需通过中断的方法进行换相，在需要速度调节时直接通过中断接口函数读取速度值。在应用程序中加入中断响应事件消息响应函数，若中断发生，则进入中断子程序并设置相应故障参数。控制系统主程序流程图如图7所示。5结束语无刷直流电动机用位置传感器和电子换相器取代了电刷和机械换向器，有效降低了噪音，避免了火花的产生，提高了控制系统可靠性。本设计对全数字双闭环无刷直流电动机的控制系统的软、硬件都做了详细介绍，以ARM为主处理器使得整个系统的运行效率更高、性能更稳定。实验室模拟结果表明，该系统具有较好的控制可靠性、良好的动态性能及系统稳定性。来源：维库电子市场网

本文主要介绍基于现场可编程门阵列及EDA方法学的永磁无刷直流电机控制系统的电子电路设计。FPGA是一种高密度可编程逻辑器件，其逻辑功能的实现是通过把设计生成的数据文件配置进芯片内部的静态配置数据存储器来完成的，具有可重复编程性，可以灵活实现各种逻辑功能。与ASIC不同的是，PCA本身只是标准的单元阵列，没有一般IC所具有的功能，但用户可以根据需要，通过专门的布局布线工具对其内部进行重新编程，在短的时间内设计出自己专用的集成电路，从而大大提高了产品的竞争力。由于它以纯硬件的方式进行并行处理，而且不占用CPU资源，所以可以使系统达到很高的性能。这种新的设计方法可以把A／D接口、驱动器接口、通信接口集成在一块芯片上，同时在算法上完成位置、速度甚至电流算法，从而实现真正的片上可编程系统（SoPC）。这将成为下一代高性能伺服控制器集成化设计的一个趋势。下面针对永磁无刷直流电机模块化设计的思想，介绍基于FPGA的控制系统的电子电路设计方法，其控制系统结构如图1所示。电路由电源模块，电压转化模块，FPCA模块，驱动电路模块，斩波电流、电压检测模块，绕组电流检测模块，A／D模块，通信模块，外扩存储器模块等部分组成。永磁无刷直流电机电枢电流检测信号调理电路和DC／DCBUCk变换器输出电压检测信号调理电路参见图3－16c和d，其功率电路如图3所示。首先，由FPGA产生5路PWM波，其中3路用于永磁无刷直流电机换相，1路用于斩波，另1路用于再生能耗调节制动电流。三相换相PWM经驱动电路控制电机的换相，这3路PWM只用于换相不进行调制，由斩波环节进行调制。电机绕组电流经求偏、放大、滤波通过A／D（ADS7864）转换进人FPGA（XC3S200），经PID调节器控制电流环；同样，斩波电压电流经滤波通过A／D转换也进人FPGA。图2所示为FPCA的系统电路，XCF02S为FPGAXC3S200的配置芯片，TPS767D325是电源芯片，将＋5V电源电压转换为＋2.5V和＋3.3V供给FPGA，电源芯片LM317将＋5V电源电压转换为＋1.2V供给FPGA；FPGA的时钟选为50MHz，晶体振荡器为50MHz有源晶振，输出的时钟信号电压的高电平为＋3.3V。来源：维库电子市场网

对于电工电气初学者来说，如何看懂电路图，在这里提供一些方法供大家参考。看电气控制电路图一般方法是先看主电路，再看辅助电路，并用辅助电路的回路去研究主电路的控制程序。1．看主电路的步骤第一步：看清主电路中用电设备。用电设备指消耗电能的用电器具或电气设备，看图首先要看清楚有几个用电器，它们的类别、用途、接线方式及一些不同要求等。第二步：要弄清楚用电设备是用什么电器元件控制的。控制电气设备的方法很多，有的直接用开关控制，有的用各种启动器控制，有的用接触器控制。第三步：了解主电路中所用的控制电器及保护电器。前者是指除常规接触器以外的其他控制元件，如电源开关（转换开关及空气断路器）、万能转换开关。后者是指短路保护器件及过载保护器件，如空气断路器中电磁脱扣器及热过载脱扣器的规格、熔断器、热继电器及过电流继电器等元件的用途及规格。一般来说，对主电路作如上内容的分析以后，即可分析辅助第四步：看电源。要了解电源电压等级，是380V还是220V，是从母线汇流排供电还是配电屏供电，还是从发电机组接出来的。2．看辅助电路的步骤辅助电路包含控制电路、信号电路和照明电路。分析控制电路。根据主电路中各电动机和执行电器的控制要求，逐一找出控制电路中的其他控制环节，将控制线路“化整为零”，按功能不同划分成若干个局部控制线路来进行分析。如果控制线路较复杂，则可先排除照明、显示等与控制关系不密切的电路，以便集中精力进行分析。第一步：看电源。首先看清电源的种类．是交流还是直流。其次．要看清辅助电路的电源是从什么地方接来的，及其电压等级。电源一般是从主电路的两条相线上接来，其电压为380V。也有从主电路的一条相线和一零线上接来，电压为单相220V；此外，也可以从专用隔离电源变压器接来，电压有140、127、36、6.3V等。辅助电路为直流时，直流电源可从整流器、发电机组或放大器上接来，其电压一般为24、12、6、4.5、3V等。辅助电路中的一切电器元件的线圈额定电压必须与辅助电路电源电压一致。否则，电压低时电路元件不动作；电压高时，则会把电器元件线圈烧坏。第二步：了解控制电路中所采用的各种继电器、接触器的用途，如采用了一些特殊结构的继电器，还应了解他们的动作原理。第三步：根据辅助电路来研究主电路的动作情况。分析了上面这些内容再结合主电路中的要求，就可以分析辅助电路的动作过程。控制电路总是按动作顺序画在两条水平电源线或两条垂直电源线之间的。因此，也就可从左到右或从上到下来进行分析。对复杂的辅助电路，在电路中整个辅助电路构成一条大回路，在这条大回路中又分成几条独立的小回路，每条小回路控制一个用电器或一个动作。当某条小回路形成闭合回路有电流流过时，在回路中的电器元件（接触器或继电器）则动作，把用电设备接人或切除电源。在辅助电路中一般是靠按钮或转换开关把电路接通的。对于控制电路的分析必须随时结合主电路的动作要求来进行，只有全面了解主电路对控制电路的要求以后，才能真正掌握控制电路的动作原理，不可孤立地看待各部分的动作原理，而应注意各个动作之间是否有互相制约的关系，如电动机正、反转之间应设有联锁等。第四步：研究电器元件之间的相互关系。电路中的一切电器元件都不是孤立存在的而是相互联系、相互制约的。这种互相控制的关系有时表现在一条回路中，有时表现在几条回路中。第五步：研究其他电气设备和电器元件。如整流设备、照明灯等。综上所述，电气控制电路图的查线看图法的要点为：（1）分析主电路。从主电路人手，根据每台电动机和执行电器的控制要求去分析各电动机和执行电器的控制内容，如电动机启动、转向控制、制动等基本控制环节。（2）分析辅助电路。看辅助电路电源，弄清辅助电路中各电器元件的作用及其相互间的制约关系。（3）分析联锁与保护环节。生产机械对于安全性、可靠性有很高的要求，实现这些要求，除了合理地选择拖动、控制方案以外，在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。（4）分析特殊控制环节。在某些控制线路中，还设置了一些与主电路、控制电路关系不密切，相对独立的某些特殊环节。如产品计数装置、自动检测系统、晶闸管触发电路、自动调温装置等。（http://www.diangon.com/版权所有）这些部分往往自成一个小系统，其读图分析的方法可参照上述分析过程，并灵活运用所学过的电子技术、交流技术、自控系统、检测与转换等知识逐一分析。（5）总体检查。经过“化整为零”，逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用“集零为整”的方法，检查整个控制线路，看是否有遗漏。最后还要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，以达到清楚地理解电路图中每一电气元器件的作用、工作过程及主要参数。1、先要知道这个设备是如何操作的、使用的、工作的；2、看这个设备的电路框图，弄清楚框图之间的联系、关系、相互作用，用你了解的“设备的操作、使用、工作”来理解分析框图；3、进入一个个框图的具体电路。找框图的电源端、信号的输入输出端、……4、打开设备的实际电路，先对应框图找相应部分电路，把实际电路按框图分成几个部分；5、进入一个个部分电路，对照电路图，找相应元器件的位置，不断反复理解记忆实际电路中各个主要元件的作用、工作、可能故障表现；6、最终实现电路图、实际电路的理解和故障维修！转载自维库电子市场网。

挑选了6个经典案列一一讲解，只要你彻底的学透了这几个电路，你就能慢慢学着自己设计电路了。高级电工考试会给出电路图，只要你会分析电路图，看图接线即可。星三角降压启动这个是手动控制的接线图，主线部分的接线一定要注意相序，启动时电机星型接法，运行的时候是三角形接法。右边的控制线部分，KMY和KM△要互锁，启动按钮SB2按下去以后，KM一直是自锁状态，几秒延时以后我们手动按下SB3，这时候KMY线圈失电，同时KM△自锁。SB3的按钮开关常开点串KM△的线圈常闭点串KMY的线圈。这个是带延时继电器的星三角带延时继电器的星三角更加方便，接线和上图的手动控制类似，只不过把按钮开关换成了延时继电器。按钮开关SB2按下去以后KM1自锁，同时延时继电器的线圈得电启动，延时继电器KT常闭点串KM2线圈，KT常开点串KM3线圈，延时时间到了以后KM3自锁。KM3的辅助常闭点串延时继电器的线圈，所以启动完成后，延时继电器也会断电。控制电机正反转完整接线这个电路用的非常多，其实就是接触器自锁和互锁的结合应用。KM1和KM2的线圈分别串彼此的辅助常闭点。一般实际应用的时候，SB2和SB3两个按钮也要机械互锁。双重互锁更加的安全。一键启停这个电路没有太大的实用性，但是非常适合学习。2个中间继电器和一个交流接触器，我们看一下电路，2个继电器互锁，KA1的线圈串KM的辅助常闭点，KA2的线圈串KM的辅助常开点。所以按下SB按钮开关KA1自锁，同时KA1的常开点闭合KM自锁，实现了启动操作。然后再按下SB按钮开关，KA2又会自锁，KA2的常闭点会断开，而KA2的常闭点是串的KM的线圈，所以同时KM线圈失电，实现停止操作。小车自动往返电路这个电路也很经典，其实它是控制电机正反转的加强版。利用行程开关实现自动往返的效果，按下SB1启动按钮KM1自锁，小车开始正向走，当碰到限位开关SQ1时，KM1线圈失电KM2自锁，小车又反向运行。只要不按下SB3这个停止按钮，它就会循环运行。星三角加正反转星三角我上图分析过了，控制电机正反转也分析过了。两图合一就是这个图了，喜欢的朋友可以自己学着分析一下。转载自维库电子市场网。

一、H桥驱动电路图1h桥式电机驱动电路图1中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“h桥式驱动电路”是因为它的形状酷似字母h.4个组成h的4条垂直腿，而电机就是h中的横杠(注意：图1及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的，其中三极管的驱动电路没有画出来。如上图所示，h桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图2所示，当q1管和q4管导通时，电流就从正极经q1从左至右穿过电机，然后再经q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。图2h桥电路驱动电机顺时针转动当三极管q1和q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动(电机周围的箭头指示为顺时针方向)。图3h桥电路驱动电机逆时针转动图3所示为另一对三极管q2和q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管q2和q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动(电机周围的箭头表示为逆时针方向)。二、使能控制和方向逻辑驱动电机时，保证h桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管q1和q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到值(该电流仅受电源性能限制)，甚至烧坏三极管。图4具有使能控制和方向逻辑的h桥电路基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。图4所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本h桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在h桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。(与前面的示意图一样，图4所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。)采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果dir-l信号为0,dir-r信号为1,并且使能信号是1,那么三极管q1和q4导通，电流从左至右流经电机(如图5所示);如果dir-l信号变为1,而dir-r信号变为0,那么q2和q3将导通，电流则反向流过电机。图5使能信号与方向信号的使用实际使用的时候，用分立件制作h桥式是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的h桥，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的l293d、l298n、ta7257p、sn754410等。转载自维库电子市场网。

1概述随着风电技术的不断成熟与发展，变桨距风力发电机的优越性显得更加突出：既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。采用变桨距机构的风力机可使叶轮重量减轻，使整机的受力状况大为改善，使风电机组有可能在不同风速下始终保持转换效率，使输出功率，从而提高系统性能。随着风电机组功率等级的增加，采用变桨距技术已是大势所趋。目前变桨执行机构主要有两种：液压变桨距和电动变桨距，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。在统一变桨基础上发展起来的独立变桨距技术，每支叶片根据自己的控制规律独立地变化桨距角，可以有效解决桨叶和塔架等部件的载荷不均匀问题，具有结构紧凑简单、易于施加各种控制、可靠性高等优势，越来越受到国际风电市场的欢迎。兆瓦级变速恒频变桨距风电机组是目前国际上技术比较先进的风力机型，从今后的发展趋势看，必然取代定桨距风力机而成为风力发电机组的主力机型。其中变桨距技术在变速恒频风力机研究中占有重要地位，是变速恒频技术实现的前提条件。研究这种技术，可以提高风电机组的柔性，延长机组的寿命，是目前国外研究的热点，但是国内对此研究甚少。对这一前瞻性课题进行立项资助，掌握具备自主知识产权的独立变桨控制技术，对于打破发达国家对先进的风力发电技术的垄断，促进我国风力发电事业的进一步发展都将具有重要意义。为了获得足够的起动条件，在变桨距系统中需要具有高可靠性的控制器，本文中采用了OMRON公司的CJ1M系列可编程控制器(PLC)作为变桨距系统的控制器，设计了PLC软件程序，并在国外某知名风电公司风力发电机组上作了实验。2变桨距风力机及其控制方式变桨距调速是现代风力发电机主要的调速方式之一，变桨距风力发电机的简图如图1所示。调速装置通过增大桨距角的方式减小由于风速增大使叶轮转速加快的趋势。当风速增大时，变桨距液压缸动作，推动叶片向桨距角增大的方向转动使叶片吸收的风能减少，维持风轮运转在额定转速范围内。当风速减小时，实行相反操作，实现风轮吸收的功率能基本保持恒定。液压控制系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大、定位、液压执行机构动态响应速度快等优点，能够保证更加快速、准确地把叶片调节至预定节距[4][5]。目前国内生产和运行的大型风力发电机的变距装置大多采用液压系统作为动力系统。变桨距控制器的原理框图如图2所示。在发动机并入电网之前由速度控制器根据发动机的转速反馈信号进行变桨距控制，根据转速及风速信号来确定桨叶处于待机或顺桨位置;发动机并入电网之后，功率控制器起作用，功率调节器通常采用PI(或PID)控制，功率误差信号经过PI运算后得到桨距角位置。当风力机在停机状态时，桨距角处于90毅的位置，这时气流对桨叶不产生转矩;当风力机由停机状态变为运行状态时，桨距角由90毅以一定速度(约1毅/s)减小到待机角度(本系统中为15毅);若风速达到并网风速，桨距角继续减小到3毅(桨距角在3毅左右时具有风能吸收系数);发电机并入电网后，当风速小于额定风速时，使桨距角保持在3毅不变;当风速高于额定风速时，根据功率反馈信号，控制器向比例阀输出-10~+10V的电压，控制比例阀输出流量的方向和大小。变桨距液压缸按比例阀输出的流量和方向来操纵叶片的桨距角，使输出功率维持在额定功率附近。若出现故障或有停机命令时，控制器将输出迅速顺桨命令，使得风力机能快速停机，顺桨速度可达20毅/s。3变桨控制器的设计3.1系统的硬件构成本文采用国外某知名风电公司风力发电机组作为实验对象，其额定功率为550kW，采用液压变桨系统，液压变桨系统原理图如图猿所示。从图猿中可以看出，通过改变液压比例阀的电压可以改变进桨或退桨速度，在风力机出现故障或紧急停机时，可控制电磁阀J-B闭合、J-A和J-C打开，使储压罐1中的液压油迅速进入变桨缸，推动桨叶达到顺桨位置(90毅)。本系统中采用OMRON公司的CJ1M系列PLC。发电机的功率信号由高速功率变送器以模拟量的形式(0耀10V对应功率0耀800kW)输入到PLC，桨距角反馈信号(0耀10V对应桨距角0耀90毅)以模拟量的形式输入到PLC的模拟输入单元;液压传感器1、2也要以模拟量的形式输入。在这里选用了4路模拟量的输入单元CJ1W-AD041;模拟量输出单元选用CJ1W-DA021，输出信号为-10耀+10V，将信号输出到比例阀来控制进桨或退桨速度;为了测量发电机的转速，选用高速计数单元CJW-CT021，发电机的转速是通过检测与发电机相连的光电码盘，每转输出10个脉冲，输入给计数单元CJW-CT021。3.2系统的软件设计本系统的主要功能都是由PLC来实现的，当满足风力机起动条件时，PLC发出指令使叶片桨距角从90毅匀速减小;当发电机并网后PLC根据反馈的功率进行功率调节，在额定风速下保持较高的风能吸收系数，在额定风速之上，通过调整桨距角使输出功率保持在额定功率上。在有故障停机或急停信号时，PLC控制电磁阀J-A和J-C打开，J-B关闭，使得叶片迅速变到桨距角为90毅的位置。风力机起动时变桨控制程序流程如图4所示。当风速高于起动风速时PLC通过模拟输出单元向比例阀输出1.8V电压，使叶片以0.9毅/s的速度变化到15毅。此时，若发电机的转速跃800r/min或者转速持续1min跃700r/min，则桨叶继续进桨到3毅位置。PLC检测到高速计数单元的转速信号大于1000r/min时发出并网指令。若桨距角在到达3毅后2min未并网则由模拟输出单元给比例阀输出-4.1V的电压，使桨距角退到15毅位置。发电机并上电网后通过调节桨距角来调节发电机输出功率，功率调节程序流程图如图5所示。当实际功率大于额定功率时，PLC的模拟输出单元CJ1W-DA021输出与功率偏差成比例的电压信号，并采用LMT指令使输出电压限制在-4.1V(对应变桨速度4.6毅/s)以内。当功率偏差小于零时需要进桨来增大功率，进桨时给比例阀输出的电压为1.8V(对应变桨速度0.9毅/s)。为了防止频繁的往复变桨，当功率偏差在依10kW时不进行变桨。来源:维库电子市场网

