在现代控制系统中，角度测量装置是非常关键的需要高精度的部件，其测量精度直接影响着整个系统的性能和精度。例如施工升降机上有角度测控机构来控制起降；火箭炮瞄准系统中都有大量的角度传感器，实时检测炮塔偏转角度，以便对火箭炮瞄准进行调整。目前已有的利用的加速度传感器实现高精度角度测量的研究，主要侧重于单轴的角度测量。本文将重点讨论利用双轴加速传感器ADXL202实现高精度角度测量的软硬件方法。1角度测量仪系统硬件方案设计本角度测量仪采用STM32F107作为数据处理的核心芯片。这是一款低功耗、高速度的32位处理器，拥有Cortex-M3内核。角度测量模块使用的是高精度、低功耗的双轴加速度传感器ADXL202,能将加速度信号转换成数字方波信号输出，可直接与STM32F107连接，通过一定的算法即可计算出当前的倾斜角度。显示模块使用的是12864ZW型128×64的点阵液晶显示器，图1所示为角度测量仪硬件结构框图。图1角度测量仪硬件结构框图2角度测量模块角度测量模块使用的是ADI公司出品的低成本、低功耗、高精度的双轴加速度传感器ADXL202,其测量范围为-2g~+2g，既能测量动态加速度，又能测量静态加速度。它的工作电压是3.0~5.25V，工作电流低于0.6mA，最高主频可达到70MHz，所以从功耗、灵敏度和精确度考虑，选择ADXL202作为角度测量模块的核心芯片。图2是它的功能结构框图。图2ADXL202的功能结构框图由图2可知，ADXL202是基于单片集成电路的完善的双轴加速度测量系统，对X、Y轴而言，输出环路将加速度信号转换为脉宽占空比的数字信号输出，这些数字信号可直接传输给STM32F107，无需A/D转换或其他附加的其他电路。ADXL202由振荡器、X和Y轴传感器、相位解调器和脉宽占空比解调器组成，它的功能实现过程是，X、Y轴传感器受到加速度力后输出振幅变化的方波，输出方波的振幅与加速度成正比。相位解调器能够对输出的方波信号进行修正并提取信息，然后判断加速度方向。相位解调器的输出会经过一个低通滤波电路，可以通过改变滤波电容的大小来设置输出信号的带宽。经过低通滤波的模拟信号进入DCM，被转换为脉宽占空比信号输出。2.1角度测量模块硬件电路设计为保证ADXL202高精度稳定的工作，需要根据芯片技术文档和实际使用情况，来配置信号周期、滤波电容（决定信号的带宽）。ADXL202的输出信号是脉宽占空比调制信号，占空比T1/T2与被测加速度成正比。0g时，其输出为50%占空比，灵敏度为每g所引起的脉宽占空比变化12.5%。查阅芯片的技术文档，可以通过电阻RSET来设定DCM的周期：T2=RSET/125MΩ（1）在X、Y方向上的加速度分量值可由下式计算：A（g）=（T1/T2-0.5）/12.5%（2）表1是芯片的技术文档提供的RSET和T2配置表。我们选择125kΩ的RSET，将周期T2设定为1ms。ADXL202通过XFILT、YFILT外接电容CX、CY来设定ADXL202的带宽，这个带宽决定了它的测量精度，同时电容CX、CY可以去混叠和滤波。为了使脉宽占空比的误差最小，模拟带宽应比脉宽占空比的频率低1/10。对技术文档提供的表2进行分析，并考虑设定T2为1ms，脉冲占空比频率为1kHz，为满足实际需要和DCM误差最小的要求，选择0.05μF的滤波电容，此时模拟带宽为100Hz。引脚连接的规范：13、14是两个电压输入引脚VDD，直接与5V电源连接，同时连接退耦电容CDC，推荐使用0.1μF；4、7是两个接地引脚COM,直接接地；2脚VTP保持开路，不与其他任何引脚相连；3脚ST是自检输入端，当接VDD时能检查加速度计的功能，平时该引脚开路，也可与COM相连。引脚配置如图3所示。图3ADXL202引脚配置根据芯片的引脚配置图和以上的各类配置，可以设计角度检测模块的硬件电路，其电路原理如图4所示，其脉冲输出端直接与STM32F107的I/O口相连。图4角度采集原理图2.2ADXL202测角度工作原理ADXL202水平放置时的倾角如图5所示。ADXL202水平放置时，沿X轴和Y轴方向的加速度分量大小与重力的关系为：AX=g·sin（α），AY=g·sin（β）（3）式中，AX、AY分别代表加速度计的两个轴上的分量输出，g是以重力作为参考的加速度值，而α、β是倾斜角度。由反正弦函数即可以得到倾斜角度为：α=sin-1（AX/g），β=sin-1（AY/g）（4）图5ADXL202水平放置时的倾角ADXL202垂直放置时的倾角如图6所示。图6ADXL202垂直放置时的倾角加速度传感器在竖直初始位置时，沿X轴和Y轴方向的加速度分量大小与重力的关系为：γ=sin-1（AX/g），δ=sin-1（AY/g）（5）此角度测量仪的工作原理是：ADXL202将加速度信号转换为脉宽占空比输出，STM32F107接收这个数字脉冲信号，利用STM32F107的输入捕获功能来测量脉冲信号的高电平脉宽。然后，计算出高电平脉宽的准确时间T1，由式（2）得到X、Y方向上的加速度分量A（g）。最后，由式（4）（5）分别求出芯片在水平状态或垂直状态下的倾角。3数据处理模块STM32F107采用的是ARMCortex-M3内核，工作电压为3.3V，时钟频率达到72MHz.该芯片系统资源和外围接口丰富，内部集成专用时钟、复位以及电源管理模块，支持多种工作模式。由于STM32F107芯片的性能、成本和功耗方面的特点，选择它作为数据处理模块。更重要的是STM32F107的定时器除了TIM6和TIM7，都有输入捕获功能。3.1输入捕获功能应用于角度测量的工作原理以TIM2定时器实现输入捕获功能为例。TIM2有4个独立通道，通过检测TIM2_CH1通道上的边沿信号，在边沿信号发生跳变（比如上升沿/下降沿）的时候，将当前定时器的值存放到TIM2_CH1的捕获/比较寄存器里面，完成一次捕获。这就是STM32F107所具有的输入捕获功能。将ADXL202的Xout、Yout引脚输出接到STM32F107的34、35引脚（PA0、PA1）上，由STM32F107的原理图可知，34、35引脚控制TIM2_CH1和TIM2_CH2两个通道。用TIM2_CH1来捕获Xout的数字方波信号的高电平脉冲，首先配置此通道的输入捕获为上升沿检测。当检测到上升沿时，进入中断将计数器清零重新开始计数，并配置通道的输入捕获为下降沿捕获；当检测到下降沿时，进入中断读取计数器的值，由计数值和计数频率可得到高电平的脉宽，即T1.然后通过以下两个公式：A（g）=（T1/T2-0.5）/12.5%（6）α=sin-1（Ax/g），β=sin-1（AY/g）（7）计算得出当前的倾角，之后将结果传输给液晶显示屏显示结果。式中T2=1ms。此处仅讨论芯片水平放置时的情况，当芯片垂直放置时，用式（5）即可。3.2采集和处理数据的方法ADXL202有两路输出信号Xout、Yout，而且它们是同时工作的，而STM32F107是顺序处理器，一个时间点上只能处理一路信号。我们采用分时复用的方法解决，以1s为时间点，在这1s内，STM32F107只采集处理一条通道内的信号和数据，到下一秒时就采集处理另一条通道上的信号和数据。还应该注意一个问题，计数器在检测到上升沿时开始计数，等下降沿到来停止计数的时间内，脉宽过长时计数器会发生溢出，所以必须记录下溢出次数。在最后计算计数器的值时，将溢出次数乘以计数器的宽度加上当前计数器的值，即为总的计数值。