想做一个好的电子发烧友，玩转各种DIY作品，怎么能不会一两个开关设计呢！一个好的开关设计在整个电子作品中起着不可描述的作用。本次搜集的开关设计主要包括远程智能开关以及各类传感器开关等，适合大部分发烧友把玩。1、WIFI监控开关--智能开关选择HLW8032为电能计芯片。可以测量有功功率、视在功率、电流和电压有效值；有功电能脉冲PF管脚输出；在1000：1的动态范围内，有功功率的测量误差达到0.2%；在1000：1的动态范围内，有效电流的测量误差达到0.5%；在1000：1的动态范围内，有效电压的测量误差达到0.5%；内置频率振荡器；内置电压参考源；内置电源监控电路；UART通讯方式。https://www.cirmall.com/circuit/144142、单键开关电路设计一键开关机（PCB/原理图工程文件）超小体积设计。最高支持6V电压。电流根据使用的MOS管决定电流大小。板载有大小MOS兼容封装设计，线路开窗，以提高电流及模块稳定性。模块使用非常方便，按照图示箭头及接口的正负极接好供电电源及用电设备，单击按键就可以实现设备的通电与断电功能。https://www.cirmall.com/circuit/78453、智能离线语音开关电路方案智能开关是目前市场上慢慢普及的一种开关，目前市场上常见的有WiFi智能开关，Zigbee智能开关已经蓝牙智能开关，本智能开关采用的是离线语音可控制方式。该智能语音识别采用芯片是深度学习语音芯片，采用单芯片MCU+存储优先结构设计NPU，运用深度学习AI，实现单芯语音识别解决方案，实现简单离线语音识别功能……https://www.cirmall.com/circuit/148174、基于RaspberryPi打造智能开关使用NovaHologram，IoTRelay和RaspberryPi，可以轻松制作远程智能开关，以便您可以随时随地打开智能开关。互联网调制解调器有时会停止工作，所以你必须拔掉它10秒钟然后重新插上它。但是由于有时我们要去度假并且必须从酒店远程访问我们的电脑，我们需要上网，所以使用我闲置的RaspberryPi，我得到了一个NovaHologram和IoTRelay，我为调制解调器放了一个远程开/关开关。https://www.cirmall.com/circuit/100245、赶波智能家居热潮，小白制作的WIFI开关，附超详细教程智能家居现在正处于风靡时期，作为一个入门级发烧友哪有不赶这股热潮的道理，于是利用手头的一些ESP-WROOM-02WIFI模块DIY了一个WIFI开关，附上我详细的制作过程，感兴趣的可以试试。教程分五大步，按照教程一步一步来肯定没问题。http://www.cirmall.com/circuit/7313/details6、超低功耗非接触式手势开关（完整设计方案）本设计采用基于ARM公司Cortex-M3内核的高性能、低成本、低功耗32位处理芯片STM32F103RCT6做为主控制器，结合APDS-9960环境亮度光学传感器，实现对人体动态手势的精准识别。考虑到设备功耗问题，采用处理器的待机模式，同时通过低功耗微型人体感应PIR模块唤醒系统，实现系统整体设计的超低功耗，提高产品的续航能力。http://www.cirmall.com/circuit/7356/details7、DIY制作，指纹识别开关控制板原理图+PCB源文件+程序固件指纹头采用的是瑞典的fpc1011，就是公安局录指纹，银行使用的那种，很贵的。主控是新塘的N32901或N32903。很多人要问，你的指纹识别算法呢？我只能说我拿到的是库函数形式，我也没能力完成识别算法，至于算法，我只在github上看到国外大牛开源的。我只是测试了下pc端，嵌入式端还没用过，重要是没时间搞，很费力。我只做了QT界面的一个识别，被我放在我的github上了。http://www.cirmall.com/circuit/4063/details8、智能手机蓝牙控制家电开关设计方案本文利用所学51单片机基础知识结合自动控制技术和蓝牙2.0通信技术设计完成一套无线遥控家电开关系统。整个系统以STC89C52单片机为核心，单片机实现HC-05蓝牙指令的解析与继电器开关控制指令的发出。为了使系统设计简便，操作演示方便，家用电器部分采用4种LED灯来模拟替代，通过继电器开关上接的LED灯的亮灭来模拟所控制的电器的开启和关闭，系统LCD12864液晶实时显示4种家电开关的开启与关闭状态。http://www.cirmall.com/circuit/4062/details9、(毕设)基于单片机的人体红外感应和声音感应控制的智能声光控开关模块：人体红外传感器：arduinoHC-SR501人体红外感应模块（又名热释电）声音传感器模块声音检测模块咪头模块声控口哨开关2路带光耦继电器模块当检测到生物体靠近时，打开继电器1，当检测到有声音（譬如人的脚步声）时候打开继电器2。继电器1,2连接自己想控制的电器（如照明灯，警报器灯）http://www.cirmall.com/circuit/3266/details10、插卡取电开关设计（原理图+PCB源文件+程序等）本产品与市场上宾馆使用的插卡取电装置略有不同，只识别注册过的ID卡，不是任何卡片都可以使用，而且还有定时取电功能，可以设置不同卡片对应不同的取电时常，当然也可以持续取电。本产品需要一张母卡作为注册卡，每次注册新卡片的时候先插入母卡，信号提示可以注册后，拔出母卡依次插入其他卡片，读取成功会有信号提示，最后再插入母卡结束注册，被注册过的卡就会获得取电的权利。如果需要取消某张卡片，操作顺序同上。电路板背面有一复位按钮（一般不会焊接），可以清空全部信息，包括母卡，复位后首次插入该产品的卡片会被定义为母卡。http://www.cirmall.com/circuit/4514/details

机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性,已在工业装配,安全防爆等领域得到广泛应用。机械臂是一个复杂系统,存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务,需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿。1、1台6轴机械臂-基于STM32单片机的三自由度体感仿生机械臂（原理图+源码+论文）一、原理：1、这里只用到了MPU6050的加速度计，没有用到陀螺仪，为什么不用陀螺仪，是因为陀螺仪的温漂太大。然后数据不稳定。而且没有外接任何模块，（当然也可以外接）。加速度计知道吧！！！就是测加速度的。使用加速度融合出来的角度比较稳定。2、通信我们一般使用IIC，程序通过《MPU-6000&MPU-6050产品说明书(中文版).pdf》里面的IIC时序编写，（大概在第8页，10.数字接口的10.3I2C通信协议）3、在加速度得配置中有一个寄存器可以配置加速度的量程。我们设置为0，量程为+-2g,也就是该加速度计现在可以测量+-20m/s2。ADC是16位的当为2g的时候是65535，-2g的时候是0。4、然后就是将读取到的数字（其实就是AD转换，模拟信号转换成数字信号），得到具体的数据就可以分析了。5、这里面如果将模块正常的平放在桌子上面，理想状态下Z轴会读取到大概49152左右的数，(也就是1g左右，重力加速度，当然是有误差的。)6、然后就是怎么分析了，你要是还想了解一下加速度，就看一下《姿态解算说明（MiniAHRS）.pdf》。8、对了，还有一个数学公式这个公式就可以将加速度换成角度aacxx轴的加速度aacyy轴的加速度aacz;z轴的加速度tempZ=sqrt((aacx*aacx+aacy*aacy))/aacz;resZ=atan(tempZ);res=resZ*1800/3.14;得到与自然Z轴的角度二、描述：由两个发送端组成整个机械臂系统，发送端一图5.7在PCB线路板上设计并焊接集成了STM32F103C8核心板，MPU6050姿态传感器，nRF24L01无线收发器和一个控制机械臂爪子部分夹取功能的按钮。MPU6050姿态传感器输出的并不是角度或者加速度信号，mpu6050内部集成有处理单元DMP数字运动处理器，原始数据经过DMP融合（打包处理）得到四元数，四元数在经过以下的数学公式转换分别转换为x轴，y轴，z轴上的角度，接收端收到数据后，再将角度最终转换为弧度交由机械臂舵机去执行。方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/174252、手机控制机械臂设计方案本作品是一款由手势控制，并且能够实现快速示教再现的工业机器人，它能够实时跟随手势动作。具有灵活性强、快速示教再现、可在远程无人工作区无线遥控执行动作。2、工作原理：工作原理是通过在手部穿戴手势控制端控制板，其板载主要包括陀螺仪模块、通讯模块和stm32最小系统。PMU6050陀螺仪模块对手部角度的变化采集，经过单片机对数据进行分析、滤波、转换，然后通过NRF24L01无线模块，将处理好的数据发送给机械臂执行端。执行端根据接收到的数据，转换成脉冲信号发送给步进电机驱动，进而控制机械臂运动。3、控制方式及优势：（1）、机器人具有极速动作规划并重复再现的特点，适应生产任务多变的工作场景。（2）、手势操作的控制方法学习过程快，几乎不需要培训，节约的编程工人的工资成本，生产线升级速度极快。4、产品创新点：（1）由手势控制，操作方便,灵活性强，稳定性好。（2）可以远程遥控操作，改善工作状态,不必忍受工作现场恶劣的环境条件。（3）编程方式简单，操作者无需接受专门培训，且产品更适应多变的工作任务要求、（4）易于快速指定动作来重复执行。方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/141753、手势识别控制的3D打印机械手-智能性最强的机械手臂机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手臂有多种用途，不仅可以安装在机器人身上，也可以给残疾人用来当假肢。这个版本的机械手臂可以采用PC机进行控制，也可以使用手势识别算法来控制。5个手指和手腕均可活动，而且手指关节可以精准定位，进行各种微小角度的开合。该机械手对3D打印机精度要求较高，需要0.1mm精度，达不到此精度的话传动机构会出问题。手臂硬件用的STM32单片机，代码和PCB都是我自己设计的，速度非常给力，无延迟无卡顿。使用并联臂3D打印机，ABS、PLA塑料进行3D打印。5个手指，每根都可以进行开合，请看视频，每根手指都可以精确运动到任意一个角度，手腕可以进行旋转。可以抓取球，笔，杯子，遥控器等物品。附件内容包括：1：机械手臂控制板的电路图和PCB文件2：机械手臂调试教程、详细组装文档，零件清单，及注意事项3：机械手臂手势识别上位机以及STM32硬件代码。4：机械手臂控制每个手指精确开合的机械结构三维图纸模型方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/35074、机械臂开源资料(工程源文件)•我的可打印机械手受到了著名的工业机器人的启发，但是可以打印。目标是开发一种开放源代码的机器人手臂，以供私人或小型企业使用，并使每个人都可以使用机器人开发。手臂应举起约2公斤的重量，足以执行日常任务。当前，机器人手臂价格昂贵，体积小，强度低或笨拙。工业机器人既昂贵又危险，因此不适合在家庭或学校使用。每个人都可以构建，使用和开发一个开源可打印机器人。机器人仍然很昂贵且难以操作，但事实不再如此。残疾人可以使用便宜的3d打印机器人手臂来更好，更独立地管理其日常需求。在危险但不太发达的地方操作。如果您忘记了钥匙，甚至可以遥控，甚至可以让我们用机器人打开门。未来的Arm将包括一个移动基地。方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/174195、如何使用四个伺服器制作机械臂该项目将向您展示如何使用四个伺服器制作机械臂。硬件组件：跳线（通用）×1旋转电位器（通用）×4SG90微伺服电机×4ArduinoUNO和GenuinoUNO×1软件应用程序和在线服务：ArduinoIDE这个机器人手臂由4个伺服器组成：第一个伺服进行水平扫描其他伺服系统控制机械臂的喷嘴他可以用四个电位器控制。您还可以在ArduinoIDE的串行监视器上查看伺服器的角度位置。方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/128616、3D打印5自由度机器人手臂STL文件开源这是某国外开源的3D可打印五个自由度机器人手臂，由ROS提供动力，500克提升能力。这个项目的主要目的是创建一个机器人手臂，可以由世界各地的3D制造商或学校制造出噶机器人而不是使用仿真软件。STL文件全部开源分享，见附件下载。hRobot的直立位置长约700mm，可以举起重达500克的物体。在开发过程中，我们有很多想法，比如：1.最终的原型必须是开放源代码，2.身体大部分部件由3D打印机制作3.足够强大的力气，能举起重达500克物体4.以及由ROS提供支持。方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/89137、基于Arduino实现通过Web控制机器人手臂执行相关动作硬件组件：ArduinoUNO和GenuinoUNO×1适用于Arduino的PHPoCWiFiShield×16DOF手臂机器人×1机器人手臂有6个电机：A区：控制电机2,3,4（控制三个手关节）B区：控制电机1（控制基座）区域C：控制电机5（控制夹具的旋转）D区：控制电机6（控制夹具）方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/99348、国外开源——3D打印工业机器人手臂（源码+BOM+3D打印文件）我打印的机器人手臂的灵感来自于著名的工业机器人，但可打印。此次开源的目的是让开放源码的机器人手臂在私人或小型企业使用，使机器人开发可用于每一个人的生活。手臂每天的任务是提重约2公斤。目前机器人手臂是昂贵或弱小,或成块的。工业机器人是昂贵的和危险的，因此不太适合使用在家里或学校。一个廉价的3d打印机械臂可以通过残疾人来管理他们的日常需要更好、更独立。该手臂机器人应用在危险的但不太发达的地方。如果你忘记把你的钥匙落家里了，可以通过远程控制机器人手臂打开你的门。未来机器人手臂将朝可移动方向发展。方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/53429、六自由度机械手单片机控制源码下载六自由度机械手：六自由度机械手STM32源程序，参考代码51单片机STC12C5A60S2源程序，参考代码舵机学习资料，控制详细资料，学习源程序方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/234810、【国外开源】Nunchuk受控机器人手臂设计，ArduinoMega进行编程描述：机械臂很棒！世界各地的工厂都有他们，焊接和精确地携带东西。它们也可以在太空探索，海底遥控车辆甚至医疗应用中找到！现在，我们可以在自己制作低成本的机械臂！也许它还可以帮你工作，或者搞破坏！在本教程中，我向您展示如何安装机器人手臂，以及如何使用ArduinoMega进行编程。对于这个项目，我也想体验一种控制机器人手臂的不同方法：使用NintendoNunchuk！它们便宜，易于查找，并且有一堆传感器。方案链接：https://www.cirmall.com/circuit/8602来源：电路城

圆形连接器是基本结构为圆柱形、具并有圆形插合面的一类连接器。在互连分类中，属于第5类，用于设备之间的互连。广义上说，包括低频圆形连接器、从它射频同轴连接器以及音频连接器等。圆形连接器的圆柱形结构具有天然的坚固性，比其它任何形状都具有更高的强度。圆形连接器特点圆形连接器的插头、插座大都采用螺纹连接，其接线端子可从两个到上百个不等，具有体积小、可靠性高的特点，可满足电子设备之间电缆连接的需要。圆形连接器的基本结构1、接触件接触件是圆形连接器完成电连接功能的核心零件。一般由阴性接触件和阳性接触件组成接触对，完成电连接通过阴、阳接触件的插合来实现。2、附体附件分结构附件和安装附件。结构附件如定位销、卡圈、联接环、密封圈、导向销、定位键、电缆夹、密封垫等。安装附件如弹簧圈、螺钉、螺杆、螺母等。附件大都有通用件和标准件。3、绝缘体绝缘体也常称为基座或安装板，它的作用是使接触件按所需要的位置和间距排列，并保证接触件之间和接触件与外壳之间的绝缘性能。4、壳体壳体也称外壳，是圆形连接器的外罩，它为内装的绝缘安装板和插针提供机械保护，并提供插头和插座插合时的对准，进而将连接器固定到设备上。圆形连接器的优点和缺点优点：圆形连接器是需要带有更坚固端子的电连接器的应用的理想选择。它们的圆柱形状使它们特别耐机械湍流和冲击损坏。缺点：圆形表面区域限制了圆形连接器表面上的引|脚和插孔的排列;具有矩形面的连接器可以在更小的表面区域上以更大和均匀的间距安装更多的触点。圆形连接器应用圆形连接器的圆柱形结构具有天然的坚固性，比其它任何形状都具有更高的强度-重量比。它易于用标准机床加工。较容易密封，易插合和卸开。简单牢固的锁紧容有机构。十年的技术发展使它具有完整合理几的工艺和较高的可靠性。因此，要求使用在多接触件连接器实现部件与电缆、电缆与电缆之间互连的场合，圆形连接器是第一选择。