光伏逆变器厂商通常会向用户提供额定功率、效率曲线、功率因数等性能参数，这些可为光伏电站的工程规划和基础建设提供必要的基础参数。然而，在光伏电站建成投运后，仍需监测并分析光伏电站各项运行数据，如有功/无功功率、并网电能质量、瞬时转换效率等，从而能对系统进行实时故障诊断、运行调度和能量管理。国内外知名的光伏逆变器厂商通常会提供其自有的监控系统解决方案，但这些系统主要是配合自家产品，其对外数据接口往往是封闭的，对于状态参数、采集速率、分析功能等难于灵活设置和扩展。为此，另外较常使用的方法是将多通道示波器、高精度功率分析仪、电能质量分析仪等专用仪器仪表组合，构成专用的监测系统。然而，此方案的不足在于：仪器功能单一、投资成本高，可扩展能力不强；设备操作繁琐、实时处理和管理能力较差，且测试数据难以存储，不便于进行后续的处理分析。鉴于常规监测方案及传统仪器仪表的诸多不足和限制，目前的测试和监测系统已逐渐引入了虚拟仪器（VirtualInstrument-VI）技术。VI的核心思想是“软件就是仪器”，它将仪器分为计算机、仪器硬件和应用软件三部分。VI通过标准的数字（RS232、USB、PCI、VXI等等）接口将各种测量硬件或板卡连接到计算机平台上，从而使计算机及测量仪器等硬件资源与计算机软件资源（如数据处理、分析、控制、存储、显示等）有机结合起来，用虚拟的计算机“软面板”代替传统仪器的“硬面板”。当然，VI的内涵绝不仅仅是两个面板的替换，这是一场革命，在VI系统中，硬件仅仅负责信号的输入输出，而系统的开发、功能的提升，在很大层度上都要依靠软件，软件成为整个仪器的关键。LabVIEW是由美国NI公司创立的一个功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具，它是一种图形化的编程语言（G语言），还提供了大量的虚拟仪器和丰富的函数库来帮助编程。本文基于VI技术开发了适用于功率15kW以下的单相光伏逆变器实时性能监测系统，其对于评估光伏发电系统性能、诊断系统故障具有非常重要的作用。该监测系统的底层硬件主要采用高速多功能数据采集卡、霍尔传感器及环境传感器相结合对测试过程中的各种电气参量和过程参量进行检测和转换；而上层测控系统则基于工业控制计算机硬件，其中运行NI公司LabVIEW环境中编制的光伏逆变器虚拟仪器测控软件。此测试系统可以实现光伏逆变器测试过程中各种复杂的信号分析与显示功能，并且扩展能力强。测试及使用效果表明，该系统能够满足光伏逆变器性能分析与实验的要求。1系统结构与硬件设计1.1系统构成典型的光伏并网逆变器，主要是太阳能光伏阵列，其输出经DC/DC变换器进行最大功率跟踪（MPPT），然后经DC/AC变换器将能量输送到电网。其中DC/DC环节和DC/AC环节组成了两级式的光伏逆变器，整个系统结构如图1所示。图1中，待测量电气参量主要有逆变器输入侧（即光伏阵列输出）的直流电压VPV和电流IPV，还有输出侧的交流电压VAV以及电流IAV。另外，还可以从逆变器中测量直流母线的电压VDV以及电流IDV，用于评估逆变器前后级的效率。对于光伏阵列，需要测量其斜面辐照度以及工作温度，从而可以实时分析其输出特性曲线。采集得到的数据经过信号调理电路后通过数据采集卡输送到上位机软件中进行下一步的分析和处理。图1系统结构框图1.2硬件设计与选型为了对各种电气参量进行监测，根据应用需要，设计了以传感器、信号调理电路、采集卡为核心的硬件采集系统。（1）传感器与变送器测量的电压主要有直流电压与电网电压，电压传感器选择宇波CHV-25P/400模块，由于功率等级在15kW，因此电流传感器选择CHB-50A模块。两种传感器的精度均为1%，线性度为0.1%。组件温度测量用T型热电偶变送器，输出信号为电流值，使用精密采样电阻将其转换为电压信号，其测量范围-50℃~100℃，精度为1℃。辐照度测量使用TBQ-2传感器及变送器，范围0~2000W/m2，精度为5%，与热电偶一样也需要采样电阻进行信号变换。（2）信号调理与采集采集卡选择研华PCI-1742型多功能采集卡，其拥有16bit采样精度，单通道最大1Ms/s、多通道800ks/s的采集速率，32路单端或16路双端模拟输入，输入电压范围为-10V~10V。由于采集卡具有较高的采样频率，并且在实际应用中需要分析并网电流的高次谐波，信号调理电路采用了截止频率50kHz的二阶无源滤波器。为了抑制共模信号的影响，采集卡的输入选择双端差分输入的形式。2软件结构与实现LabVIEW上位机所需完成的主要工作是对数据显示、分析与存储，开发中采用了LabVIEW的显示控件及报表生成工具包，其转换效率和电能质量分析是程序最主要的计算部分。软件的基本结构如图2所示。2.1软件模式选择本监测系统需要分析逆变器并网点处的电能质只有采样频率至少是被采样信号最高频率的2倍以上的时候，被采样信号频率才能被真实还原，通常为了更加精确，选5~10倍左右。同时，软件还需要兼顾被采集信号的分析、显示与存储。因此最终选择将数据采集和处理同步进行的并行软件结构。图2监测系统软件结构LabVIEW具有多种程序并行处理的实现方式，这里考虑主/从模式和生产者/消费者模式。其中所不同的是生产者/消费者模式多出了一个FIFO的机制，主要是避免在使用主/从模式时读取数据率小于写入数据时会发生的数据丢失。采用FIFO可以作为数据的缓存，根据实际情况在两种模式之间进行选择。由于采集频率较高，而CPU同时需要参与数据的处理过程，因此不能让CPU响应每次的采集，所以选择DMA（直接内存存取）方式。在这种方式下的CPU不会参与到每次的采集过程中，而会直接将采集的数据写到内存中，仅当数据存储到一定数量的时候才会向CPU发出中断申请，这样可以大幅度降低CPU负担，能更加及时得处理其它程序部分。