机械手在现代社会已经广泛应用于制造业，航空航天业，军事业，同时也将进入服务业，移动机械手是近年来迅速发展起来的高新技术密集的机电一体的产品。随着社会生产技术的飞速发展，移动机械手的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机械手已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。然而就目前的机械手技术水平而言，机械手在信息的获取、处理及控制能力等方面都是有限的，对于复杂的工作任务及多变的工作环境，机械手的能力更显不足。随着移动互联网时代的到来、嵌入式技术及软件技术的快速发展，越来越多的高性能嵌入式芯片的出现，嵌入式操作系统的快速发展，并且应用到嵌入式处理器中，促进了移动机械手向更加向智能化方向发展。本文以TI公司的OMAP4430异构多核处理器为，Android手机为控制终端，实现了一款基于摇杆手柄操作的可视化移动机械手。控制终端Android手机响应摇杆事件控制移动机械手操作。同时借助OMAP4430异构多核处理器在视频编解码上的强大优势实现了对720P视频的实时无线传输。为了提高移动机械手的控制和相应速度，采用直流马达驱动机械手运动并采用实现180级别角度和速度的7个AX-12马达来提供更大的力矩。通过实验来验证本次设计的可行性。1硬件平台本次设计的可视化远程遥控移动机械手硬件部分主要分为OMAP4430开发板、Android手机、车体及机械手马达三部分。1.1OMAP4430开发板OMAP4430是TI公司的实现了高性能和低功耗完美平衡的Soc，其内部主要包括四个处理引擎：基于ARMv7l指令集的SMPCortex-A91Ghz双核处理器，可编程多媒体硬件加速引擎IVA-HD及协处理核Cortex-M3，高性能的图像显卡PowerSGX540及提供图像视频并行计算的ISP。其中IVA-HD多媒体加速引擎内部有7个针对各种视频编解码而设计的加速引擎，能够实现对720P视频的实时编解码。其内部示意图如图1所示:图1OMAP4430内部引擎示意图1.2Android平台Android是一个以Linux为基础的开放源代码移动设备操作系统，主要用于移动设备，由Google成立的OpenHandsetAlliance持续领导与开发中。Android具有开源、良好的可移植性等成为大智能手机操作系统。本次设计Android手机采用联发科Cortex-A7处理器，支持无线网卡AP热点,支持H264硬解码。1.3移动机械手移动机械手由运动小车和机械手组成，运动小车负责地面移动，而机械手通过旋转6个马达关节来完成捉取地面目标任务。1.3.1移动小车利用高性能MCUATmega128L芯片通过传感器采集当前的状态及驱动DC马达进行移动,ATmega128单片机为基于AVRRISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmega128单片机的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ，小车采用4轮驱动车轮形移动机器人，配有4个DC直流马达及多种传感器，具有卓越的旋转能力和稳定性好的特点，小车控制框架如图2所示：图2小车运动控制示意图1.3.2机械手机械手由6个AX-12马达组成，AX-12马达具有180级别位置和速度控制、位置角度和速度的实时反馈、内部温度或力矩超出范围时给予警告提示等优点。个马达的关节负责机械手360度旋转，第二个关节的同时控制两个马达，这个关节在提起和放下物体时提供了必须的扭矩，因此通过控制两个马达补充扭矩大小的不足，而第三第四个马达提供了机械手捉取目标时前伸和后缩所需的力矩，第五个马达则是手腕旋转马达，用于旋转一个马达的空中角度。一个马达的旋转将推动夹子张开和闭合来捉取地表目标。通过这6个马达的机械臂，可向所有方向移动并进行多样化的动作实验。1.4系统硬件框架图4系统硬件框架图2软件设计系统软件设计包括Android手机应用、OMAP4430开发板Linux控制服务端和无线视频服务软件设计、AVR单片机程序设计，系统软件框架如图5所示。Android应用主要负责接收手柄水平、竖直方向的摇杆时间和手柄按键事件、实时分析处理事件、将结果通过Socket发送给OMAP4430开发板。同时Android将实时接收经过OMAP4430开发板通过H264算法压缩的720P视频流并通过硬解码技术将解码缓存绘制到控制界面上。OMAP4430开发板搭载Linux3.9.11操作系统，通过无线网卡Socket编程与Android手机建立通信，它主要负责接收Android平台发过来的控制命令并进行处理后将数据通过无线蓝牙串口发送给AVR单片机控制移动机械手的运动和马达操作。利用OMAP4430异构多核处理器在视频编解码上的强大优势，通过USB摄像头采集720P分辨力的视频帧通过libdce库利用内部的IVA-HD多媒体硬件加速引擎进行H264编码，并将编码视频缓存流通过无线网卡Socket通信发送到Android手机进行显示。而底端AVR单片机则负责接收OMAP4430发过来的控制命令来操作4个直流电机进行运动、同时将通信数据进行解析成机械马达旋转速度及角度械手的动作来完成任务。图5系统软件框架图2.1移动机械手单片机软件实现移动机械手的控制为ATmega128L单片机，其内部通过时钟产生变换PWM来控制4个DC电机旋转从而实现机械手的移动。同时内部有两个UART串口，分别与OMAP4430通信的蓝牙串口和控制AX-12马达旋转的串口。其软件流程如下：1)寄存器初始化：包括初始化时钟定时器、端口输入输出初始化、设置LED控制寄存器等2)打开蓝牙串口和与AX-12通信串口，设置串口的波特率、奇偶校验、停止位等属性3)蓝牙串口接收OMAP4430发过来的控制参数，并进行参数解析处理。如果为运动控制参数，则通过PWM_change()修改PWM来控制机械手运动方向，如果为机械手设置参数通过Ctrl_Array_MT()设置每个AX-12马达的旋转角度和旋转速度来完成捉取目标任务。4)读取AX-12马达的温度及力矩，如果超出预定范围则调整马达速度和力矩并向OMAP4430开发板发出提示信息。机械手动作控制命令如表1所示:表1移动机械手操作命令2.2Android应用软件设计2.2.1摇杆手柄事件处理摇杆手柄采用USBOTG方式连接到Android手机，Linux内核已经包括其驱动程序。手柄的水平竖直摇杆事件和按键事件都将触发MainActivity的onKeyDown()函数和onGenericMotionEvent()函数的调用，在函数中分析事件对象的属性(触发按键ID、事件类型)进而向OMAP4430发出不同控制命令。其参考代码如下:booleanonKeyDown(intkeyCode,KeyEventevent){if(event.getSource()==InputDevice.SOURCE_JOYSTICK||event.getSource()==1281)//手柄按键事件{if(event.getAction()==KeyEvent.ACTION_DOWN){intkeycode=event.getKeyCode();swicth(keycode){caseKeyEvent.KEYCODE_BUTTON_1:…….break;//ID=1按键按下触发的事件caseKeyEvent.KEYCODE_BUTTON_2:caseKeyEvent.KEYCODE_BUTTON_3:default:break;}}}}booleanonGenericMotionEvent(MotionEventevent){if(event.getSource()==InputDevice.SOURCE_JOYSTICK){//手柄摇杆事件floatRaw_x=event.getRawX();//水平方向偏移

速度更快、性能更好的机器视觉是迈向下一代工业自动化、无人驾驶汽车和智能城市管理的支撑技术。更好的图像质量、更快速的图像捕获以及更低的设备成本和复杂性是自动化设备、检测系统和机器人等领域设计人员的主要目标，其最终目的是加强质量保证并提高生产率。同样，先进的机器视觉能够识别标牌、道路标记和前方的潜在危险，因此对自动驾驶车辆至关重要。在这项应用里，重点是缩短系统响应时间，提高图像识别准确度。就智能城市应用而言，提高城市中心闭路电视图像清晰度，有助于执法机构通过预测骚乱和提高识别能力来保护公民。此外，高性能机器视觉的新兴市场机会也开始出现，其中包括用于协助车辆引导和数据收集的无人机载机器视觉，可用于勘察农田或建筑工地等应用。要在较短时间内从捕获的图像中提取更多信息，需要更好的图像质量和更强的信号处理性能。为此，一些重要的创新正在陆续出现，它们适用于摄像头和图像传感器，而且由于机器学习技术的商业化，图像处理技术也在得到广泛应用。下一代镜头增强聚焦和视觉性能在整个系统的前端，摄像头镜头一直是某些大的创新工程的主题，通过采用单摄像头或单组镜头可执行多个任务，能够提高系统灵活性、缩短工作周期时间，并简化设备系统设计。其中，液体镜头（如图1所示）是一种新兴的光学器件，它扩展了传统镜头的景深，而无需传统电动对焦系统的高成本和复杂性。电动对焦也相对较慢，因此避免这些将有助于增加应用中的工作循环时间，例如涉及不同距离物体的工业检测等应用。图1：液体镜头只需几μm的形状变化，即可实现焦距调整。引入液体镜头能够使工作中的标准光学系统在几个ms内调整对焦-从无穷大到小于100mm，具体取决于间距要求。液体镜头由一种密封在柔性膜内的光学液体构成。通过移动膜或调整光学液体的体积，将镜头半径改变仅仅几个μm，其效果相当于使用传统电动对焦系统将镜头移动几个cm。除了更快的对焦和更简单的构造（移动部件更少，因此操作故障的可能性也更小），液体镜头系统还受益于较低的惯性和更低的功耗。同样，360度图像采集能够使机器视觉系统在固定位置通过单个摄像头即可捕获目标的详细信息，这样可以避免多摄像头检测系统以及相关图像处理和存储子系统的高成本和复杂性，多个存储子系统也会导致系统性能限制。如果部采用360度图像采集，可能需要一种机制来多次调整位置或旋转摄像头，或需要旋转要检查的物体，这种方式在食品包装检查或空中测量时比较常见，同样会增加系统的总体成本和复杂性。对于需要进行从各个角度进行目标检测的系统（例如包装厂中粘贴到瓶子上的标签），可以使用位于物体自身正上方的超中心（hyper-centric）或近中心（peri-centric）镜头来实现360度视觉功能。超中心镜头能够捕获光线，就好似它们是从位于镜头前面一定距离某个点发出的一样。光线汇聚点和镜头的周边形成了视锥（viewingcone）。将物体放置在此视锥内，直接位于向下镜头的下方，可以使来自物体顶面和垂直侧面的光线同时进入镜头。将光线聚焦在传感器上可以在单帧中捕获整个影像。利用该原理，摄像头可以捕获一个孔内或腔内的360度视图，但无需在其中插入任何光学探头。其他技术也可通过单帧捕获物体多个影像，它是将超中心镜头与一组镜面阵列整合，从而能够有效地同时看到物体的每一面。传感器：物理原理与构造提高CMOS图像传感器的分辨率是捕获更精细图像的关键，然而由于降低了信噪比（SNR），如果只减小像素尺寸可能导致较差的图像质量。要获得更高分辨率，就需要在技术上进行改进，以便在不影响传感器性能前提下减小像素尺寸。这些可通过多个方方面面实现，其中一种是优化像素间距和感光面积与总面积之比（也称为像素填充因子）。在像素的物理层面进行更多根本性改变可以改善诸如增益、效率和动态范围等参数。传感器制造商还改进了从像素读取数据的技术，从而实现更高的信噪比、帧速率和线性度等更高的性能。在过去十年左右时间里，驱动传感器性能改进的最重要技术之一是使用背照式（BSI）技术，它是通过上表面和下表面吸收光线，实现了像素小型化，而不会降低关键性能参数（如阱容量、量子效率、暗电流等）。这种技术的后续进展是对传感器和图像处理芯片的三维（3D）堆叠，能够实现更小外形尺寸。随后，包括氧化硅和金属焊盘的3D混合堆叠消除了硅通孔（TSV），从而更有利于两个芯片之间实现有效且直接的连接。最近，业界又开发出顺序整合，可以制造单片式图像传感器，其中每个图像传感器都集成有光电晶体阵列、3D可堆叠像素读出逻辑和存储器等，并通过集成式高密度I/O连接。全局快门增强移动物体成像效果在高速工业自动化以及汽车和无人机等应用中，需要捕获快速运动物体的清晰图像。这对于传统卷帘式（rolling-shutter）图像传感器性能构成巨大挑战，主要原因是传统卷帘式图像传感器每一次将从传感器像素读取仅仅一列数据，并发送到帧缓冲器。如果物体正在运动，则从读取一列图像到读取下一列之间的时间位置变化可能会导致失真，出现图像模糊或弯曲等问题。当拍摄快速运动物体或将摄像头安装在运动车辆上时，全局快门（Globalshuttering）可提高图像清晰度。这项技术首先在高端静态摄像头中得到应用，现在已经扩展到工业和汽车视觉系统以提供更高性能。在全局快门中，将所有像素电荷值同时储存到一个小的像素内存储器中，然后像以前一样逐行依次读取到帧缓冲器。这样可以得到更清晰图像，但没有卷帘式快门的失真。通常像素内存储器会占用一定空间，从而显着地减少用于光子吸收的像素面积。目前业界已经克服了一些技术挑战以便能够创建具备更高SNR和更高动态范围的全局快门图像传感器，但不会增加像素尺寸，这样可以弥补像素内存储器占用空间。此类图像传感器的一个例证是1Mpixel、1/4英寸格式的安森美半导体的ARO144。图2：来自安森半导体的ARO144图像传感器。全局快门像素具有高量子效率，可确保快速充电，同时又对与图像无关的充电（如由电子扩散引起的串扰）不敏感。另外，其光学屏蔽非常靠近传感器，可以排除像素表面杂散光影响。图像处理中的人工智能技术在信号处理链路中，机器学习（利用深度神经网路）可用于摄像头光学组件和传感器之后，其商业化应用使构建图像和随后从中提取信息的方式发生根本性变革。这里有一个例证，从中可以看到采用人工智能技术使低光照性能得到显着改善，从而可以在近暗（near-dark）条件下拍摄高品质图像。在低光照条件下，捕获的原始数据对于传统信号处理链路构成很大挑战。以电子方式提高传感器感亮度（ISO值）会在图像上增添明显噪声，从而导致图像品质变差，对图像进行降噪处理效果也很有限。其他改进图像品质的技术包括延长曝光时间，而这些在工业应用或车载摄像头中通常不切实际。最近，业界开发了一种非常巧妙的技术，它利用机器学习来极大地减小基于原始弱光数据构建图像中的可检测噪声。使用包含原始短曝光时间、低光照图像和相应的长曝光时间参考图像的系列数据可以训练深度神经网路。在对网路进行充分培训后，可以通过直接处理原始短时间曝光数据来创建高品质图像。这项技术已在市场中顶级智能手机中得到应用，可以提供更美观图片。它还可适用于工业和安全等领域，例如可用于生产线检查或监控系统，能够捕获更好图像。结论从系统前端的摄像头镜头到系统后面的图像感测和图像处理设备，整个现代图像处理系统中有许多技术改进正在开发。所有这些技术的合力效果预期将推动工业视觉系统应用范围的不断扩展，并进一步提高系统性能基准。转载自电子技术应用。

检验一下这种工业以太网解决方案，它扩大了从控制室到车间的通信范围，不论是定时关键型应用还是苛刻环境下的应用均适用。解决方案主要特性：带集成MAC的SitaraARMCortex-A8处理器支持主要的工业以太网协议IEEE1588时间协议10/100PHY8纳秒时间戳分辨率迷你-极限温度10/100PHY在-40到125°C下无错操作在137m以上相关器件：1.DP83630–高PHYTER-IEEE1588时间协议收发器，具有准确性，低延迟性，并允许选择微控制器无需任何硬件定制。系统框图：功能框图：2.AM3359–SitaraARMCortex-A8处理器。基于ARMCortex-A8的AM335x微处理器在图像、图形处理、外设和诸如EtherCAT和PROFIBUS的工业接口选项方面进行了增强。详细资料：AM3359：SitaraARMCortex-A8处理器3.DP83848H–迷你-极限温度单路10/100以太网收发器。系统框图：功能框图：来源：维库电子市场网

LED表面组装的设备、工艺方法与SMT加工基本相同。主要是生产大尺寸LED广告显示屏面板的生产线要求配置大尺寸的印刷、SMT贴片、再流焊设备。对这些设备的精度没有特殊要求，但是，印刷焊膏和再流焊工艺必须注意优化和工艺控制。一、1.2m、1.5m大型LED整板贴装生产线对制造设备的要求（1）1.2m、1.5m长LED灯管及大尺寸显示屏锡膏印刷机。（2）贴装机最低要求可以贴装1.2m大型LED整板。LED贴装机对贴装精度要求不高，与传统贴装机区别是必须具备3个条件：①1.2m大型LED整板贴装，因此最低贴装尺寸要达到1.2m；②LED贴装机更重要的是色差控制，最佳效率是一片灯板在一卷料盘上取LED（保证单个LED灯板无色差）；③LED一般都是大批量生产，因此贴装速度要快，最低要求达到每小时18000点以上。（3）LED再流焊炉最好八温区以上。二、LED用的锡膏LED灯具由于部分材质只能耐受150℃左右高温，应使用低温无铅锡膏。LED显示所由于长时间要在户外暴晒和南淋，需要要求LED显示屏主板焊点有足够的韧性，因此必须选用96.5Sn3.0AgG0.5Cu和99Sn0.3Ag0.7Cu高温无铅锡膏，其锡银铜的合金成分能有效地改善低温锡秘焊点“比较脆”的不足，提高焊点可靠性。在客户没有环保要求的情况下，可使用63Sn37Pb有铅锡膏。三、LED组装板的再流焊如果不用载板，直接将FPC放在网链上过回流炉，墓碑等点缺陷率较高。FPC烘烤后，再FPC置于板上过回流炉，墓碑等焊点缺陷率有所改善。建议：用载板缓慢升温、充分预热，仔细优化温度曲线可以减少墓碑等焊点缺陷率。转载自网络。