研华PCI-1742型采集卡内部有DMA处理器，软件实现时，首先创建一个FIFO空间，其大小为设定一次采集点数的两倍。将整个FIFO分成两块，分别定为1#和2#，当1#空间才满时，给从循环发送信号，当从循环取出1#空间的数据时，数据采集的结果放在2#空间，然后反过来。若保证数据分析的时间小于一次采集的时间，则不会发生数据的丢失。采集的数据都是首先存在缓存中的，然后在每次发送FIFO半满或者全满信号的时候才会传到LabVIEW主程序中。因此，基于以上考虑，最后选择的是主/从模式的基本结构。基本框架如图3所示。图3主从模式基本框架2.2信号采集模块为了保证采集数据的连续性及程序运行的可靠性，采集部分的程序的运行时间需较为精确，不至于产生时间上的累计误差。循环时间间隔定为1s。同时，为了所得数据的连续性，不能在循环体内使用延时。因此为了保证循环体能够按照精确时间间隔进行循环，在循环体内只保留采集的部分，将所有的设置移到循环体外。同时需要注意由于采集卡硬件的原因，采样频率并不能随便选取，需要设定能被10M所整除的采样频率，不然所设定的采样频率和真实的采样频率会有偏差，造成时间上的偏差。主循环体内程序如图4所示。主要的设置已经放置在循环外，在图中未显示。这款采集卡使用的通信方式为事件，即当FIFO为半满或全满的时候向CPU发送事件，CPU响应之后取出FIFO的数据，然后开始下一轮的采集。图4采集部分程序最终运行结果显示，在较长时间里，主循环都能精确保证1000ms的循环间隔。2.3数据分析模块逆变器输出的波形质量是对光伏逆变器性能评估的一个重要组成部分。对于光伏并网逆变器，输出的波形质量需要满足一定的并网标准。由于输出的电压是电网电压，所以主要关注的是输出并网电流的一些特性还有逆变器的效率。首先是对并网电流的谐波分析。采用的方式一般为快速傅里叶变换（FFT）。FFT变换是DFT（离散傅里叶）变换的快速算法。DFT的公式为：式中x（n）是采样值；N是采样点数。使用FFT变换的时候有三种固有的效应会造成结果产生误差，分别是频谱混叠、栅栏与泄露效应。频谱混叠主要是因为采样频率太低，被采样信号的最高频率2倍大于奈奎斯特频率所产生的结果，在所得的频谱中会产生假频的成分，对于真实的信号成分造成影响，从而产生误差。在实际中，我们选择较高的采样频率，并且在信号输入部分加入了信号调理部分即抗混叠滤波器，这样可以有效减少频谱混叠带来的影响。栅栏效应产生的原因是由于得到的频谱是离散化的，并非连续的。而相邻两个频点的频率间隔如下：Δf=1/T（2）式中T为一次采集的时间。对于我们所选取的1s,则相邻两个频点间

节能环保已成为今天电源解决方案的发展主旋律。电源系统正面临前所未有的挑战：环境的恶化迫使人们不得不考虑采用更加清洁的替代能源；电子设备的发展也亟需提升现有电源系统的转换效率。通过提高电源系统转换效率，优化不同负载条件下的功耗以及采用新型绿色能源，可实现节能环保的目标。空间受限的应用以及散热的挑战在高性能、大功率电源设计不断需要更多功率的同时，它们在可用电路板空间上变得越来越受到限制。此外，不管电源设计人员是否经验丰富，功率密度都给他们带来了极大的新挑战。一般情况下，这些设计需要具有高于90%的转换效率，以限制电源的功耗和温升。因此，热性能设计尤其重要，因为用于散出、由DC/DC电源转换损耗和有限的空气流动产生的热量的空间非常小。除此之外，这些电源必须有卓越的输出纹波和瞬态响应，同时还必须限制所需的外部电容以缩小电源设计的总体尺寸。以服务器为例，在此类特殊的高功率系统中，足够的散热空间和冷却是十分必要的。就任何POL转换器而言，紧凑、高效并具有低静态电流以满足这些新绿色标准的要求极为重要。此外，很多微处理器和数字信号处理器都需要内核电源和输入/输出电源，它们在启动时必须进行排序。设计工程师必须考虑在加电和断电操作时对内核和I/O电压源的上电电压进行排序，以符合制造商的性能规格要求。如果没有恰当的电源排序，就可能产生闭锁或者过大的电流，导致微处理器I/O端口或者存储器、FPGA、PLD或者数据转换器等器件的I/O端口损坏。让系统设计师烦扰的一个常见问题是应采用单级转换还是两级或者更多级转换，比方说从48V到1.xV，是一次转换，还是从48V到12V中间总线架构，然后再利用负载点（POL）转换器从12V转换到1.xV。具体采用何种架构取决于很多因素，包括根据系统类型、采用的设计方法以及其他因素来决定。然而不管采用哪种架构，电压不断下降的同时对电流有更高需求的应用，持续推动着很多这类大功率系统的开发，并推动着对于电源IC技术的不断改进。总体来说，在对电源转换效率产生最小影响的前提下允许采用更高的开关频率，还可以依靠降低开关损耗和导通损耗来提高电源效率性能。分立式电源设计是将传统的电源模块和分立元件一起放置在一块印刷电路板上，由于外形尺寸的影响而导致电气性能和热性能均受到限制。因此，关键是提供一个完全集成并提高电气和散热性能的电源解决方案，同时又能给工程师提供一个易于使用和灵活编程的紧凑型方案。Altera旗下Enpirion品牌的PowerSoC采用独特的MEMS电感集成技术和EDMOS开关管集成技术，在实现高功率密度和更高效率性能的目标上大大前进了一步。其能够满足高性能、大功率空间受限电源设计面临的巨大挑战。其实，大功率POL稳压器是空间受限电源设计的一个很好的例子。这种类型的电源在大型系统板上一般放在非常靠近微处理器、FPGA或者ASIC的地方，为这些器件提供全部所必需的功率。大型数字器件常常需要范围为几安培至100安培以上的电流。大型系统板常常需要几个这样的POL电源，因此为这些电源设计中的每一个分配空间带来了挑战。除此之外，系统板的背面常常是高度受限的，一般不适合电源设计。分立电源转换器一般会利用系统板的两面实现紧凑型设计，而传统电源模块设计由于其高度太高，将仅限于系统板正面。Altera新推出的一系列电源集成方案都实现更低的方案尺寸和器件高度，非常适合空间受限的大型功率应用，例如可提供连续输出电流30A的数字电源方案EM1130。该产品集成电感、开关MOSFET、控制器和补偿回路，整体器件尺寸只有11mm×17mm，高度仅有5mm，整个方案整体的占位面积小于360mm2，并有进一步缩小方案尺寸的潜能。图1全集成的30A数字电源EM1130以及方案占位图另外一个引人注目的用于POLDC/DC转换的IC是EC7401.该器件是一个4相同步降压型开关控制器，具有跟踪功能，用于驱动外部互补功率MOSFET。其具有MOSFETVDS检测的恒定功率，电流模式架构消除了对电流检测电阻的需求，降低了成本并提高了工作效率。