日本一家著名企业在设计40W空气净化器时遇到了难题，它运行时发出的噪声的声压级达到了35dBA。35dBA的声压级不算是很高，在一间非常安静的屋子里就能测量到这样的噪声水平，我们说悄悄话时也能达到这样的响度。一般人可能不会在意这样的声音，但比较敏感的人就很难容忍了，尤其是在他们需要睡眠的时候，这可能让他们很烦躁。在淘宝上能搜索到很多声压计量产品，即使这些产品做得非常专业，它们能够测量的声压下限也是30dB，大概是因为能够引起大多数人注意的声压范围下限就在这儿了，测量再低的数据对很多人来说已经没有什么必要。我们都知道日本人对产品缺陷是很挑剔的，为了让产品更安静，他们找到了立锜，立锜提供了一套全新的直流无刷电机驱动解决方案（核心型号为RT7075），直接替换原有方案以后，空气净化器的噪音水平便降到了最高25dBA以下，下图就是前后测试数据的对比图：数据中的橙色部分是采用最初的电机驱动方案时测得的，该方案由一家日本IC厂商提供；蓝色部分是采用立锜方案以后测得的，它几乎在所有转速情况下都比原有方案表现得更好。实际的测试是在声学实验室里进行的，下图是测试时获得的现场照片，不是很清晰，但也能看得很明白，所有的外来干扰都被屏蔽掉了，这样就保证了测试结果的客观性，不会像我们说说悄悄话的声音有多大一样，是完全凭自己的主观感觉来做判定的。实际上关于悄悄话的音量等级还是有评估数据的，我在网上查到的数据范围是20-40dB，具体落在那里，这就看当事人的状况了。由于两个声音的响度有5dB的差异时人耳就能感觉到明显的不同，立锜方案使机器的最高噪声一下子降低了10dB以上，这便是非常明显的改善了，自然得到了客户的认同和采用。一台空气净化器的噪声源可能有好几个，一为气道，二为风机叶片，三为电机，在上述的替换中气道、叶片都无变化，剩下的就只有电机了。想要电机无声运转，转子转动时就不能有任何振动发生，这需要其定子和转子之间的精密配合才能实现。立锜科技直流无刷电机驱动方案是以ARMCortex-M032位MCU为核心的，外围集成了高精度的ADC、DAC、电流检测器、通讯接口、看门狗定时器和可控制生成正弦电流的PWM信号发生器等必要的外围接口，控制系统运行的系统固件就存放在芯片中集成的存储器里，它们是可以反复改写的。如果从引脚配置来看，这种电机控制器（RT7100）与一片普通的MCU并无不同，如下图所示：只有把这个控制器和门极驱动器、功率元件及电机负载等连接起来的时候，我们才能比较清楚地看到它的应用目的：下图可以让我们一览它的内部组件：用户在使用普通的MCU时需要自行设计软件代码，可编写电机控制软件对于大多数人来说并不容易，所以立锜销售的电机控制器都是预先写入可用程序了的。这种嵌入式的程序由于固化于芯片中，因而有一个特别的词来对它进行表达，这便是“固件”，所对应的英文单词是firmware，与software（软件）、hardware（硬件）恰好形成对照，而这种解释也是我自己推理得出的，不知道软件行业是否也这样进行解释，因为在我从事软件设计的时候还没有固件这一说法，那时只会说“软件”或是“程序”。立锜电机控制软件的核心是磁场矢量的控制算法，这在英文里有一个称呼叫FieldOrientedControl，简称FOC。名称中的Oriented是很重要的，它说明要对磁场的方向进行定位，因为电机的转子磁场是不变的，你要驱动它旋转，驱动它的磁场就必须是旋转的，而且两者必须同步，否则就会发生不必要的抖动，甚至可能出现逆转等现象。下面的动图是我从网上淘来的，从中可以看出转子磁场是如何旋转的，该磁场和定子线圈之间的关系也可以看出来：当三个定子线圈中分别通过不同的电流时，它们也分别生成了一个特定的磁场，而这些磁场合成起来的磁场就成了驱动转子磁场运动的因素，它通过转子磁场将作用力施加在转子上，转子也就在这样的力的作用下有了特定的运动。将这些磁场分别用矢量来表达，就有了下面的动图可以用来做参考，需要说明的是这个图也是从网上淘来的，我得在这里对它们的制作者表达感谢。只要最后合成的矢量总是以相同的速度在一个圆周上匀速运动，转子的转动就是平稳无抖动的，因而也不会有抖动噪声出现，这时候流过各个线圈的电流的波形就是一个典型的正弦信号的样子。从某种意义上可以这样说，判断一个电机驱动器性能如何的方法就是测量其电流波形，它越接近正弦，则它的性能越好，反之则很难这样去想了。测量立锜直流无刷电机驱动器获得的电流波形是这样的：由于获得低频正弦波相对较难，所以这个波形是在电机转速为150rpm时进行的，这样也能让你知道在这件事情上立锜人做得确实不错。而在相同条件下对其他品牌的电机驱动器进行测量，得到的波形就没有这么美观了，下面的两幅图形就是这样得来的。由于不稳定的驱动带来的振动会直接在电机轴上表现出来，所以观察电机轴的振动信号也是有意义的。前述的日本厂商就进行了这样的测量，测量所得的振动信号的频谱图如下：这是使用立锜方案时的测量结果，振动幅度为1470mm，而原有方案所导致的振动幅度则达到了2060mm，相对来说其性能就要差一些，其频谱分布如下图所示：立锜科技为市场提供的直流无刷电机驱动解决方案由电机控制器、门极驱动器、功率元件等产品以及由电机控制器和门极驱动器集成在一起的二合一产品和将电机控制器、门极驱动器及功率元件都集成在一起的三合一产品组合而成，组成完整的电机控制系统所需要的PFC控制器、电源转换器等产品也都齐备，因而可以满足客户在应用上的所有需求，请有需要者和立锜联络，获取相关的产品和业务信息，加速自己的产品开发进程。最重要的还是要让产品的性能更好一点，这是我们大家都希望的，也希望立锜不会让你失望。转载自RichtekTechnology。

电机控制是指，对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行的控制，根据不同电机的类型及电机的使用场合有不同的要求及目的，对于电动机，通过电机控制，达到电机快速启动、快速响应、高效率、高转矩输出及高过载能力的目的。电机控制行业发展到现在，要求把效率提得更高，这时候对马达的控制或驱动要求的精度就会高。以前我们有很多家用产品，像空调、风扇或家里所有电器的风机，要么就是不用，要么就是全速运转，这种耗能驱动是粗放型的驱动。现在要求我们的控制要更精密，更节约能源，因为行业到了电机必须提升效率的转折点，首当其中的是我们需要性能更加优秀，更加节能，更加通用的处理芯片。大联大世平集团，针对目前电动工具（PowerTools）市场，推出基于NXPKE16Z64VLF4的电机控制EVM的方案，该方案具有板载调试、8路PWM接口、电压隔离转换、CAN通信接口、蓝牙通信接口、RGB小灯、板载双触摸控制、温度感测、双外部中断按钮控制的功能，具有方便调试开发，智能互联，易于后期操作功能实现的特性，在市场上具有价格低，提供开发包优势,其具体参数如下：►场景应用图►产品实体图►展示版照片►方案方块图►原理图►PCBLayout►软件调试环境►核心技术优势1兼容3.3V和5V电压，方便电机控制的电路设计的简化2支持适用于BLDC的FOC控制3支持触摸按键，预留CAN通信接口和蓝牙通信接口4支持板载调试►方案规格1KE16Z核心ARM®Cortex®-M0+48MHz包含64kBFlash，8kBSRAM2MK20调试芯片，支持U盘模式直接烧录程序38x16BitPWM，1x12BitADC，1x6BitDAC和42个GPIO4板载双触摸按键来源于大大通。

基于状态的监控对于实现工业4.0至关重要政府举措正在加快制造业朝向普遍网络自动化发展的趋势。此外，智能传感器系统正在提高自动化程度，提供更多的数据来监测和控制生产过程。特别是，中国制造2025旨在快速发展包括电动汽车、新一代信息技术(IT)和电信、先进机器人和人工智能在内的高科技产业。有了更先进的系统之后，就需要采用更先进的方法来确保系统的可靠性。对机器人和旋转机器（例如涡轮机、风扇、泵和电机）实施的基于状态的监控会记录与机器的健康和性能相关的实时数据，以便有针对性地实施预测维护和优化控制。在机器生命周期的早期进行有针对性的预测维护，可以减少生产停机的风险，从而提高可靠性、显著节约成本和提高工厂的生产率。如何实施基于状态的有线监控解决方案？要对工业机器实施基于状态的监控，可以利用一系列传感器数据，如电气测量、振动、温度、油品质量、声学和流程测量（如流量和压力）。但是，振动测量是目前最常见的，因为它可以最可靠地指示出机械问题，例如不平衡和轴承故障。本文主要研究振动传感的应用，但该方法同样适用于来自其他传感器的数据。这种传输意味着将来自感测节点的传感器数据发送至主控制器或者云高度依赖应用。在许多应用中，一些本地数据会在终端节点处理，汇总数据随后通过无线方式发送至网络网关，或者直接通过蜂窝链路发送至云或分析服务器。在这些情况下，传输的数据量通常都相当低，而且因为终端节点是由电池供电，所有通常要求保持低功耗。在其他应用中，需要进行原始传感器数据传输。例如，在分析之前可能需要对来自多个传感器的数据进行调整和融合。在使用数据进行实时控制的应用中，也需要进行原始数据传输。在这些应用中，更可能采用有线接口作为数据传输解决方案。工业应用的CbM可以使用ADI公司经过优化的微机电系统(MEMS)加速度计、低功耗微控制器和有线iCoupler®隔离接口信号链来提取、调整来自远程CbM从机的机器健康状况数据，并将其可靠回传至主控制器进行分析。随着时间的推移，可以使用机器健康数据创建基于软件的模型来确定机器行为的变化，并主动维护机器健康。在一些应用中，如数控机床，数据也可以用来实时优化系统性能。实现有线CbM接口的挑战包括：在长电缆上运行时EMC的稳健性、以高波特率传输时数据的完整性（用于实时传输CbM数据流），以及通信物理层/协议的不匹配。ADI公司的信号链和系统级专业知识为实现有线CbM接口提供了几种可能的选择。本文分两个部分，第一部分介绍了ADI公司的有线接口解决方案，该方案帮助客户缩短设计周期和测试时间，让工业CbM解决方案更快地进入市场。下一篇文章重点介绍详细的物理层设计考量因素，包括主控制器和有线CbM从控制器。有线CbM设计实现设计和部署基于状态的有线监控解决方案需要考量多个系统性能因素，并进行权衡取舍。首先，在选择合适的MEMS加速度计时，必须考虑需要测量的故障类型，从而选择合适的带宽和噪声性能MEMS来满足系统的要求。边缘节点处理需要仔细匹配所选的处理器，以确保最高的系统灵活性。其次，有线CbM系统的设计需要精心选择合适的有线通信协议和物理层，以实现高速实时数据流传输。实现有线接口需要仔细考虑EMC性能、数据传输电缆、连接器和电缆上的电源传输。选择合适的MEMS加速度计选择合适的MEMS振动传感器涵盖几个方面：轴数被监测的轴数通常与故障类型和传感器的安装布置呈函数关系。如果能明显看出故障涉及一个主导轴，并且在该轴上有一个清晰的传输路径，那么采用单轴传感器就足够了。三轴传感对于多轴中包含能量的故障或故障能量传输路径不明确的故障是有用的。故障类型被监测的故障类型对传感器选择有重要影响。传感器的噪声密度和带宽是这方面的重要指标，因为它们决定了能够可靠提取的振动水平和频率范围。例如，对于低转速机器的不平衡和失调故障，可能需要一个低噪声密度传感器，但带宽要求相当低，而齿轮故障检测需要传感器兼具低噪声密度和高带宽。性能要求除了故障类型外，了解CbM的性能要求也很重要。对基本交通灯类型的状态指示器实施报警检测，需要通过不同水平的性能来进行复杂的预测。这显然适用于正在部署的分析和算法，但也会影响传感器的选择。传感器在带宽、噪声密度和线性度方面的性能水平越高，分析能力就越强。选择合适的信号处理设计考量因素包括：加速度计输出加速度计的输出一般是模拟或串行数字信号，通常是SPI。模拟输出传感器将需要一个数字转换阶段，也需要进行一些信号调理。这可以是一个支持前置放大器调理的分立ADC，也可以是微控制器中的嵌入式ADC。边缘节点处理要求为了减轻数据链路和/或中央控制器/服务器的负担，边缘节点上可能需要一些基本的FFT或信号处理算法。数据传输协议要求ADC或传感器的输出通常是SPI接口。它本身并不提供任何机制用于实施数据完整性检查、确定时间戳、混合来自不同传感器的数据等。在传输之前，将传感器数据封装在边缘节点的高级协议中是非常有用的。这可以提高传感器接口的稳健性和灵活性，但是要求在边缘节点上妥当处理和封装数据流。有关更多信息，请参考《模拟对话》文章“为您的应用选择最合适的MEMS加速度计”。将加速度计输出移植到有线通信总线如前所述，加速度计的输出一般是模拟或串行数字信号，通常是SPI。SPI输出可以在本地处理（允许协议灵活性），然后添加到物理层接口，或者直接移植到物理层。SPI是一个不平衡的单端串行接口，用于短距离通信。要在更长的距离内直接将SPI移植到物理层，需要使用RS-485线路驱动器和接收器。RS-485信号传输是平衡的差分式传输，本身便能抗干扰，且通过长线缆长度时具有稳健性。在SPI主机和从机之间的较长距离上使用SPI时，存在一些挑战。SPI从本质上是同步的，具有一个由SPI主机启动的时钟(SCLK)。SPI数据线路——主机输出从机输入(MOSI)和主机输入从机输出(MISO)——与SCLK同步，在短距离范围内这是可以实现的。SPI还有一个有效的、低使能芯片选择(CS)信号，如果需要，它允许单独的从机寻址。为了恢复主机和从机之间的同步，可以将来自从机的时钟信号反馈给主机，或者使用时钟相移补偿主控制器的电缆延迟。时钟的相移必须与系统的总延迟匹配。AN-1397提供主微控制器延迟补偿的实现细节。有线通信物理层进行长距离通信时，需要采用稳健可靠的物理层。如前所述，RS-485信号传输是平衡的差分式传输，本身便能抗干扰。系统噪声均等地耦合到RS-485双绞线电缆中的每条导线。一个信号的发射与另一个信号相反，耦合到RS-485总线的电磁场彼此抵消。这降低了系统的电磁干扰(EMI)。让RS-485非常适合CbM系统的一些额外关键优点包括：u更高的数据速率，电缆长度较短（小于100米）时可达50Mbpsu数据速率较低时，线缆长度可达1000米u全/半双工RS-485和RS-422多驱动器/接收器对可以使用最小量的组件，将双向SPI转换为RS-485总线信号u较宽的共模输入范围允许主机和从机之间具备接地电位差异有线接口的EMC性能在长电缆中传输时，通信网络可能会受到危害影响，例如较大的共模噪声、接地电位差异和高压瞬态。传导和辐射噪声源可影响100米线缆长度内的通信可靠性。采用ADI公司的iCoupler芯片级变压器隔离技术可以提高对这些噪声源的抗干扰能力。AN-1398概述了利用iCoupler技术可以实现的对常见工业瞬态的抵抗力。在工厂自动化环境中，系统设计人员通常无法控制提供通信网络的电气装置。最好的做法是假定存在接地电位差异。在运动控制系统中，可能会产生数百伏的接地电位差异。RS-485通信节点需要电流隔离电源和数据线路能在这些环境中可靠地运行。信号和isoPower隔离器件提供峰值可达600V（基础）或353V（增强型）的最大连续工作电压。在存在较大接地电位差异的情况下，基础绝缘支持实现可靠的通信。增强型绝缘保护操作人员免于在厂区受到电击。在有线通信网络中，暴露在外的连接器和电缆可能遭受许多严苛的高压瞬态影响。与变速电力驱动系统的EMC抗扰度要求相关的系统级IEC61800-3标准，要求最低±4kV（接触）/±8kV（空气）的IEC61000-4-2ESD保护。ADI公司的新一代RS-485收发器提供高于±8kV（接触）/±8kV（空气）IEC61000-4-2ESD保护。数据线路上的幻象电源在主控制器和远程CbM传感器节点之间分配电力和数据线路需要采用创新的解决方案来降低电缆成本。将数据和电力线路融合在单一双绞线上意味着可以大幅节省系统成本，以及可以在空间有限的终端传感器节点位置采用更小的印刷电路板(PCB)连接器解决方案。功率和数据通过电感电容网络分布在双绞线对上。高频数据通过串联电容与数据线路耦合，同时保护RS-485收发器免受直流总线电压影响。主控制器上的电源通过电感器连接到数据线路，然后使用电缆远端的CbM从传感器节点上的电感器进行滤波。电缆两端的电感应良好匹配，以避免产生差分模式噪声，自谐振频率应至少达到10MHz，避免对ADI公司新一代振动测量系统的实时突发模式产生干扰。注意，电源和数据耦合解决方案必须添加到不需要直流数据内容的数据线路中，例如MOSI或MISO到RS-485的扩展件。推荐的解决方案和性能取舍基于所提出的设计考量，以下组件为稳健的有线工业振动测量解决方案提供了最佳路径。uADcmXL3021，宽带宽、低噪声、三轴振动传感器uADuM5401/ADuM5402，四通道、2.5kV隔离器，采用集成DC/DC转换器uADM3066E，50Mbps半双工RS-485收发器uADM4168E，30Mbps双通道RS-422收发器uLTC2858-1，20Mbps全双工RS-485收发器uADP7104，20V、500mA、低噪声CMOSLDO稳压器推荐解决方案ADcmXL3021MEMS加速度计对于这三种解决方案都是通用的。这个加速度计具备超低噪声密度(25µg/√Hz)，支持出色的分辨率。ADcmXL3021也具备宽带宽（从直流一直到10kHz，5%平坦度），可以跟踪许多机器平台上的关键振动特征。ADcmXL3021为客户提供一个经过机械优化的铝封装，可以在广泛的频率范围内提供与集成MEMS传感器的稳定耦合。这就保证了可以可靠提取和调理从受测设备获得的振动特征。ADcmXL3021可以提供SPI输出，可以直接与RS-485/RS-422器件连接，也可以通过微处理器和/或iCoupler信号和功率隔离与RS-485/RS-422器件连接，如图1所示。为了实时监测工业设备上的振动特征，ADcmXL3021提供实时流传输模式，其工作速率约为12MbpsSPI。为了将实时流传输SPI模式连接到RS-485总线，必须选择数据速率出色的组件。ADM3066E/ADM4168E/LTC2858-1RS-485/RS-422收发器均以20Mbps及以上的数据速率运行。对于图1所示的选项1和选项2（可以经由SPI直接与RS-485连接），ADM3066E和ADM4168E提供一个可靠的接口，在从机振动传感器节点实现SPI3接收、1发射(3+1)配置。SPICS接收信号使用ADM3066E、SPICLK和MOSI实现，MISO信号使用ADM4168E实现。在实时流传输模式下运行时，ADcmXL3021向主微控制器发送一个中断信号，以在新数据突发可以捕获时进行标记。中断信号(/BUSY)也可以使用ADM4168E传输给主机。完整的解决方案由主机发送至ADcmXL3021的三个信号（MOSI、CS、CLK），以及从ADcmXL3021发回主机的两个信号（MISO、/BUSY）组成。5×单端信号仅用ADM4168E和ADM3066E两个组件就可以转换为差分信号。差分信号可以使用RJ50连接器和插头转换，与工业标准RJ45以太网连接器相比，这两者占用的PCB面积几乎相同。ADM3066E和ADM4168E收发器提供大于±8kV的（接触）/±8kV（空气）IEC61000-4-2ESD保护，在直接连接到有线电缆接口时，提供必需的可靠性。对于选项3，微控制器可以预先处理ADcmXL3021SPI输出，也可以在SPI和其他串行接口（例如UART）之间执行协议转换。UART是RS-485接口常用的一种异步协议。UART由发射和接收信号以及发射使能信号组成，所有这些信号都可以直接连接到全双工RS-485收发器，例如LTC2858-1。在全双工模式下，LTC2858-1允许同时进行双向数据传输，这与SPI双向数据传输的要求相匹配。该微控制器可以处理同步SPI到异步UART协议的转换。ADuM5401/ADum5402是业界体积最小的信号和电源隔离器件。它们包含一个集成式DC/DC转换器，采用5.0V或3.3V电压时（5.0V输入电源），可提供最高500mW调节隔离功率。在图1中，选项2包含ADuM5401，它从数据总线获取5VDC，然后为ADcmXL3021提供3V隔离电源。ADuM5401还包括4个信号隔离通道，采用支持3+1SPI隔离的配置。图1中的选项3包含ADuM5402，它与ADuM5401相似。关键的区别在于ADuM5402提供2个发射和2个接收数字隔离通道。如前所述，ADuM5401/ADuM5402可以提高有线CbM接口的EMC抗扰度，保护ADcmXL3021免受RS-485电缆接口上的高压干扰和接地电位差异。性能取舍表1使用许多关键指标比较了这三种解决方案，包括设计灵活性、PCB面积、解决方案成本、复杂性和EMC性能。在CbM传感器节点集成一个微控制器将增加设计的灵活性，但会增大PCB面积，且增加软件复杂性。由于主CbM节点将配有一个处理器，这意味着图1中的选项3本质上将是一个双微控制器系统，与主CbM节点上的单个微控制器相比，该系统的启动和运行速度将更慢。选项1和选项2的设计灵活性较低，但是提供了一种更快速部署的路径，因为它们支持在RS-485链路上集成复杂度低且透明的SPI。选项1和选项2还可以采用比选项3体积更小的PCB，这需要额外的PCB区域来敷设微控制器和相关电路（例如，一个时钟振荡器和几个无源组件）。将iCoupler信号和电源隔离添加到选项2和选项3会占用最小的PCB面积，且可以提高EMC性能（超过使用RS-485/RS-422收发器的片内保护可以实现的性能）。图1.实现可靠、高度集成、有线MEMS加速度计基于状态监测的解决方案的选项。表1.CbM选项之间的取舍比较图2.LTC4332SPI扩展接口帮助节省线缆成本。数据速率较低的解决方案对于以较低的数据速率（小于2Mbps）运行的有线应用，LTC4332SPI扩展器提供了一种替代方案，用于加固主从传感器节点之间的SPI链接。LTC4332可以传输SPI数据，包括通过两条双绞线传输的中断信号。该解决方案可以显著节约成本，因为与标准解决方案相比，它最多可节省50%的总线线缆。转载自电子技术应用。