让多个PowertrainET4040以异相工作，最大限度地降低了由输入电容器ESR引起的功率损耗和噪声。EC7401+ET4040方案还极大地降低了输入和输出电源上的峰值辐射和传导噪声。这使符合国际EMI标准更加容易，100%占空比能力提供了低压差工作性能。由于在一个给定机箱内的空间和冷却受限，以及需要正确的电源跟踪以改善系统可靠性等多种限制因素，用于大功率的POLDC/DC转换器的设计工程师面临很多挑战。尽管市场上产品设计周期在日益缩短，因为Altera的PowerSoC系列产品易于使用，所以可以缩短产品从开发至上市的时间，并最大程度地降低了设计难度。需要满足更严苛的电气性能电气系统节能在全球的势头正在增强，就产生和消耗而言，成本节省太具有吸引力了。迎接这一挑战的是电源管理IC供应商，他们正在采用新的设计方法，以在其产品中对数十安培负载电流实现高效率转换。同时，他们还在IC置于备用或者停机模式的同时实现更低的静态电流。设计工程师需要应对的挑战是，满足所有系统内核中不断增加的高性能DSP和ASIC电气性能要求。主要性能问题包括电压稳压、电流瞬态响应和噪声。稳压和电流瞬态响应密切相关。为了在解决方案尺寸越来越小且功耗越来越低的情况下获得更高的性能，要使用所需电压也不断降低的更小晶体管工艺来制造数字半导体。现在低于1V的内核电压要求将成为标准的电压要求。除了低压以外，对电压容差的要求也越来越高。目前常用的标准是：线路（输入电压变化）、负载（负载电流微小变化）、时间、温度和电流瞬变等造成的总电压容差不超过3%。这样，电源设计人员就只有30mV的电压空间来满足所有的数字系统要求。线路、负载、时间和温度等DC参数还要占用大约一半（15mV）的容差预算。剩余的15mV则用于处理计算或数据传输负载带来的突发电流变化（1个至3个时钟周期）。如果内核电压超过规定容差极限，那么数字IC可能会开始复位，否则就会产生逻辑错误。为了防止这一情况的发生，设计人员需要特别注意所使用的POL模块的瞬态性能。数字负载（例如最新的AlteraArria10）要求极为快速的瞬态响应和极低的电压偏离。为了达到这些目标，许多附加的输出电容器通常会被添加到DC/DC转换器中，以提供直到其反馈环路能够响应的保持时间。从而构成完整的电源解决方案。多年来，电容技术不断发展，容积效率不断提高，即便使用更高的容积效率，整个电源解决方案也会超过单个电源模块体积的两倍。这就要求占用PCB较大的空间。然而，在今天更为小型化的系统中通常不能提供这样大的空间。另外，在计入电容器成本的情况下，电源材料的整体成本也会超出电源模块成本许多。随着DC/DC电源模块技术的不断创新，系统设计人员现在可以在使用更少输出电容的同时，获得更快的瞬态响应、更小的电压偏离。Altera推出的更新版本CycloneVSoC的电源参考设计，便是一个典型的例子。这些高度集成的电源解决方案可以使得输出电容的数量减少一半（10个减为5个），极大程度地帮助用户简化了电源设计难度和成本。影响POL转换器性能的另一个决定性因素是噪声。开关式POL运行在不同频率上并共享一个共有输入总线时，由此产生的不同频率及其差异会造成拍频问题，对EMI滤波造成困难。Enpirion的EM1130模块具有Sync同步特性，该特性使得设计人员能够将多个EM1130模块的开关频率与特定频率同步，从而消除拍频，并使得EMI滤波更加轻松，而同时又不会增加任何的系统额外成本。图2降低输出电容的数量简化电源设计尺寸和成本数字电源的发展趋势10多年前，当数字电源产品第一次出现时，大多数的电源设计工程师都对利用DSP的数字电源控制器代替模拟的PWM控制器的概念持怀疑态度，因为人们容易将数字电源和软件故障或者是因为系统死机引起的电源爆炸事故联系在一起。在包含了数字通信和控制复杂的功率系统所必需的全部功能性产品面世之前，这些基本概念是通过高成本的DSP或者性能有限的FPGA得到验证的。虽然数字电源技术已被证实具有提高功率系统性能的能力，但业界还不能接受利用数字技术处理原来一直通过模拟方式完成的工作。在过去的几年间，数字电源技术取得了巨大进步，市场分析人士以及投资者对其未来增长潜力非常乐观。首先，我们要了解一下当前数字电源市场有哪些不同的解决方案，先了解清楚数字电源究竟意味着什么是很重要的。功率系统监视、监测、故障检测和数据记录是“数字电源管理”的一个重要方面，其可以通过价廉的微控制器、FPGA或者PLD实现，而时基要求比较低。不过，数字电源更具有挑战性的例子是“数字控制电源”，其中有一个或多个电源控制环路，以高速模数转换器（ADC）和微控制器、状态机或DSP控制算法为基础。根据半导体市场研究机构IMS估计，全球数字功率半导体市场将从2012年的27亿美元增长到2017年的124亿美元。服务器现在是数字电源的最大单一市场，预计2013年占到整体营业收入的33%。2012-2017年该领域的复合年度增长率将达44.8%。增长最快的数字电源应用领域将是照明，预计2012至2017年，该领域的复合年度增长率将达146%。其中来自LED照明解决方案的使用不断增长，尤其是需要满足切相调光解决方案适合采用数字电源控制来实现对不同相位调光器的兼容性。同时，笔记本与平板电脑中的PFC数字电源的复合年度增长将分别达99%和82%。主要家用电器中数字电源将增长76%，手机中数字电源将增长52%。从中可以看出，未来几年内数字电源的营收增长势头将远远超过模拟电源。迄今为止市场上出现的专用数字控制器中，大多数是隔离DC/DC和AC/DC功率因数校正（PFC），它们之所以在市场上获得更多认可的原因，主要是在于最近几年市场上蓬勃发展的智能手机/平板快速充电的需求日益提高，和更加节能绿色的LED照明替换传统照明的大势所趋。此外，市场上对非隔离DC/DC功率转换（例如电压调节模块（VRM）和POL转换器）的数字化需求也日益增加。数字PFC控制器的功能性要求与POL控制器截然不同。PFC稳压器对于负载调节精度要求较低，而且工作在更低的开关频率和更低的控制环路带宽下，容易带来量化误差以及ADC分辨率下降等设计挑战。此外，PFC控制器存在独特的设计问题，需要丰富的系统知识和经验。AC/DC电源一般需要能够降低谐波失真和开关稳压所产生噪声的电磁干扰（EMI）滤波器。数字PFC稳压器可以整合功能以降低对EMI滤波器的要求，可以使得EMI滤波器更小更高效。根据所采用的控制算法和工作模式（比如不连续传导模式、连续传导模式或者边界传导模式）的不同，模拟PFC控制器可以分为好几类。每一种PFC工作模式都有其优缺点，在不同功率级更为显着。