此设计方案是采用(TI)SimpleLinkWi-FiCC3200为核心，并建立RS-485与Wi-Fi网络之间的网桥，方便用户透过网络与RS485接口做数据传输。可将其数据链路传至Tablet或者网桥做数据传接收与处理。►产品实体图►展示版照片►方案方块图►核心技术优势①采用CC3200WIFIMCU当其主核心，处理Wifi封包与RS485数据转换②ISO15收发器可提供高达2500VRMS电隔离的隔离式RS-485界面③LM5160Fly-Buck™电源可为电路的两个部分同时提供隔离式与非隔离式3.3V输出。④此设计可由高达30VRMS或48V峰值的交流或直流电源进行供电►方案规格①18V至30V（交流）和12V至48V（直流）的宽输入电压范围②Fly-Buck™电源可提供3.3V电压(550mA)和隔离式3.6V电压(50mA)③将Wi-Fi快速连接到RS-485传输接口④电位隔离式RS-485接口可提升系统安全性和可靠性⑤CC3200应用处理器适用于多种客户通信协议来源于大大通。

随着电机驱动的发展，市场对电机驱动出现了新的要求--更安全（运行稳定，故障率低）、更环保（高效率，低功耗），以及更智能（算法先进，易于使用）。以往，电机驱动采用分立分案设计，电路板包含了前置逻辑、MOSFET驱动、时钟、电源管理、温度传感器、保护电路、电源控制、比较器、参考电压等若干子电路（图1）。这样，电路板一来尺寸大，二来安全性也不高。前不久，德州仪器（TI）推出了一款24V三相无传感器BLDC电机驱动器DRV10983.德州仪器中国区市场开发高性能模拟产品业务拓展经理信本伟介绍说，现在很多电机应用要求体积越来越小，要求将MCU和驱动电路（包括各种保护电路）全部集成并做到电机里，这也是电机未来的发展方向。图1:传统分立式电机驱动解决方案需要超过100个晶体管、数字门电路、放大器、LDO、温度传感器和保险丝。德州仪器电机驱动器产品种类丰富（包括步进电机驱动器、有刷直流电机驱动器、无刷直流电机驱动器、螺线管驱动器以及霍尔效应传感器IC等），有着超过15年的设计经验；以客户定制的形式广泛应用于硬盘、光驱、喷墨打印机、数码相机、汽车工业等行业中。德州仪器在2010年成立了电机驱动事业部（MDBU），开始进军大众市场。信本伟指出，将电机驱动做成高集成度的解决方案，将驱动器、MOS管、保护电路、控制开关、算法全部集成在一起，这样做的好处是：1、减小PCB尺寸，缩减BOM;2、因为集成度高，所以可靠性得到提升，整个电路的一致性非常高；3、客户无需分立方案设计，直接用一颗IC就可以进行产品设计。此外，TI所有的电机驱动产品都提供了完全保护，包括过流/短路保护、过热保护、欠压闭锁，以及击穿保护等。在保护方面，与地、电源或线圈之间的短路等情况都需要做过流保护。不同于电流调节电路，TI产品包括另外一个保护电路“ILIMIT”。ILIMIT是个比较复杂的硬件电路的算法。通过减小功率管的栅极电压，其电源漏极电阻会增加，从而限制通过的电流。在这方面，TI产品具有约100ns的快速响应时间。每个功率管都需要单独的保护机制，同时需要能迅速对过流情况进行反映，又不能有误判。分立器件的保护电路一般只管总的一级，单一功率MOSFET管烧掉不会保护，待第二个MOSFET烧掉时才动作为时已晚。TI的电机驱动系列DRV88xx在完全短路时，回路电流能在约400内恢复到9A,同时输出级在约3μs后被关断。如果稍微关慢一点，9A意味着电机和后面的电路将全部烧掉。DRV88xx中集成的保护还包括欠压闭锁、击穿保护和热关断等功能。欠压闭锁--芯片自行持续监测供电电压值，当电压过低时将输出端设置成高阻抗状态，确保H桥能够正常运作。击穿保护--同一个半桥的高低侧绝不允许同时打开，为了避免此现象的发生，高侧关断和低侧导通之间人为地增加一段延时（停滞时间）。停滞时间越长H桥接的运作越安全，但同时线性度和效率也越差。热关断--过度发热，热沉不足。环境温度过高等都可能对芯片造成损害。TI芯片内部集成了多个热感应器来持续监控温度、当芯片温度上升到过热的阈值时，H桥将被设置成高阻，微步进细分也将被重置。TI的部分产品在热关断之前可以先进行预判，预判温度一般比热关断阈值低20℃~30℃。在工艺方面，TI电机驱动的RDSON能做到100mΩ以下，而其他厂商很多都只能做到200mΩ~300mΩ。内阻越小功耗就越低，在休眠的状态下漏电的可能性就越小。另外是PowerPad,芯片底部有个散热片，直接贴在PCB上，靠背面的地（铜箔）做散热，这样就可以节省散热片的使用。在算法方面，TI有个Kilby实验室，该实验室里有很多专门做电机的专家，研究处理算法。DRV8818不管是在做全步步进、1/2细分、1/4细分，还是在做1/8细分的时候都非常均匀。此外，TI的步进电机驱动器拥有较同类产品更小的过零失真和电感放电失真，这意味着更小的转矩纹波，更平滑的电机运转。最新的DRV10983的一个应用是厨房用的排气扇。以前厨房排气扇采用交流电机设计很简单，但是功耗很高。现在市场上都在用24V的三相无传感器电机，一是电机成本并没有升高，二是能效控制非常好，而且可以做无极调速。同时它会提供详细的报告，比如是否堵转，电源是否过压/欠压等。信本伟透露，现在很多风扇类的厂商都在考虑使用这个方案。因为现在国家对能效比提出要求，所以未来交流转直流一定是电机的发展趋势。如果采用三相带霍尔的设计会很麻烦，因此现在基本上厂商会选三相无霍尔的设计。同时，做三相最基本的方法是每相120°，这种方法一是稳定性不好，二是有噪声。TI的180°三相正弦控制算法在相与相之间有重叠区，转起来会很平稳，能够实现静音工作。此外，DRV10893内部集成了可编程转换配置文件、IPD、Align+Go、正向和反向启动、可调节通信角度、同步整流、高级转子锁定保护等功能（图2）。图2:24V三相无传感器BLDC电机驱动器DRV10983。来源：维库电子市场网

随着工业4.0的浪潮突击全球制造产业，产业界的老板们无时不刻在思索着如何把既有生产线e化以提高产能及效率进而贡献营收和获利，但又受限于既有产线设备更新的成本或架构e化的成本望之却步，更甚是连建构e化评估能力都没有的制造厂更是普遍存在。唯现有的产线设备，通常会存在RS-232或RS-422或RS-485这样的工业通讯接口，若能利用这些通讯接口再架构上无线通信功能后，应该就能达到区域”云”的概念，可以在这个区域”云”的涵盖范围内，做双向的沟通以达到实时的信息收集以及快速且明确的指令下达等益处。本参考设计是将SimpleLink™蓝牙低功耗CC2541无线微控制器应用于RS-485工业通讯接口的示例。其电路板包括由CC2541搭配ISO3086将RS-485改以无线方式将数据或指令传输出去，监控中心可以手机或平板或工业计算机做为数据收集分析或处理中心，监控中心亦可依实际情况下达控制指令给终端生产设备以达到有效的实时控制或改善等，再者，又加入隔离电源功能线路，可减少因恶劣环境产生的干扰或破坏。3.应用场景图:►产品实体图►展示版照片►方案方块图►核心技术优势(1)生产设备或机台提供电源及RS-485信号接口(2)RS-485toBLE模块将机台状态或控制端指令做双向无线串连(3)监控中心实时监控机台状态且下达控制指令►方案规格(1)采用TICC2541模块进行双向数据传输(2)电源部分利用DCR010505提供隔离电源,搭配LM3480-3.3为模块供电(3)RS-485通讯数据隔离传送部份采用ISO3086来源于大大通。

在全球景气低迷之际各生产制造业者无不苦思如何降低成本以提高竞争力，在这步步维艰的大环境里，都数管理者选择的是提高产能效率，在相同时间产出更多的产品以让工时效益表现更为优异，以拉开与对手的成本差距，多数的作法得更换更大型的生产设备或机具。以油压机为例，更大型的油压机，就得耗更大的电力来加压，相对的，就会产生更大的噪声来干扰控制与数据的传输，在这一类型的数据传输通常会优先采用CANbus，但若在大型厂房中，有着多数的大型油压机或其他大型生产设备，这些通讯接口也不适合串接或并接通讯，因大电力的设备在不同的工作条件会有不同的功耗需求，这样的地弹跳现象都足以让通讯接口击毁，最有效的方式应该是做双向无线数据传输了。本参考设计是将SimpleLink™蓝牙低功耗CC2541无线微控制器应用于CNAbus之油压机监控方案的示例。其电路板包括由CC2541搭配ISO1050将CANbus改以无线方式将接受控制指令或将目前数据传输出去，控制站可以是一般的平板计算机或是带无线传输功能的人机接口装置，管理者亦可透过云端管理监控平台联机到监控站以取得当前的工作状态或问题情况的信息。►展示版照片►方案方块图►核心技术优势(1)油压控制系统提供电源给通讯模块及CAN信号接口(2)CANtoBLE模块将监控站指令传送到油压机，亦将油压机状态回传到监控站(3)监控站将油压机的工作条件及目前状态依操作员需求做双向讯息传递(4)管理者可透过云端平台联机到监控站以监看目前设定状态或发生之问题►方案规格(1)采用TICC2541模块进行双向数据传输(2)油压机系统电源经TPS7B6950提供5V供系统电源(3)系统电源再经DCR010505提供隔离电源,搭配LM3480-3.3为模块供电(4)CAN通讯数据隔离传送部份采用ISO1050来源于大大通。