数字PFC控制器可以被分配在任一种PFC控制模式下。不论是对PFC应用，还是POL应用，一个可以配置在许多OEM（原始设备制造商）产品平台上的控制器有助于加快开发速度，并减少需维护的元件库存，以提高更高的价值。数字电源更适合于更大功率的应用，因为这类应用需要一个或多个PFC（功率因数校正）稳压器、多个隔离和非隔离的电源轨，以及复杂的冷却温度曲线。服务器电源系统就是数字控制和电源管理在分布式电源架构中提供性能和效率优势的实例之一。随着越来越多的数字电源进入到服务器和计算功率领域，其他大功率DPA（分布式电源架构）系统（比如用于电信和数据通信的DPA系统）开始采用数字电源解决方案。POL转换器一般为低电压、大电流数字负载（如FPGA、微处理器、DSP及其他具有极高动态特性的数字电路）提供电压。保持电压在1V左右的精确调节，同时利用纯模拟控制技术来满足近200A/ns的负载瞬态要求变得越来越困难。有些数字控制器能够提供在同类模拟IC中难以实现的功能，例如非线性控制。事实上，几乎所有的POL数字控制器都包含了一些不同的旨在改善瞬态响应的控制技术。这些专用控制算法构成了传统模拟电源公司进入数字电源开发的门槛。Altera的电源事业部在去年成功收购创新电源公司Enpirion的基础上，成功于今年12月在市场上推出一系列高性能的全集成数字电源解决方案。其中，EM1130内部采用数字内核实现控制环路，可以满足极为严苛的瞬态要求，实现极低的纹波电压（5mV峰峰值），以及在输出电压范围（0.6V~1.5V）实现极高的精确稳压±0.5%。同时可以支持PMBus通信接口，可以实现远程精确的电流、电压和温度监控。不论是模拟还是数字方案，为市场应用开发的电源对于成本特别敏感。在对数字和模拟电源解决方案两者的成本进行比较时，必须从系统整体角度出发，包括设计成本、工艺开发、测试、验证、制造、库存控制、外围元器件节省以及可靠性导致的维护成本等。数字控制比模拟控制具有某些更好的性能、设计更灵活且在复杂的设计中更容易上手使用。如下总结的六个方面的性能决定了模拟电源被数字电源取代的主要原因。（1）瞬态响应：控制机制极大影响了系统的瞬态响应。例如，与电流模式相比，磁滞控制器的瞬态响应会有很大不同。每种控制模式都既有优点，也有缺点。数字解决方案能无缝地从一种模式转换到另一种模式，从而提供最优的瞬态响应。（2）效率：许多应用条件都会影响到效率，包括死区时间、开关频率、栅极驱动等级、二极管仿真和相移等。针对这些因素，当前数字控制所提供的数字控制算法在整个工作条件范围内进行了优化。因此，在某个工作点下，也许能将模拟控制器调整到很高的效率，但数字控制器却可对所有的工作点进行优化。（3）调节精度：一般来说，调节精度是根据线电压、负载和温度来定义的，因为这些条件中的每一个都会影响调节精度。数字控制器可以监视这些条件，并采取控制措施，在整个工作条件范围内进行优化。（4）稳定性：数字控制能够提供比模拟方案更好的补偿（更好地调用极点和零点），因此在稳定性上的控制要好很多。另外，补偿能够随着条件的变化而变化，使系统能在很宽范围的条件下实现最佳的稳定性。模拟控制器的补偿是固定的，而数字控制可提供可调的甚至是自适应的补偿。（5）故障响应：数字电源控制器提供了大量故障响应的选项。每种故障都有唯一的响应特性，可根据用户的需求进行调整。模拟控制器一般只有一个固定的故障响应（如断电/断续/过载），用户也只能选择用或者不用。数字控制还能提供滤波器功能，降低虚假故障的可能。（6）可靠性：减少元件数量和降低工作温度（通过效率优化）是数字电源提高系统可靠性的两个途径。此外，灵活的故障响应和探测元器件参数微小变化的能力，可以大幅减少停机时间。如今，数字电源在市场上的普及正在加快。以通信基站系统举例，如果能够监测系统参数，则可更好地管理系统性能，进而提高系统可靠性。基带单元必须具备强大的信号处理能力，以处理大量数据和语音流量。上电/断电期间，多路不同电流/电压的电源必须按照正确的顺序开启/关闭。需要对基带工作过程中的电流和温度进行监测，以确保系统工作在容限范围内，并在必要时提供报警或故障指示信号。另外，远端控制功能和先进的故障管理功能能够确保基站实现更高的可靠性。如果采用模拟方案，这些功能将需要多个器件和电源管理的支持。而数字方案则可降低设计复杂度，只需独立的电源管理芯片。基站电源往往要求非常复杂的电源管理控制器，每项功能需要多个分立元件配合。设计方案的总电路板面积和复杂度也相应增长。另外，由于基站工作在极端温度条件下，设计方案必须在较宽的工作温度范围内保持可靠。对于传统的模拟电源方案，只能在单一工作条件下设置补偿，而又必须解决宽工作范围问题。同时，无源器件（例如电感和电容）的差异也加剧了电源补偿的复杂度。数字电源可作为更好的替代方案，数字架构中能够实现自动补偿，并有利于优化带宽。更大频宽的负载瞬态响应有助于改善系统容限或省掉输出电容，从而缩小系统尺寸。此外，由于无源器件参数随着温度的变化而发生变化，自动补偿功能能够自适应调整，适应条件的变化，从而在整个温度范围内实现最优设计。在提高效率方面，数字电源的作用也非常大。在正确实现时，数字控制有可能通过占空比优化和自适应直通控制，在满足瞬态要求的同时，实现更低的开关频率、关键时序的实时适应（比如同步整流或者谐振死区时间）、切相以及根据负载电流变换工作模式等等，在一定程度上提高效率。由于系统功率根据负载要求进行更有效的管理，故数字控制能够提高总体效率。这里，不得不再次提到EM1130和Altera的Gen10FPGA合作降低系统静态功耗的成功案例。通过SmartVID双向通信接口应用，EM1130可以帮助Arria10的静态功耗显着降低--通过实际测试，可以帮助A10的静态功耗降低多达40%，且不会影响FPGA本身的工作性能表现。这个产品将极大地帮助Altera及其他PFGA/ASIC厂家实现高性能和低功耗的显着设计目标。