1SCADA系统的特点SCADA系统一般采用分散式测控、集中式管理的方式，整个系统由监控中心、若干个分散的远程测控终端RTU（RemoteTerminalUnit）和通信介质三部分组成。监控中心又称主站，是SCADA系统的核心，负责控制管理整个系统的运行；RTU又称外围站点，是采用微处理器或DSP的可独立运行的智能测控模块，完成各种远端现场数据的采集与处理、现场执行机构的控制以及与远程控制中心的通信，具有易扩展性和易维护性特点；通信介质根据实际需求和应用对象的不同多种实现方式，下面稍作分析。2通信介质的选取数据传输介质分为有线和无线两类。有线传输方式如：电力线载波、RS-485现场总线和PSTN公用电话网等。无线传输方式如：VHF/UHF无线电台、ISM扩频电台、GSM移动电话网以及卫星通信网等。每种方法各种其特点。电力线载波利用现有的供电线路不需另铺专用通信线路，但电力线固有干扰较大，且载波信号只能在一个配电变压器区域内传送，通信跟踪较短；RS-485现场总线具有通信效率高、可靠性好等优点，但用于大容量系统时铺设专用线路工程造价太高。PSTN公用电话网和GSM移动电话网的初期投入费用少，无盲区覆盖，但日积月累的运营费用极高；ISM（工业科学医疗用途）频段的扩频电台（2.4GHz）及微波（4GHz以上）可用于远距离、高性能传输，但价格昂贵。VHF/UHF无线电台：传输距离较远，只需维护费用而无运营费用，系统使用及站点扩展很方便，尤其适用于大容量分散式SCADA系统，其性能价格比高，但必须向当地无线电管理部分申请相应频点才可使用。由此可见，有线与无线方式各有利弊，有线通信的优势在于数据传输的可靠性，但当RTU分散时测控系统辅设专用线路造价过高；而无线通信则在大容量SCADA系统中优势明显。城市路灯监控系统正是采用VHF/UHF无线电台通信方式，已在南京、福州、长春等省会城市连续常运行几年且客户反映好。实践证明，只要解决好数据传输的可靠性这一关键问题，就能保证整个无线通信SCADA系统正常可靠运行。3城市路灯无线通信SCADA系统的设计该系统总体结构主要由三部分构成：监控中心、若干个外围站RTU及VHF/UHF无线电台进行数据通信。监控中心选用TAIT855/856基地台，外围站选用MotorolaGM300车载电台。城市路灯无线通信SCADA系统组网结构如图1所示。3.1监控中心组成和功能城市路灯无线通信SCADA系统的控制中心主要由主控机、后备机、服务器、大屏幕多媒体投影机、电台、铁塔及天线等组成。主控机与服务器按Client/Server结构连网。主控机作为系统的客户机，由一台Intel工控机构成，用VB语言编程，主要功能实现人机界面并通过无线Modem与电台连，向RTU发送控制指令，接收返回的检测数据和状态参数。为提高系统的可靠性，在该系统中采用另一台Intel工控机作为后备机对主控机进行备份。用一台IBM服务器作无线通信SCADA系统的数据库服务器，RTU采集到的数据经主控机处理后存放在数据服务器中，其它管理系统经授权可以直接访问该服务器，很容量实现系统间的数据共享。监控中心主要完成以下功能：（1）大屏幕多媒体投影机动态显示SCADA系统中每一个RTU在城市地图中所处位置及该站点的工作状态和实时参数（包括各条线路的交流电压、电流、功率、电度表读数、亮灯率等）。（2）根据该城市所处经纠度及日出日落时间，制定出对应全年的每日开/关灯时间曲线以实时控制路灯的通/断；另外可由控制人员结合具体情况，修改开/关灯时间，并传送给RTU以进行控制。（3）定时巡检/定点检测RTU，并通过无线Modem获取RTU返回的开关状态、数据参数及报警码。（4）在巡检过程中，若发现故障或参数越限，可进行声光报警，并在大屏幕上动态显示以该站点位置为中主的放大地图及相应的工况、实测数据及故障形式。（5）具有节省能源功能，实行全夜灯/半夜灯两种工作方式，由控制人员针对每条线路决定是否采用半夜灯方式及任意调节半夜灯的起止时间。同时还具有防窃电监测功能：当检测到某一支路电流值大于正常运行值时，若同一RTU中其它支路电流值正常（表明A/D芯片工作正常），则该支路存在窍电现象。（6）采用虚拟仪表方法显示电压表、电流表、电度表等仪表形状，利用VB控件Meter在仪表盘上直观显示模拟数据量的动态变化。（7）定时对所有RTU进行校时，确保外围站时间准确性。（8）数据处理、存储及报表打印功能。3.2无线通信3.2.1通信介质无线通信SCADA系统监控中心与RTU之间采用VHF/UHF无线电台进行数据传输，工作频率为203～450Hz（须向当地无线电管理部门申请相应的频点），数据通信的调制方式为FSK，传送速率为300～1200bps。RTU站点间分布较散，与监控中心距离较远，因此通信体制采用大区制。监控中心选用TAIT855/856基地台，发射功率为45W，工作在全双工方式，覆盖范围与高增益全向天线铁塔的高度有关，半径可达几十公里。RTU采用MotorolaGM300车载电台，配以定向天线，发射功率为25W，工作在半双工方式。3.2.2通信方式监控中心采用广播方式或点对点方式向RTU发送命令。采用广播方式时，RTU只接收命令并执行，如校对时间、修改开/关灯时间等命令；采用点对点方式时，如遥测、遥控等命令，RTU先进行站点编号确认，若是则根据命令格式执行相应操作，如控制路为开/关、向监迭中心返回电流、电压、开关状态、故障码数据帧等。3.3外围站RTU结构模块设计无线通信SCADA系统的外围站RTU结构图如图2所示。RTU主要由单片机测控系统组成，包括数据采集处理及A/D转换电路、键盘显示电路、时钟电路、路灯全夜灯/半夜灯控制电路、无线通信电路。外围站都可独立运行，即使因通信故障等原因无法与监控中心联系，也可单独完成路灯系统的日益监控。单片机测控系统采用80C31作为CPU，27C256作为EPROM，62256作为RAM，在地址译码电路中采用74LS138，P2.7分别接62256的片选信号(为零选中)及74LS138管脚G1（为1选中），P2.4、P2.5、P2.6分别接74LS138管脚A、B、C，输出片选信号控制多路开关、ICL7109、DS12887、74HC245、液晶显示。（1）数据采集及A/D转换电路RTU实时测量参数包括线路的电压、电流、电度表读数等。该模块模拟输入信号有三相交流电压UA～UC。线路总电流IA～IC，各支路电流（本系统最多可检测8条支路）I1A～I1C、…、I8A～I8C，信号经V/I变送器、多路开关（4051&mes;4片）、信号处理电路（包括对交流信号整流、滤波等变换）后送入双积分式A/D转换器ICL7109，转换成十二位二进制数，其中低八位D1～D8与P0.0～P0.7相连，高四位D9～D12与P0.0～P0.3相连，CPU通过控制高/低字节使能端HBEN、LBEN分别从数据总线上读取高四位及低八位数据。（2）键盘显示电路采用液晶显示。键功能主要有：设置站号、时间、各支路电流变化值、电流/电压调零校正、全夜灯/半夜灯模式，巡检/定点检测每一支路参数等。（3）时钟电路采用时钟芯片DS12C887提供精确时钟信号，包括年、月、日、时、分。可通过手动方式修改时间，也可由监控中心统一校时。（4）路灯开/关电路可通过固化在EPROM中的每日开/关灯时间自动执行该站点路灯线路的通/断，也可通过手动设置方式或由监控中心进行遥控来实现线路通/断。（5）无线通信电路由调制/解调芯片TCM3105将接收的模拟载波信号解调为数字信号传给CPU，将需发送的数字信号调制成模拟载波信号并通过GM300车载电台、定向天线与监控中心进行数据传送。4路灯无线通信SCADA系统实现的注意事项采用VFH/UFH电台通信的城市路灯无线通信SCADA系统已经连续几年正常运行。经验表明，只要解决好数据无线传输的可靠性问题，在城市大容量监控系统中该方法明显优于有线传输方式，性能价格比高，且可方便地任意扩展RTU。笔者认为在设计调试安装过程中还需要注意以下几方面：（1）尤其要重视无线信号的场强测试。在外围站安装前，由监控中心基地台发送信号，每一个RTU安装处都要进行场强测试，应无明显的同频干扰和异频互调干扰，信号电平应在20dB以上。若某个RTU不能满足，须改变其地址；当大部分RTU都不能满足要求时，必须改变无线电台的工作频点。（2）不能选择过高的通信波特率，否则极易引起丢码现象。（3）在A/D转换电路调试中发现，ICL7109芯片引脚17（TEST）、27（SEND）不能悬空，应与26（RUN/HOLD）同接+5V。否则A/D转换数据经常会出现不稳定现象。（4）用于测量三相电压的V/I变送器不能直接装在主板上，否则极易受雷击而烧毁主板。（5）在多山地区若无线信号受影响可设立中断站。转载自——维库电子市场网

引言近年来,随着光电技术的迅猛发展,激光器已广泛应用于医疗、国防、测量等各个领域。而环境温度变化会直接影响激光器的波长。把关键元件(如高性能晶振、SAW滤波器、光放大器、激光二极管)的本机温度限制在窄范围内,可以提高电子系统的精度。一般需要将温度控制在0.1℃内,激光器的工作精度才能很好地保持在0.1nm内。文中的设计方案能为大功率半导体激光器提供有效支持,最大电流可达2.5A。1半导体激光控制器的设计激光控制器由受控恒流源,温度监视及控制电路,主控制器及显示器构成。整体结构原理见图1。1.1受控恒流源：为了使激光器输出稳定的激光,对流过激光器的电流要求非常严格,供电电路必须是低噪声的稳定的恒流源。恒流源可以从0A～2.5A之间连续可调,以适应不同规格的半导体激光器。该恒流源是以大功率的MOS管为核心,激光器作为负载与之串联,通过控制MOS管的栅极,来实现对的控制。但MOS管是非线性器件,难以直接控制,因此必须将其转化为线性控制。如图2所示,在MOS管串联一个0.1Ω的电阻,用于采样反馈,MOS管的电流变化范围是0A～2.5A,输入控制信号的范围是0V～5V,将采样电阻的电压放大20倍正好与输入电压匹配。这样控制电压0V～5V与电流0A～2.5A之间建立起线性的对应关系。但由于整个反馈是开环系统,十分容易产生自激,因此在采样电阻连一个1μF的,破坏自激产生条件、消除自激,并且应采用稳定的以减小电压波动。1.2温度检测及控制电路由于温度对激光的品质有很大影响,在电流恒定的情况下,温度每升高1℃,激光波长将增加大约0.1nm,而且温度过高将导致激光器老化甚至损坏。并且激光器是一个电灵敏度高、成本昂贵的器件,因此控制器必须提供监控、限制和过载保护的能力。包括:自启动和过流保护、热电制冷器(thermoeleiooler,TEC)电压、电流和温度的感测。异常工作电路停机以避免激光器元件损坏。值得注意的是:环境温度的变化对激光器的影响,要求控制器具备制冷和制热的能力。通常为使元件温度保持稳定是将把元件封闭在固定温度的恒温槽内。为了提供某种调整容限,其所选温度应高于所有条件下的环境温度。这种方法曾被广泛采用,特别是用在超稳时钟的设计中(如恒温槽控制的晶振)。但高温应用此方法有如下缺点:性能(如噪声因数,速度和寿命)有所降低;环境温度处于中间范围时调整器消耗加热的功率,在环境温度处于低端时需要两倍大的功率;达到稳定温度所需的时间可能相当长。目前采用半导体TEC来实现,因为它可选择调整温度值处在工作温度范围的中间。TEC可做为热泵或做为热源,这取决于电流方向。某些系统(如冰箱和大功率处理器冷却)只用TEC的冷却特性。另一些应用(如晶振和SAW)利用热流的两个模式。并且该控制器是真正双向的,使温度从冷端到热端之间没有死区。TEC的驱动电路通常采用“H”桥式,由两个互补的达林顿管或MOS管构成。对H桥的驱动宜采用开关式驱动方式,开关式驱动方式功耗小、效率高。对于开关式驱动方式可以使用LTC1923等专用芯片驱动。其原理如图3所示。DRV592是TI（TexasInstruments）公司出品的高效、大功率H桥电源驱动集成块，输出电压范围从2.8V到5.5V,最大输出电流为3A。DRV592需要外部触发（兼容TTL逻辑）,内置过流、欠压和过热（130℃）保护和电平指示。业界最小封装（9mm×9mm32脚PowerPADTM扁平封装模式）,具有-40℃到85℃工业用温度范围标准。值得一提的是该芯片集成了4个大功率和过载保护电路，与采用分立元件设计（见图3）相比，简化80%的设计。并且只需添加几个外部元件就能容易地构成精确的温度控制环路用以稳定激光系统。基于DRV592的半导体TEC的电源驱动电路见图4。和图3相比，可以看到基于DRV592的TEC电源驱动电路设计大大简化，并且DRV592还有内置过流、欠压和过热（130°C）保护电平指示。引脚功能见表1。由于大电流开关电路会产生很大的噪声干扰,为减少干扰,可适当增大开关管的转换时间来降低高频开关噪声。虽然这会使开关效率降低一些,不过用这个代价换来噪声的大幅度改善还是值得的。另外由于TEC具有热惯性,改变状态会有一定的延迟,会给系统引起振荡。为了消除振荡,可在放大器两端并联积分电路,增加延时,消除振荡产生。要注意的是稳定的温度是由热敏电阻的反馈来决定的,因此要将TEC与热敏电阻封装在一个模块中,使它们紧密耦合。温度探测器的精度直接影响温度控制的效果。温度探测电路部分与恒流源类似,采用(负)的热敏电阻作为温度探测器。其中用陶瓷粉工艺制作的NTC元件对温度的微小变化有最大的电阻变化。特别是某些陶瓷NTC在其寿命内(经适当老化)具有0.05℃稳定度。并且与其它温度传感相比,陶瓷NTC的尺寸特别小。然后将热敏电阻串联入一恒流源,对热敏电阻两端电压采样,将温度变换为电信号。原理如图5所示。温度探测电路中采用的是TI公司出品的单电源，低功耗双运算放大器TLC2252。TLC225x系列具有高、微功耗、低噪音等优点，适用于手持移动设备。在1k的噪音仅为19nV,是同类产品的1/4。转载自——维库电子市场网

1、引言电路系统电能质量监控的实时性要求较高，不仅含有频率、电压、电流、有功、无功、谐波分量、序分量等，而且有些采集的特征量频率变化快而且复杂，如暂态突变量、高频的故障行波等，普通的采集处理方法对多路进行采样计算显得困难甚至难以实现，为了克服以上不足，满足现代电力系统的要求，将先进的数字信号处理技术应用到电力系统中充分发挥其快速强大的运算及并行运行处理能力，满足电力系统监控实时性和处理算法的复杂性等要求，并为不断发展的新理论和新算法应用于电力系统的实践奠定技术基础。以TMS320LF2407A型DSP为控制核心，设计了响应快、延时小和没有相位偏移的电能质量监控系统，在整个控制系统中，信号采集单元的转换精度决定整个控制系统性能的优劣。TMS320LF2407带有内置采样和保持电路的10位模/数转换器，但只能接收0V－3.3V的单极性信号，对于交流信号需要另外设计限幅升压电路，同一排序器内各通道的串扰严重，所以10位的转换精度难以满足高性能系统的要求，由于本应用对采集精度要求高，要求采用14位A/D转换器，所以采用Maxim公司的MAX125型转换器作为信号采集单元的核心。2、MAX125的特性和工作原理MAX125是8通道高速14位模/数转换器，它内设采样/保持器（T/H），单次转换时间为3μs，通过对MAX125写控制字，可以使之工作于单通道转换，也可以使之工作于多通道的连续转换，且其转换数据具有缓冲功能，DSP可以方便地读取，MAX125采用双极性供电，输入电压范围为±5V，转换器的最高输入过电压高达±17V，而且某个通道的损坏不会影响整个电路的正常工作，表1给出MAX125的工作模式，MAX125较好地满足了精度要求，通过合理的控制电路设计，该数据采集通道能较好地满足系统的实时性要求，图1示出MAX125的内部结构。图2为MAX125的工作时序，每个CONVST脉冲启动1－4个T/H转换，MAX125初始化后，设置工作模式为0X0002，系统利用2个MAX125的CH1A、CH2A、CH3A通道分别对三相电压和三相电流进行转换，即每个MAX125只有3个通道需要转换，每个通道的转换时间为3μs，转换三个通道需要9μs，采样速率最高为100kS/s。通过CONVST脉冲启动MAX125的转换，大约9μs后，3个通道转换完毕，产生1个中断信号，中断信号传送到可编程逻辑控制器（GAL）中，由GAL通知DSP读取采样数据，同时GAL给MAX125的RD引脚施加读脉冲，3个连续的读操作可以读取3个连续的数据，图3示出采集通道的原理框图。3、采集系统设计MAX125拥有A、B2组信号输入端，每组4个输入通道，内置4路采样保持器，在实际应用中分别采集负载电流、补偿电流、电源电流和逆变器直流侧的电容器电压。MAX125可以和DSP并行工作以减轻DSP的工作负担，MAX125的输出数据要经过电平转换后才能送到TMS320LF2407的数据线上，如果直接将MAX125的输出直接送到TMS320LF2407的数据输入引脚上，则有可能超过TMS320LF2407的引脚的耐压值（3.6V），本系统使用74AHCT245作为电平转换器，MAX125的输出DOD13接入74AHCT245锁存后进行电平转换，再进入TMS320LF2407的数据总线，74AHCT245的工作电压为3.3V，输出信号电平为3.3V，可以接受5.5V的输入信号，本设计中使用了2个74AHCT245作为电平转换单元，输入数据来自MAX125的14位数据，多余的2路输入引脚接地，输出信号接入TMS320LF2407的DO－D15引脚，2个74AHCT245控制信号由GAL发出。电路原理如图4所示。控制系统的主要指令都在定时器中完成，图5示出定时器周期中断服务程序的流程。当定时器计数器的值与定时器周期寄存器的值相等时，产生周期中断请求，中断被响应后就进入中断服务程序，确认中断源正确后，首先启动外部A/D转换器，采集负载电流、补偿电流、电容器电压，再对转换结果进行移位，求补码等必要的处理。4、结束语此电力系统电能质量监控系统的设计以TSM320LF2407A型DSP为核心，功能强大，可拓展性强。A/D转换选用14位MAX125型转换器，可以多个通道同时采集，转换精度高，实验验证信号采集模块的工作稳定可靠，已经批量投产。转载自——维库电子市场网