简介遥控设备在日常生活中非常易见，家电遥控器、玩具遥控器等方便了用户对设备的控制。针对不同需求，遥控设备设计也不同，例如电视机遥控器不带显示屏，通常用红外信号传输；空调遥控器则带显示屏，常用红外（IR）和射频（RF）传输信号；另有一些高端遥控产品可通过手机等更新固件，实现版本的升级。本文介绍了一套用于遥控设备的通用方案，该方案支持LCD显示；支持红外通信且可扩展射频通信方式；用户输入采用触摸按键实现，时尚美观；本方案预留NFC接口，可扩展NFC功能；在电源管理方面，支持电池供电，USB充电和无线充电，方便实用。1原理介绍1.1电容式触摸按键原理触摸按键在电子设备中得到越来越多的应用。用触摸按键实现人机交互的电磁炉，微波炉，电冰箱等家电产品越来越受青睐，预计未来会有越来越多的触摸按键产品取代传统的机械式按键产品。触摸按键具有坚固耐用，反应速度快，节省空间，美观大方，易于清洁等诸多优点。触摸式按键可分为四大类，电阻式，电容式，红外线式及表面声波式感应按键。其中电阻式，红外线式和表面声波按键主要应用于触摸屏中，在单个按键中很少使用。本方案将重点讨论电容式触摸按键在单个按键中的应用。电容式触摸按键采用电容量为判断标准，在触摸按键的设计中，它具有一些优点，例如可直接集成在PCB中，触摸感应区域外形尺寸设计灵活，相对成本较低等等。简单来讲，电容式触摸按键在按下的时候改变了电容值，从而改变电路振荡周期，通过对振荡周期改变值的检测实现对按键的检测。图1是电容式触摸按键原理示意图。图1触摸按键原理示意图空载状态下，感应区域电容由材料和结构决定（图1左上图），电容值为C1+C2.变化电容基于寄生效应，主要由外界导体与PAD之间的寄生电容组成（图1右下图），手指按下，寄生电容值变化，容值为C1+C2+C3||C4。将此电容接入电路组成振荡器，电容值的改变导致振荡电路输出频率变化，通过测量输出频率判断按键的触发状态。按键感应区域设计需要避免误触发以及兼顾灵敏度。通常来说，单个按键感应区域需要做的足够大，以达到识别按键目的；相邻按键感应区域应保持一定距离，避免误触发；触摸感应区形状原则上可任意，单个按键以圆形、方形为佳。TI的MSP430支持多种触摸实现方式，参考文档[1]。1.2红外信号传输原理红外遥控原理可参考文档[2]。本文采用NEC协议编码，简单说是通过脉冲串之间的时间间隔来表示逻辑“0”和逻辑“1”。载波信号频率为38k,逻辑“1”用0.56ms的38k载波和1.5ms的无载波表示，逻辑“0”用0.56ms的载波和0.56ms的无载波表示，帧头用9ms载波加4.5ms无载波表示。编码帧格式参考图2,具体格式定义可根据实际情况稍作修改。图2红外编码数据帧格式TI的MSP430系列MCU自带Timer，可方便产生38k载波，编码时的载波有无控制可由Timer的PWM输出模块实现[3]。其PWM输出模块可配置成7种输出方式，可方便实现上述编码。采用MSP430的Timer的PWM输出功能，仅需要一个Timer和一路PWM即可轻松实现红外编码，无需额外硬件，软件实现简单。为系统设计节省成本和开发时间。1.3可充电触屏遥控模块方案设计传统的遥控模块采用机械按键实现，本方案采用触摸按键设计，按键和显示在同一块LCD屏上，外形时尚、美观。本方案作为参考设计，除了遥控器基本功能（按键，显示，发射，按键声）外，还设计了充电和USB模块，并扩展了RF和NFC接口。可充电方式提高了灵活性，用户仅需要充电而不必更换电池。USB模块可实现和PC端应用软件通信。本方案不仅仅是遥控器方案，在其他应用领域，本方案也有很大的参考价值，用户仅需要根据需求对本方案功能模块进行裁剪即可。本方案电源模块支持电池供电和USB或直流适配器充/供电；触摸按键采用比较器B实现；RF和NFC模块采用SPI和MCU接口；MSP430自带的USB模块可方便与PC端应用软件接口，实现PC和MCU的双向通信。系统框图如图3所示。图3系统框图2设计实例2.1硬件设计2.1.1电源模块设计本系统采用电池供电，且设计了充电电路，支持USB或直流充电。电源经LDO稳压后输出3.3V供给MCU，保证MCU工作电压的稳定。其电路实现如下图4所示。图4电源模块电路设计2.1.2LCD及背光模块设计MSP430F6638自带LCD控制器，可方便地驱动段式LCD屏。屏幕背光亮度由Timer输出PWM波控制，调节方便。背光电路设计如图5所示。通过改变PWM的频率和占空比，可改变背光亮度，从而改变LCD屏视觉效果。图5背光电路设计2.1.3触摸按键设计MSP430F6638自带比较器B，最多可支持12个触摸按键，比较器B的输出接入Timer的CLK输入端，当手指按下，触摸感应区电容值发生了变化，比较器翻转周期变长，比较器输出作为Timer的计数脉冲，在固定的时间内计数值变小，根据固定时间内Timer计数值的变化来判断按键动作。通过合适配置寄存器和软件算法处理，可实现触摸按键检测。电路设计如图6所示。注意为了降低噪声，每通道外接电阻不宜过小，可选500k左右。比较器B翻转电平通过配置寄存器实现，请参考手册[3]。图6触摸按键电路设计2.1.4红外发射模块设计红外模块采用普通红外管实现，通过配置Timer输出合适的PWM波实现红外编码。红外发射瞬间电流较大，通过MCU的GPIO控制三极管驱动红外发射灯管，提高发射电流。红外发射模块需配合接收模块采用同样的编码格式实现通信。红外模块电路图如图7所示。图7红外发射模块2.1.5USB模块设计MSP430F6638自带USB模块，可实现USB通信，其硬件设计简单。本文用USB虚拟UART实现和PC通信。关于USB调试请参考TI官网资料[4]。2.2软件设计2.2.1嵌入式软件设计系统软件流程如图8所示。无按键动作时，系统运行RTC，显示当前时间，温度且把时间，温度以及按键状态（每个按键动作有无）信息发送给PC。当有按键按下后，除了上述功能外，系统还将执行按键上层逻辑，比如是否进入时间设定模式，是否开蜂鸣器以及发射哪种红外码等等。图8软件流程图2.2.2PC端软件设计为了方便实现人机交互，使用CSharp语言开发了配套的PC端软件实现和MCU的双向通信。通过PC端软件可查看DEMO的当前状态，包括时间，温度，按键动作等，另外也可通过PC端改变DEMO背光的亮度。PC端软件如图9所示。图9PC端软件DEMO通过USB线与PC端COM口连接，MSP430F6638的USB通过软件协议虚拟UART，在PC端选择合适的COM端口号可实现PC软件和DEMO的互连。图9中左图反映DEMO的实物，当有按键按下的时候，对应的按键图标闪烁一下，同时在记录框输出文字记录这个动作（ButtonxxPressed!）。最下面图表则实时显示当前温度信息。2.3DEMO展示DEMO实物如图10所示。键盘区12个按键，每个按键按下图标会闪烁一下，同时蜂鸣器会响0.3s左右。每个按键做了不同功能，可根据需求发射不同的红外码实现遥控器的功能。演示DEMO中代码支持RTC和温度计功能，支持灵活调整时间，同时可通过PC端软件来调节屏幕背光。DEMO还可扩展光传感模块，可根据环境光强弱智能调节背光亮度，达到较好的视觉效果。