引言当前，许多领域越来越多地要求具有高精度A/D转换和实时处理功能。同时，市场对支持更复杂的显示和通信接口的要求也在提高，如环境监测、电表、医疗设备、便携式数据采集以及工业传感器和工业控制等。传统设计方法是应用MCU或DSP通过软件控制数据采集的A/D转换，这样必将频繁中断系统的运行，从而减弱系统的数据运算能力，数据采集的速度也将受到限制。本文采用DSP+FPGA的方案，由硬件控制A/D转换和数据存储，最大限度地提高系统的信号采集和处理能力。系统结构整个采集卡包括信号调理、数据采集、数据处理和总线接口设计。系统结构如图1所示。图1系统结构框图本文设计了具有信号衰减、增益放大和滤波等功能的信号调理电路，采用16位精度、最高采样率为500KSPS的A/D转换器AD7676；数字系统设计利用FPGA极其灵活、可编程的特点，选用Altera公司FPGA芯片EP2C8Q208，完成精度校正和逻辑时序控制；DSP采用TI公司的TMS320VC5416，使A/D转换后的数据在传输到上位机之前，进行数据整理、标记、打包以及数据预处理。数据采集卡可同时进行8通道数据采集，通道可进行衰减倍数、采样速度以及放大增益设置。同时提供模拟输出通道，用于实现波形产生和模拟驱动功能。能够进行自动校准，保证数据采集的准确性。PCI总线接口电路采用PLXTechnology公司的PCI总线接口芯片PCI9030，完成数据采集和状态、控制信号的传输。系统硬件电路设计数据采集模块设计从传感器送来的8路模拟输入信号通过多路模拟开关ADG507选择进入模拟通道，如果多通道同时采集，则采用时分复用方式，由FPGA依次控制各通道的通断。模式选择开关ADG509为四选一模拟开关，可分别选择被测模拟信号、标准参考电压值或用于通道校准的、经过DAC转换后的信号进入后级滤波衰减网络电路。送入ADC的信号要先经过低通滤波，以滤除高频噪声。滤波电路设计为二阶阻容低通滤波器，对频率高于50KHz的信号滤波。衰减电路设计为有源衰减，选用Linear公司的差分放大器LTC1992，可完成输入信号极性转换，实现单端信号转差分信号，同时通过由FPGA控制继电器选通不同的电阻网络调整衰减倍数，可实现对不同电压输入范围信号的调整，以满足AD7676的输入电压范围。信号增益可编程放大器LTC6911可通过编程设置以1、2、5步进变化的1V/V~100V/V增益倍数，数据采集过程中通过FPGA内部的比较电路自动调整增益放大器增益倍数，极大提高了对微弱信号的分辨能力。AD7676为差分信号输入，MAX6325基准源提供基准为2.5V的参考电压，采样时钟由晶振提供10MHz时钟信号经FPGA内部分频电路得到，单通道最高采样率为500KSPS。FPGA电路设计FPGA芯片也是一种特殊的ASIC芯片，属于可编程逻辑器件，它是在PAL、GAL等逻辑器件的基础上发展起来的。同以往的PAL、GAL等相比，FPGA规模比较大，适合于时序、组合等逻辑电路应用。本文选用Altera公司的FPGA芯片EP2C8Q208，完成数据采集卡的时序和地址译码电路设计。由于EP2C8Q208有36个M4KRAM，在FPGA内部设计一个16位宽度、4KB深度的FIFO，使用FIFO提高数据采集卡对多通道信号的采集存储能力。FIFO有半满、全满、空标志位，当DSP检测到半满标志位时，FIFO同时读写；全满时只读不写；空时只写不读。A/D采样控制信号由DSP通过FPGA控制；DSP对采集后的数据进行进一步处理，以提高精度，也具有传统CPU或MCU的功能，对时序、触发、DMA中断请求作出相应处理。DSP电路设计DSP采用TMS320VC5416，它是16位定点DSP，具有高度的操作灵活性和很高的运行速度，采用改善的哈佛结构（1组程序存储器总线，3组数据存储器总线，4组地址总线），具有专用硬件逻辑的CPU、片内128KB的存储器、片内外设，以及一个效率很高的指令集。DSP在系统中的作用主要是将A/D转换后的数据在传输到上位机之前，进行数据整理、标记、打包以及数据预处理。数据采集系统所有控制信号都由DSP控制FPGA逻辑电路产生。DSP外挂Flash存放DSP程序及其它配置数据，在上电时，DSP采用并行方式调入DSP内部执行。校准电路设计校准电路是本设计的重要环节，数据采集卡的高精度性能不仅取决于高分辨率的ADC，在更大程度上要依靠该数据采集卡优良的自校准和抗噪声能力来实现。校准时，DSP发出标准值，经D/A和A/D转换后，所采集的数据值与原标准值相比较，取其偏差系数组成去噪方程，以实现数据采集卡的自校准。PCI总线接口电路设计PCI总线规范十分复杂，其接口的实现比较困难。数据采集卡采用PCI9030作为用户接口，为PCI总线接口的开发提供了一种简捷的方法，只需设计简单的局部总线接口控制电路即可实现PCI总线的高速数据传输。使用Altera公司的QuartusII，使得硬件实现软件化设计，更新了传统的电路设计和调试方式，大大缩短了开发周期，特别是其设计仿真和定时分析使得设计更加可靠，确保了系统的正确性。系统软件设计驱动程序设计在Windows98/2000/XP环境下，处于Windows用户态的应用程序不能直接对硬件设备进行操作，要实现对数据采集卡的硬件资源（如内存、中断等）的访问，必须编写运行在核心态的设备驱动程序。目前，使用较多的开发工具是GUNGO公司的驱动程序开发组件WinDriver。利用WinDriver开发驱动程序，不需熟悉操作系统的内核知识。整个驱动程序中的所有函数都是工作在用户态的，通过与WinDriver的.VXD和.SYS文件交互来达到驱动硬件的目的。因为WinDriver开发环境提供了针对PLX公司芯片的存储器范围、寄存器和中断处理等模块，所以本文采用了GUNGO公司的WinDriver5.3开发工具，它支持PLX公司的PCI接口芯片，用户无需具有DDK和核心态程序开发经验，调试时可结合PLX公司的PLXmon工具。操作界面设计采用美国国家仪器公司的LabVIEW软件进行界面设计。LabVIEW是一种图形化编程语言，操作界面模拟实际仪器的控制面板，使用户能完成通道选择、模式选择、增益设定、采样率设定等功能，操作简单方便。系统指标分析ADC误差分析常用的ADC主要存在量化误差、增益误差和偏置误差。量化误差是任何ADC都存在的，仅仅能通过提高ADC分辨率来减少，为把量化误差减少为±1LSB/2，通常的方法是把变换特性偏移1LSB/2。偏移误差是指对ADC采用零伏差动输入时实际代码与理想代码之间的差异。增益误差是指从负满量程转为正满量程输入时实际斜率与理想斜率之差。偏移和增益误差通常是ADC中主要的误差源。为了进行偏移校准，本文采用0V或非常小的信号并读取输出代码。如果结果为正，那么转换器就存在正偏移误差，从结果中减去偏移值；如果结果为负，那么转换器就存在负偏移误差，可向结果加上偏移值。通过对ADC施加满量程或近于满量程的信号并测量输出代码来实现增益校准。偏移校准在增益校准之前进行。模拟开关误差分析多路开关大体上可分为两种类型，即模拟电子开关和机械触点式开关。模拟开关具有转换速度快、使用寿命长、体积小、成本低、集成度高和无抖动等优点；但也存在一些缺点，如导通电阻较大、存在道间干扰、通道间共地等。本文所设计的数据采集卡使用ADI公司的ADG507和ADG509，导通电阻Ron100~300Ω，输入信号要通过Ron分压，输出到负载电阻上的电压要下降一些。为此，本设计用OPA2277做成压级跟随器连接到后面的负载电路上，以拉高多路模拟开关的负载阻抗，削弱串联内阻的影响。精度设计数据采集卡使用了可编程增益放大器LTC6911，最大可调增益为100V/V，极大提高了采集卡对微弱信号的分辨能力。同时，信号调理部分的电阻衰减网络可完成对信号的1/2、1/4分压，扩大了数据采集卡的动态范围。信号和干扰噪声在时域混合在一起，但是在频域有不同特性，因此，预先设计滤波器对噪声信号进行抑制，避免噪声电平很高，用增益放大器接收这样的信号会导致放大器饱和，使仪器不能正常工作。电压基准源是A/D或D/A转换电路的重要部件，系统输出精度在很大程度上取决于电压基准源的精度。这里主要考虑输出精度、稳定性和温度漂移系数。MAX6325是低噪声、高精度的掩埋齐纳型基准电压源芯片，其初始输出电压精度高达0.02％，温度系数为0.5ppm/℃。结语数据采集卡采用16位精度ADC，模拟信号通道设计考虑了微弱信号检测、噪声抑制、高频滤波、差分放大电路和可编程增益放大电路，数字电路部分设计以EP2C8Q208为核心，利用FPGA的时序严格、速度较快、可编程性好等特点，将可能需要的各种控制和状态信号引入FPGA，利用FPGA的大容量和现场可编程的特性，根据不同的要求进行现场修改，增大了系统设计的成功率和灵活性。同时，DSP对数据的预处理极大地提高了数据的精度。在PCB布线时认真考虑了滤波、接地和合理的信号走线，提高了数据采集卡的可靠性。转载自——维库电子市场网

当前工业控制系统中流行的控制方式：底层设备采用RS232总线结构，而上层的管理层一般采用以太网结构。该控制方式使信号可以在企业的Intranet上及时发布和共享，还可以在Internet/Intranet的任何位置对现场智能设备进行在线控制、功能组态以及远程诊断等，实现了控制网络真正意义上的开放性和互操作性。而RS485总线是一种基于平衡发送和差分接收的串行总线，具有很强的抗共模干扰能力，在适当的波特率下传输距离很远。同时由于其硬件设计简单、控制方便、易于进行网络扩展，被广泛的应用在很多工业现场。本文所研究的嵌入式以太网适配器，就是要解决嵌入式设备网络通信的问题，方便嵌入式系统与计算机网络的通信，实现远程监控、访问及数据的传输。一、主要芯片选择及简介1、单片机AT89S52本设计中AT89S52作为核心处理器。AT89S52是Atmel公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含有8k字节的EPROM和256字节的RAM。具有ISP（在系统编程）功能。它具有灵活性高、使用方便、价格低廉等优点。因此，该芯片在嵌入式控制系统中得到了广泛应用。单片机AT89S52经过以太网传到PC机实现远程控制。利用AT89S52的ISP（在系统编程）功能，很方便地把编好的程序写到单片机中，并且调试、修改和升级很容易。由于AT89S52单片机本身提供了一组全双工串行传输口，由TXD引脚来传送串行数据，而由RXD引脚来接收数据，可是其工作逻辑电平皆为TTL电平（0V，5V）。AT89S52最小系统如图1所示。图1AT89S52最小系统2、网络控制芯片ENC624J600ENC624J600网络控制器是一款带有行业标准串行接口和并行接口的，专为嵌入式应用系统设计的独立以太网控制芯片。ENC624J600通过SPI或并行接口与单片机通信，数据传输速率为14Mbit/s（对于SPI）至160Mbit/s（对于16位的并行接口），ENC624J600主要功能特性有，自适应的选择传输速率，支持10Mbit/s或100Mbit/s；充分支持半双工或全双工交换式以太网；可编程填充和CRC生成；提供24KBA片内RAM缓冲区，用于执行发送和接手操作，主单片机还可以用它来进行常规的存储操作；支持总线8位或16位CPU访问，可编程自动拒绝错误数据包；可编程为发生冲突时自动重发。ENC624J600器件符合IEEE802.3中适用于10Base-T和100Base-TX以太网的全部规范，包括许多可选条款，例如自动协商。ENC624J600器件采用了一系列数据包过滤机制以对传入数据包进行限制。它还提供了一个16位宽的内部DMA以实现快速数据吞吐和硬件IP校验和计算支持。对于需要SSL、TLS以及其他与加密相关的协议的安全和身份验证功能的应用，提供了一个安全引擎模块。该引擎可执行RSA、Diffie-Hellman、AES、MD5和SHA-1算法计算，以缩短代码大小、加快连接的建立和吞吐，并减少固件开发的工作量。通过SPI或并行接口与单片机通信，数据传输速率为14Mbit/s（对于SPI）至160Mbit/s（对于16位解复用并行接口）。提供了专用于LED连接、活动指示以及发送/接收/DMA中断的引脚。提供了一个通用24KB片内RAM缓冲区，用于执行发送和接收操作。主单片机还可以用它来进行常规存储操作。通信协议（例如TCP）可使用此存储器保存可能需要重新发送的数据。在最终产品易于生产性方面，ENC624J600系列的每个器件都预编程了唯一的非易失性MAC地址。在大多数情况下，这使最终器件省去了串行编程步骤，图2给出了器件的一般框图。图2ENC624J600的框图3、外部数据存储器FM1808FM1808是基于铁电存储器原理制造的并行接口256Kbit铁电存储器，FM1808的主要特性如下：采用先进的铁电技术制造；存储容量为256Kbit；读写寿命为100亿次；掉电数据可保存10年；写数据无延时；存取时间为70ns；低功耗，工作电流为25mA，待机电流仅为20uA；采用单5V工作电压；工作温度范围为-40℃～+85℃；具有特别优良的防潮湿、防电击及抗震性能；与SRAM或并行EEPROM管脚兼容。二、硬件电路设计1、AT89S52与以太网控制器连接电路的设计本系统里，P0口被作为低8位地址/数据复用，当作数据线使用时用来连接NC624J600的8位数据接口。当作为地址线使用时，为了给ENC624J600提供15位地址的低8位，要采用复用技术，对地址和数据进行分离。因此P0口连接到74ls373的D0~D7，把低8位地址暂存，随后有地址锁存器的O0～O7给ENC624J600提供15位地址的低8位，而高7位由P2口通过74ls245提供，如图3所示。要使与单片机的接口具有高度的灵活性，ENC624J600器件提供了两种选择：基于串行外设接口（SPI）标准的串行接口和灵活的8/16位并行从端口接口。在任何给定时间只能使用一个接口。本课题中，AT89S52单片机和ENC624J600的连接选择PSP接口，如图3所示。要选择PSP接口，则在上电时通过INT/SPISEL引脚上的SPISEL功能由硬件选择I/O接口。要完成此操作，需在向器件供电且器件退出上电复位状态后将施加到该引脚的电平约锁存1至10μs。如果SPISEL被锁存在逻辑高电平状态，将使能串行接口。如果SPISEL被锁存在逻辑低电平状态，则使能PSP接口。图3AT89S52与以太网控制器连接电路的设计2、AT89S52和与外部扩展存储器FM1808的电路设计AT89S52与FM1808的连接与AT89S52与NC624J600的连接类似，P0口被作为低8位地址/数据复用，当作数据线使用时用来连接FM1808的8位数据。当作为地址线使用时，采用复用技术，对地址和数据进行分离，给FM1808提供15位地址的低8位，而高7位由P2口通过74ls245提供，如图4所示。图4AT89S52和与外部扩展存储器FM1808的电路设计3、电源电路设计电源模块是一块电路板最为基本的组成部分，只有稳定可靠的电源为板上芯片供电才能够保证各功能模块的正常工作，因此在电源模块的设计时首先应该初步计算电路板所有元件的功耗，然后在保证功耗的前提下选择相应的芯片进行直流电源模块设计，尽量做到体积小，重量轻；性价比合理；能长期稳定、可靠地工作。本适配器所需要的电源有3.3V。系统需要3.3V电源供电的芯片以太网控制器等。考虑到系统可能工作于高速通信模式，消耗电流会非常大，所以选用1片UC385芯片，每片UC385输出电流可达800mA，可以完全满足系统的需求。具体电路如图5所示。图5电源模块设计三、软件部分设计1、主函数上电先查询ARP，若未获取MAC，则发送ARP请求。若有新的数据，若TCP应答没有完成，则应答TCP，完成TCP三次握手。然后根据请求类型响应HTTP。2、TCP应答部分1）三次握手阶段所谓三次握手（Three-wayHandshake），是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接，并同步连接双方的序列号和确认号并交换TCP窗口大小信息。图6三次握手（Three-wayHandshake）第一次握手：客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X，保存在包头的序列号（SequenceNumber）字段里。图7第一次握手第二次握手：服务器发回确认包（ACK）应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时，将确认序号（AcknowledgementNumber）设置为客户的ISN加1以。即X+1。第三次握手，客户端再次发送确认包（ACK）SYN标志位为0，ACK标志位为1.并且把服务器发来ACK的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方。并且在数据段放写ISN的+1图9第三次握手其实在握手和结束时确认号应该是对方序列号加1，传输数据时则是对方序列号加上对方携带应用层数据的长度。在传输TCP分包的过程中也是需要发送一分包，确认一分包的，而TCP确认包只有54字节，就是只有头部信息。因此在传输TCP分包序列号一直不变，确认号按发送数据的长度递增即可。3、HTTP1）请求连接成功建立后，开始向web服务器发送请求，这个请求一般是GET或POST命令（POST用于FORM参数的传递）。GET命令的格式为：GET路径/文件名HTTP/1.0文件名指出所访问的文件，HTTP/1.0指出Web浏览器使用的HTTP版本。现在可以发送GET命令：GET/mytest/index.htmlHTTP/1.0，2）应答web服务器收到这个请求，进行处理。从它的文档空间中搜索子目录mytest的文件index.html。如果找到该文件，Web服务器把该文件内容传送给相应的Web浏览器。为了告知浏览器，Web服务器首先传送一些HTTP头信息，然后传送具体内容（即HTTP体信息），HTTP头信息和HTTP体信息之间用一个空行分开。常用的HTTP头信息有：①HTTP1.0200OK这是Web服务器应答的第一行，列出服务器正在运行的HTTP版本号和应答代码。代码“200OK”表示请求完成。②MIME_Version:1.0它指示MIME类型的版本。③content_type：类型这个头信息非常重要，它指示HTTP体信息的MIME类型。如：content_type:text/html指示传送的数据是HTML文档。④content_length：长度值它指示HTTP体信息的长度（字节）。3）关闭连接当应答结束后，Web浏览器与Web服务器必须断开，以保证其它Web浏览器能够与Web服务器建立连接。4、提交表单GET/POSTGET请求的数据会附在URL之后（就是把数据放置在HTTP协议头中），以？分割URL和传输数据，参数之间以&相连，如：login.acTIon？name=hyddd&password=idontknow&verify=%E4%BD%A0%E5%A5%BD。如果数据是英文字母/数字，原样发送，如果是空格，转换为+，如果是中文/其他字符，则直接把字符串用BASE64加密，得出如：%E4%BD%A0%E5%A5%BD，其中％XX中的XX为该符号以16进制表示的ASCII。POST把提交的数据则放置在是HTTP包的包体中。在FORM（表单）中，Method默认为“GET”。本文中登录时提交表单数据采用的是POST方式，而提交控制信息表单时用的是GET。以下是用抓包的方式明显看出他们的不同之处。图10POST方式图11GET方式图12GET方式是提交的数据直接放在URL中了5、总体软件设计AT89S52单片机首先对ENC624J600进行初始化，首先应查询ESTAT寄存器的CLKRDY位，确保在配置MAC和PHY寄存器前有足够的延时；PHY寄存器用来设置通信模式；编程ERXST和ERXND指针对接收缓冲器进行初始化，当编程ERXST指针时，相同的值会自动更新ERXWRPT寄存器，接收硬件将从ERXWRPT中的地址开始写入已收到的数据，为跟踪接收的数据，ERXRDPT寄存器也需要用相同的值编程；为了能最大限度地降低主控制器的处理工作量，ENC624J600配备了不同的过滤器，可自动拒绝不需要的数据包，所有的过滤器都由ERXFCON寄存器进行配置，可以使用ANDOR位对几个过滤器的测试结果作逻辑/与0或逻辑/或0运算；由于未被用作接收缓冲器的存储空间都作为发送缓冲器，所以不需要对发送缓冲器进行特定的初始化，通常将存储空间分配为大的接收缓冲器空间和较小的接收存储空间。在初始化完成后，即进入主循环程序，单片机将反复检测ENC624J600是否接收到以太网帧（或者数据缓冲区B中有数据需要发送），当有数据接收（或者发送）时则根据标志位进行相应的子函数处理，将数据存入数据缓冲区（或者发送至以太网上）。主程序流程如图13所示。转载自——维库电子市场网