讨论几种设计故障容受型电源的方法，其中包括新的预稳压器拓扑结构，该结构可简化电路设计及元件选择。对抗相位故障如果交流电源到电表之间出现错误连接故障，或是像空调或电磁炉等采用三相电源工作的大功率负载在两个相位之间的连接错误，电源输入端很有可能出现极高电压。为了在这些类型故障条件下生存，主AC-DC电源就必须能够承受约为常规交流主电源均方根（RMS）供电电压两倍的电压。对于在美国（额定交流主电源电压为110VAC）工作的系统而言，通用交流主电源输入的常规开关电源（SMPS）能符合此要求。但是，在欧洲或亚洲，开关电源必须能够承受460V电压（整流后高于600VDC）。这可以通过修改标准开关电源输入来实现，方法是在输入端串联两个大电容。对于采用1，000V或更高额定电压MOSFET构建的经典反激转换器，或是使用共源共栅（cascode）连接的两颗MOSFET的修改型反激架构而言，这可能就满足需求了。市场上没有适合的额定电压高于450V的大电容，因此，就要求串联2颗电容来支持600V或更高电压。由于电容串联连接，它们的值就会翻倍，使得维持时间的存储的总能量保持相同。为了避免两个电容之间出现不均衡的电压分配，应当为各个电容并联电阻。这就增加了I2R损耗，因此降低电源能效。而且，还要求额外的瞬态电压抑制器（TVS），用于保护电容免受短路故障影响。图1显示了为传统反激转换器供电修改的大电容电路。虽然此方法不要求额外的开关模块，但必须使用额定电压达1，000V或更高的MOSFET，用于支持输入端更高的故障电压，以及变压器反激电压。针对宽输入电压范围设计开关电源也要求相应的宽频率动态范围或MOSFET导通时间（ton）变化，以在更宽范围内维持稳压。此外，更高的MOSFETdV/dt也会增加开关损耗，导致能效降低，并增加电磁干扰（EMI）的风险。图1：反激转换器中的串联大电容电路及单颗1，000VMOSFET图2：MOSFET与开关稳压器采用共源共栅配置的高压输入开关电源另一种方法是单颗MOSFET可以采用共源共栅配置的2颗MOSFET来替代，如图2所示。普通的700V开关稳压器结合600V功率MOSFET，足以承受反激电压与整流输入电压之和。如电路所示，60VMOSFET的栅极要求额外的TVS。与标准反激架构一样，开关电源的设计应当针对宽输入电压范围，并带有相应的大开关频率漂移或ton动态范围，以确保输出电压的稳压。开关损耗及复杂EMI信号的风险也相似。又一种方法，是通过审慎的设计，使用带800V功率MOSFET或集成开关稳压器的经典拓扑结构来实现一种方案。然而，必须注意将变压器反射电压降至最小，从而将最大晶体管电压保持在低于800V，即使电源电压在故障条件下处于最高时（约620V）。这要求变压器具有小匝数比（Np/Ns）及低初级电感。当输入电压高、输出功率低时MOSFET导通时间ton必须极短，而次级端二极管拥有长导电时间。有几项因素会限制这类方案的性能、损及可靠性并增加成本。极短的导通时间ton可能滋生不稳定的稳压，迫使开关电源在非突发模式下降至低频工作。此外，虽然对于抗雪崩型功率MOSFET而言，10%的电压余量通常被认为足够，但非抗雪崩型器件应当考虑有20%的余量，以避免瞬态事件及启动相位期间出现任何问题。至于次级侧二极管，要求高反向电压能力，这通常需要高成本、大体积及大正向压降Vf（通常会降低能效）的二极管。变压器漏电感产生的峰值电压应当保持在低于800V极限值的极低标准。这要求使用大的缓冲器电路，该电路会增加功率耗散，因而损及总能效。新型预稳压器设计一种新的可选方案建议在开关电源输入端插入稳压器，如图3所示。这就无需串联大电容及其相关的电路，且能使用传统反激转换器设计，以避免使用特殊高压元器件。图3：预稳压器简化转换器设计，能够使用更小、更低成本的元器件可以设计一个稳压器-能够防止开关电源输入电压超过由输入整流器产生的380VDC常规最大电压。这就能够使用单个标准450V大电容及700V集成开关稳压器，而没有电压及设计问题。而且，通过进一步降低稳压输出电压以将开关电源输入电压保持在200VDC（140VACx2）的最低电压，还能获得更大的优势。预稳压器用作LDO，提供200VDC稳压电压，但它的开关特性避免了功率耗散过多、大散热片及可靠性问题。能够使用250V大电容，缩小尺寸并降低成本。开关电源缓冲器能用于控制及驱动预稳压器MOSFET。为了达到最高能效，开关预稳压器与主电源同步，从而通过稳压器MOSFET，以最小的电压降为大电容提供能量。这可以将能效提升至约90%。此设计使用半波而非全波交流主电源整流，可以避免导通时间过短并降低开关损耗。这种预稳压器设计还提供在启动相位期间限制浪涌电流的电路。系统中有了预稳压器，开关电源的设计也简化了。由于输入电压范围大幅减小，就不要求支持大的频率及导通时间ton变化范围。此外，使用较小的250V大电容，能够优化维持时间，而对总体尺寸及成本的影响极小，因为250V电容比450V电容更小、更经济。不仅如此，大电容较低的供电电压使缓冲器电路电容能够减小，而缓冲器阻抗可以相应增加。减小的供电电压也提供更高的灵活性，可以设计带有更高反射电压能力的变压器，不仅可以降低缓冲器尺寸及能耗从而提升能效，还使次级二极管能够拥有更低的反向电压能力及相应更低的正向压降Vf。降低供电电压的更深层次优势是优化开关损耗及电磁干扰（EMI）。总体而言，预稳压器能够提升开关电源能效，显着减小尺寸并降低成本。其它几个方面也值得一提。其一，标准交流主电源滤波器不要求修改，因为电流不会超过标准反激转换器最小供电电压提供的电流。此外，也可以省去用于限制浪涌电流的NTC器件，因为预稳压器的限流器现在可以提供此功能。开关电源也不要求半波或全桥整流器，因为整流在预稳压器之前已经完成了。结论这种200V预稳压器就像超高能效的LDO,帮助简化支持超高输入电压的电源设计。它非常适合用于必须承受因中性线开路或两相之间错误连接导致的高输入电压的单相电源。使用预稳压器帮助简化大电容选择，同时减小电容尺寸并减少电容数量。单个低压大电容拥有长维持时间，比要求两个大电容及平衡电阻的经典途径还节省空间及成本。250V大电容（而非450V大电容）配合使用技术更优化的电容，为高环境温度工作条件提供更长的使用寿命。更深层次的优势是能使用单个700V集成开关稳压器来替代高压MOSFET及分立控制器，或是采用共源共栅连接的MOSFET与高压开关稳压器。此外，可以简化变压器设计及使用更小的次级端二极管。对于电表等应用而言这一点尤为关键，因为这类应用要求在严苛工作环境下提供超过10年的连续服务。来源：维库电子市场网