引言随钻测井LWD（LoggingWhiIeDrilling）技术是将测井仪器安装在靠近钻头的部位，在地层刚钻开后就测量地层各种信息的一种测井方法。它通过测量地层倾角和方位、钻头方向、钻压、扭矩等，进行钻井定向控制，测量地层的电阻率、自然电位、自然伽马、密度／中子、核磁、声波时差等。LWD在钻井的过程中测量地层岩石物理参数，并用数据遥测系统将测量结果实时送到地面进行处理，形成地层评价。由于当前数据传输技术的限制，大量的数据仍存储在井下仪器的存储器中，起钻后回放。其测量结果克服了井眼扩径、泥浆入侵等一系列环境条件的影响。随钻测井可实时提供地层和井深信息，对地层做出快速评价，优化井眼轨迹和地质目标，指导钻进。特别是在疑难井、大斜度井、水平井中，它显示出比电缆测井更为重要的作用。LWD系统主要由2部分组成：地面系统和井下系统。如图1所示。地面系统包括：上位机PC、接口卡、专用电缆、增效箱以及其他附属配件。其中主机装有LWD系统专用地质导向钻井配套软件Insite。井下系统包括：总线控制器（HCIM）、随钻自然伽马测量仪（DGR）、随钻电阻率测量仪（EWR）、随钻中子传感器（CNP）、随钻岩石密度传感器（SLD）、工具串振动传感器（DDS）、探管（PCD）。由此可见，LWD井下系统有大量传感器对不同参数进行测量，耗电量非常大。由于每次钻井设备下井都要耗费大量人力物力，而且一旦下井，钻井设备会在地下持续长时间工作，而且钻井深度可达几千米，只能通过安装在钻头附近的电池供电。随钻测井系统的供电由2组锂电池（3．6V）并联组成，每组6节串联，构成21V直流电源。电池储能是有一定限制的。例如渤海油田的B20井就是应用LWD技术，测量井段为2102～3073km，连续工作5天。其他应用LWD钻井技术的石油井也是如此，有些LWD传感器甚至要连续在井下工作半个月之久。因此降低系统功耗就是随钻测井系统设计时需要考虑的一个十分重要的问题。1、低功耗电路设计的基本原则对于典型系统而言，其功耗大致满足：P=C×V2×f。C是电容负载，V是电源电压，f是开关频率。功耗与工作电压的平方成正比，因此工作电压对系统的功耗影响最大，其次是工作频率。电容负载也会有一些影响，但电容负载对设计人员而言一般是不可控的。因此设计低功耗系统，应该考虑在不影响系统性能前提下，尽可能地降低工作电压和使用低频率的时钟。对于随钻测井系统，由于传感器在地下几千米工作，温度极高，工作空间狭小，在设计上就提出了其他一些挑战。在高温下，电容等器件的性能会减半，因此在进行器件选型时，这些因素都考虑其中。另外，动态功耗管理也是降低功耗的有效途径。动态功耗管理是当前最重要的系统功耗优化技术之一。它根据系统各模块性能，动态地配置系统，使系统中各功能模块处于满足性能需求所需的最低功耗状态，从而实现节省功耗的目的。2、基于MC9S12Q128的低功耗系统设计MC9S12系列单片机是以CPU12内核为核心的16位单片机，简称S12系列。典型的S12总线速度为8MHz，最高可达25MHz。其I／O和CPU可以运行在不同的时钟下。CPU功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制。MC9S12Q128外部采用5V电压供电，正常运行时最大电流为5mA，低功耗模式下不到1mA，为设计低功耗系统提供了有利的条件。2．1电源对于MC9S12Q128而言，它的外部供电电压是5V，I／O端口也是按5V供电的逻辑电平设计的，这样可以在使用时接口电路直接与TTL标准电平的器件连接。这些接口电路应该也是低功耗的，否则会造成一方面使用低电压降低了功耗，另一个方面使用额外的接口电路又增加了系统的功耗。芯片内部用2．5V供电，低电压供电保证了芯片的低功耗。芯片内部5V到2．5V通过内部电压调整模块自行进行转换。由于传感器系统是由电池供电，实际电池具有以下非线性特性：①输出电压在放电过程中逐渐下降，低于某个阈值电压时，电池耗尽而停止工作；②电池的有效能量与放电电流情况有关；③电池具有自恢复效应，即电池在非供电时期可以回收部分电荷，从而增加了其有效量。根据电池的以上特性，提出了根据电池状态调度任务的策略；对多电池驱动的设备，提出了以下各种电池调度和管理技术：◆静态调度。按照一定的次序轮流使用各个电池，每个电池工作的时间固定。◆动态调度。通过检测电池的输出电压或放电电流，确定电池的状态，从而决定各电池间的切换时间和顺序。2．2时钟频率从低功耗的角度看，需要较低的频率；但是在实时应用中为了快速响应外部事件，又需要比较快的系统时钟。MC9S12Q128内部总线速率最高可达25MHz，即40ns的最小指令周期。MC9S12Q128内部集成了完整的节能振荡电路。如果外接振荡电路，需要配置时钟合成寄存器（SYNR）和时钟分频寄存器（REFDV）。靠锁相环产生的时钟频率由下面的公式得到：PLLCLK=2×OSCCLK×（SYNR+1）／（REFDV+1）其中OSCCLK为外部晶振频率。经测试，应用锁相环电路时，在21V电压供电情况下，电流会增大5mA左右。本设计选用16MHz的外部晶振，总线频率为默认的8MHz。在保证不影响系统性能的前提下，减少系统功耗。2．3低功耗软件控制MC9S12Q128的工作模式通过模块的智能化运行管理和CPU的状态组合，以先进的方式支持超低功耗的各种要求。MC9S12Q128支持3种低功耗模式——停止模式、伪停止模式和等待模式。CPU条件码寄存器CCR中的S位是STOP指令禁止位，如果要进入STOP模式，该位应置0。停止模式：当CLKSEL寄存器中的PSTP=0时，CPU执行STOP指令，停止所有的时钟和晶振，从而使芯片进入完全静态模式。从这一模式唤醒CPU可以通过复位或外部中断。伪停止模式：当CLKSEL寄存器中的PSTP=1时，CPU执行STOP指令进入伪停止模式。在这种模式下实时时钟中断和看门狗模块仍然在工作，其他的外设被关闭。这种模式消耗的电流比停止模式要大，但是缩短了唤醒CPU所需要的时间。等待模式：CPU执行WAI指令后进入等待模式。在这种模式下，CPU不执行指令，内部的数据总线和地址总线都被关闭，所有的外设都处于激活的状态。2．4外设低功耗管理随钻测井系统传感器主要包括CPU及外围电路、电源、UART通信、RTC、电压电流及温度传感器、Flash存储、总线通信部分和总线接口部分。其中耗电较多的是Flash模块、电压、电流及温度测量模块、RTC及通信电路。有些模块在一些时期是不需要工作的，因此可以动态电源管理，达到节约功耗的目的。应用增强型P沟道MOS开关管VP0300L进行以上模块的供电控制，在无需供电的情况下切断模块的供电，达到节能的效果。在关闭每个模块的供电前先关闭该模块与MCU相应的通信总线，避免损坏接口。Flash模块：在不读写存储器时可以关闭存储器的电源节约功耗。在读写的时候同时由MCU相应I／O口送出高电平，闭合开关。读写完成后可以断开开关。Flash约1分钟读写1次。SW_FL连接到Q128的I／O，当SW_FL置高时，SW_FL端电压不小于VCC，开关管断开，停止供电。当SW_FL置低时，SW_FL端电压小于VCC，开关管导通。温度、电压、电流、电量监测模块：3个检测模块每1分钟采集1次。3个模块应用1个开关，在检测时闭合开关，给3个传感器供电，使其工作。采集结束，断开开关，降低功耗。时间管理模块与1553通信模块：当总线无信号时，MCU断开2个模块的电源，降低功耗。当总线有信号时，MCU先被唤醒，然后通过MOS开关闭合开关，给2个模块供电。2个模块共用1个开关。2．5系统低功耗控制流程系统低功耗控制流程如图2所示。结语MC9S12Q128以其卓越的性能和极低功耗的特点，使开发人员有很大的余地来设计出高性能的低功耗系统。实践证明，使用MC9S12Q128为核心构成的随钻测井系统，其电池的使用寿命已经与进口系统相差不大。进口随钻测井设备一般在井下工作时间为300小时。经现场测试，自主研发的基于MC9S12Q128的随钻测井设备可以在井下持续工作200多小时，完全可以满足各种水平井对传感器的功耗要求。可以预见，在不久的将来国产随钻系统的功耗将越来越低，达到国际水平。转载自——维库电子市场网

机器人应用需要对驱动许多机器接合点的电机进行精确控制。控制系统需要了解各种机器臂和执行器的定位位置，以确保运行安全、可靠。要做到高效，还需更深入地实时了解电机壳内的转子运动情况。图1：电机控制信号链。如没有转子角度的信息（易于在高负载下滑动），电子装置控制器可能会提供太多电流，而这些电流只是通过发热浪费掉了。为了感测位置和转子状态，控制算法的一个重要变量是电机绕组的电流水平。从概念上讲，这是一个易于监控的低成本变量，因为它只涉及提供一个从电机到控制电路的链路。但是，确保信号尽可能准确需要考虑许多因素。误差会导致无法准确检测位置并增加不必要的能耗。电机控制中最常用的电流传感器是分流电阻器、霍尔效应传感器和电流互感器。后两个装置提供隔离功能，尽管会增加整体成本，但在处理高功率时非常重要。分流电阻器电路一般限于测量50A或以下的电流，但其优势是具有传感器类型器件中线性度最高的响应能力，以及更低的低成本。这些器件还适合AC和DC测量。通过将分流电阻器与三角积分调制器耦合，可以实现准确灵敏的结果。三角积分采样与滤波技术有助于抑制瞬态噪声影响，并可以很好地支持12位以上的分辨率。TexasInstruments的ADS1203即是一种专用于包括电机控制在内的仪表应用的三角积分调制器。此器件是一个单通道、二阶三角积分调制器，专用于DC至39kHz频率范围内的高分辨率模数转换。此转换器的输出是一连串数字1和0，其时间平均值与模拟输入电压成比例。使用滤波三角积分调制器信号的一个关键优势是，可将量化噪声源与瞬态噪声源转换至高频率，使其更易于通过低通滤波器滤除。图2：典型三角积分型比特流对模拟输入电平变化的响应。通过使用调制器代替完整的模数转换器，设计师可以调整数字滤波性能，从而最好地满足电机控制的要求。其中包括，与向电机本身供电的H桥电路中的晶体管开关事件保持严格同步。滤波器本身可使用数字信号处理器(DSP)、微控制器或现场可编程门阵列(FPGA)来实施，具体取决于成本和性能目标。通过使用定制滤波器，可以较好地在瞬态响应与最终采样分辨率之间进行取舍。较高的过采样率可带来更高的准确度，但会造成数值更新率较低-降低过采样会减小分辨率，但会提供较高的刷新率。图3：二阶三角积分调制器块。就数据处理而言，有一个与传统逐次逼近(SAR)模数转换器的对照。通过利用SAR转换器，可在采样保持电路的协助下执行采样，这让系统设计师可以严格控制采样时刻的定时。另一方面，三角积分转换采用持续采样流程，因此采样值没有已定义的触发时刻。反之，此时间点的采样值是一系列1位采样值的加权平均值，这一系列采样值可能跨越此采样值代表的这一时间点的值。对1位比特流进行滤波并抽取至较低速率的多比特流采样值，可以在两个不同阶段完成，一种很常见的方法是使用可在一个阶段执行这两个任务的SINC滤波器。三阶通常称为sinc3，是目前这些应用最普遍的选择。滤波器在很大程度上是一个采样值窗口的加权总和，该加权总和会给予序列中心的采样值更多权重；而给予序列开始和结束处的采样值较少权重。鉴于测量电流中功率晶体管开关分量的影响，需要考虑这一效应，否则反馈算法将受到混叠等方面的影响。sinc3滤波器的脉冲响应与先于中心采样值的采样值贡献度对称，且中心采样值与其后面的采样值相同。电流的开关分量也沿平均电流点对称：以使开关分量总和为零。如果采样窗口中心与用于驱动H桥的PWM同步脉冲对齐，则允许在不混叠的情况下测量相电流，但在从滤波器读取数据时需要注意确保正确对齐采样值。滤波会强加一个延迟，以便PWM同步脉冲时滤波器的采样值输出将来自以前的多个时段。相比基于SAR的电流测量，这在软件程序安排中影响很大。在SAR情况下，PWM同步脉冲可触发模数转换器执行一系列转换。当为控制环路准备好数据时，系统会产生中断并开始执行控制环路。通过利用三角积分调制器和滤波器，这些采样值将连续生成，但相电流测量的重要采样值将在固定延迟后准备就绪。应使用定时器或计数器应在出现PWM同步信号时生成中断。采样值计数方面的延迟实际上是sinc3脉冲响应的一半。图4：sinc3滤波器的脉冲响应。在典型的控制系统中，PWM定时器的零阶保持效应远超脉冲响应的一半，因此SINC滤波器不会严重影响环路定时。通过利用三角积分调制器和定制滤波器，用户可以自由切换SINC滤波器延迟以获得采样值分辨率。这一灵活性在设计电机控制算法时是一大优势。通常算法的某些部分对延迟敏感，但对反馈的准确度不太敏感。算法的其他部分与较低动态结合使用，并受益于准确度，但对延迟不太敏感。图5：定时捕获sync信号。考虑一个比例积分控制器(PI)算法。P部分和I元件可采用相同的反馈信号。但是，可以分离P路径和I路径，并将反馈信号与不同类型的滤波功能结合使用。在PI控制器中，P元件主要用于抑制负载和速度的快速变化效应。因此，它需要能对信号电平的快速变化做出响应。I元件专注于稳态性能，更侧重于测量准确度。因此，P元件可受益于低分辨率、快速更新率的电流反馈信号，意味着sinc3滤波器的过采样和抽取率较低。I元件将受益于较高的过采样率，并可承受所产生的更新率下降。需要更加注意的是，在处理较大负载的系统中使用三角积分调制器时，另一个需要考虑的因素是隔离。一个选择是，只使用隔离放大器并为模数转换采用一个非隔离式调制器，或在调制器的输出与用于数字滤波的器件输入之间放置一个光耦合器。另外，也可选择隔离式三角积分调制器。通过利用隔离式调制器，可以免除模拟过电流保护电路，因为数字滤波器还可采用可消除过电流效应的配置。AD7403由AnalogDevices提供，便是这样一个例子。通过实施二阶调制器，此器件允许灵活选择分流器规格，并提供14位以上的有效位数以及20MHz的输出流速率。通过利用适当的数字滤波器，此器件可以78100次采样/秒实现88dB的信噪比。此隔离方案使用该公司的iCoupler技术，公司声明该方案超过了典型光耦合器排列结构的性能。由于加入隔离等功能，以及越来越多微控制器和可编程逻辑器件的滤波性能在增强，设计师可以继续为机器人应用优化电机控制。转载自——维库电子市场网