发光二极管（LED）技术的出现标志着电气照明行业的重大革命。自1990年以来，LED灯在被采用之后日益取代着户外照明应用中的传统光源，如汞灯、金属卤素灯、和钠汽灯。由于其在照明效率上的进步（每瓦更高流明）、二次光学元件（更好的镜头/反射镜）、以及更强的热耗散性能，LED照明技术着实令人感到惊讶。消费者和工业用户寻求更为节能的照明方案促使对LED照明的需求量加速上升。LED照明机制的发展也受到旨在抑制白炽灯继续使用的政府行为的驱动。出于以上原因，LED照明的高采用率绝对是一个全球性的现象。拥有发达经济体的国家已经制定了完善的计划和方案，以逐步淘汰传统的白炽灯照明。这不应令人感到意外，因为照明约占全球能源消耗的25%。尽管户外LED照明的初始成本很高，但是完全有理由在这上面进行投资，因为在更低瓦数需求、更低维护成本以及更长寿命的基础之上，投资回报是可以确定的。而为了在大约五年的投资回收期内保证户外LED照明不会出现故障，其应具有很高的耐用性和可靠性。对于户外LED照明，一个相当大的威胁是在交流电源线路中发生的瞬态浪涌事件，其可能会对灯具造成损坏。一个LED灯含有电源转换器件（AC/DC）、LED的驱动芯片、以及用于热控的散热器和优化灯光质量的光学器件。直接连接到交流电源（如120/220VAC）的一个LED灯具可能会因灯泡内部元件或电路故障导致的短路和过载情况而损坏。除此之外，产生于灯泡外部的雷击浪涌或负荷开关瞬态能够造成电压尖峰或环形波，给元件造成压力并最终导致损坏，从而使灯泡报废。鉴于LED灯泡的价值定位不仅仅是降低能源消耗，还有更长的使用寿命，在消除因电气环境促使的现场故障中考虑瞬态电压保护将是至关紧要的。间接雷击感应浪涌由于附近电气设备的打开和关闭动作，在交流电源线路上可能会发生过压瞬态浪涌。附近发生的雷击也会在交流电源线路产生瞬态浪涌，尤其是在室外环境中。图1：在交流电源线路中的瞬态浪涌。在发生雷击的一刹那，从云到地面的静电放电的级别通常达到数百万伏。发生于几英里以外的雷击，会在载流铜线（例如：路灯的地下电缆）诱发高达数千伏的感应电压。这些间接冲击以通常含有超过1，000A2s大量能量的特定波形为特征。约70%的雷击发生于热带地区的陆地地带，这也是大多数雷暴发生的地方。非洲国家经历过有史以来最为严重、持续时间最长的雷击。雷击最为经常发生的地方邻近刚果民主共和国东部山区的小村庄基夫卡，海拔约为975米。平均来说，该地区每年每平方公里会发生158次雷击。这个地方周围的一大片区域也受到严重影响，因为雷击造成的感应浪涌冲击增加了户外LED照明设备受损的几率。根据美国航空航天局（NASA）在全球各地闪电频数上的研究，中南美、非洲、南亚和东南亚也有与美国类似的闪电频数；因此在美国，我们建议等效浪涌抗扰度应在5kA到10kA之间。对于闪电频数较少的其他地区，如欧洲、东亚和澳大利亚，可以考虑3kA到5kA较低的浪涌抗扰度。暴风雨天气中这种类型的间接雷电能量会对户外LED照明装置造成不利影响。灯具在差模和共模条件下均容易受损：●差模：灯具的相线和零线端子或相线和相线端子之间的高电压/电流瞬态可能会损坏电源装置或LED模块板中的元件。●共模：灯具的相线和地线或零线和地线之间的高电压/电流瞬态可能会穿透电源装置或LED模块板中的安全绝缘，包括LED散热器绝缘。测试波形是1.2x50μs开路电压和8x20μs短路电流波形的一种组合。要进行这项测试，在连接到灯具之前要通过将输出端短接到地面在浪涌发生器上对规定的峰值电流进行校准。图2：组合波开路电压。图3：组合波短路电压。世界各地的闪电频率--单位：闪电次数/平方公里/年--（美国航空航天局全球水文资源中心）。图4世界各地的闪电频率-单位：闪电次数/平方公里/年-（NASAGHRC）。应对感应浪涌事件的技术保护户外LED照明免于感应浪涌冲击损害的方式是阻断高电压/电流瞬态干扰进入照明灯具。因此可以在户外LED照明应用中采用一种浪涌保护器（SPD）来抑制浪涌能量并最大限度地减少对照明设备的浪涌冲击。对于SPD，有多种过电压保护元件可用，包括金属氧化物压敏电阻（MOV）、气体放电管（GDT）和瞬态电压抑制（TVS）二极管。这些元件被放置于通常具有高阻抗的交流电源线之间，在检测到高电压时会变为低阻抗。在低阻抗状态下，这些元件可以将浪涌能量转移回到交流电源线，在浪涌事件后又回到高阻抗状态。在现有的技术中，MOV因其较高的浪涌能量处理能力和对瞬态电压的快速响应成为首选，在配电板的SPD保护中也得以广泛应用。因此MOV是户外LED照明应用中浪涌保护器件的最为适用的技术。在一个室外灯具中并入一条强大的浪涌抑制电路能消除浪涌能量造成的破坏，从而提高照明设备的可靠性，最大程度地减少维护并提高使用寿命。一个能将过高的浪涌抑制到较低电压水平的浪涌保护组件是保护LED灯具设施的最佳方式。图5：LED路灯保护方案。热防护型MOV保护SPD的安全金属氧化物压敏电阻（MOV）技术不仅价格便宜，而且是抑制电源中瞬态的一种非常有效的技术。在许多其他的应用中，这种技术同样有效，比如通常被放置于LED驱动器前面的浪涌保护器（SPD）模块。在经历一次大浪涌或多次小浪涌之后，MOV的性能会逐渐退化。这种退化导致金属氧化物压敏电阻泄漏电流增加，进而使得MOV的温度升高，即使是在120VAC/240VAC工作电压的正常条件下。MOV相邻的一个热敏断路器可以在金属氧化物压敏电阻持续退化至寿命终止状态时用以检测其温度的增加；这时，热敏断路器会打开电路，将性能退化的压敏电阻从电路中去除，以防止灾难性故障。图6：热敏断路器防止性能退化的MOV出现故障。MOV的设计旨在微秒时间内钳制快速过电压瞬态。然而，除了短时瞬态，在SPD模块中的MOV还会受到因零线缺失或安装时的不正确接线造成的临时过电压情况的影响。这些情况会对MOV造成严重压力，使其进入一种散热失控状况；反过来，这又将导致过热、冒烟、甚至起火。SPD的安全标准UL1449和IEC61643-11，定义了为确保SPD安全而必须对器件进行测试的特定异常条件。在可靠的设计中，在浪涌保护器内部加入了热敏断路器，以保护MOV不会出现散热失控。图7：AC过电流事件。为SPD而设的寿命终止/更换指示功能当MOV因临时过电压或过高的泄露电流而变得过热时，热敏断路器可用来将金属氧化物压敏电阻从交流电路中去除。SPD因此停止其电涌抑制功能。所以应考虑设计合适的指示功能，以便维修人员能够知道SPD不能正常工作且需要更换。照明设计人员可以根据他们的维护和包修策略从两种主要类型的SPD模块配置中进行选择。这些都是并联和串联的浪涌保护组件。图8：并联和串联连接。●并联连接：SPD模块与负载并联在一起。一个寿命终止的SPD模块从电源上断开的同时，AC/DC电源装置保持通电状态。照明依然处于工作状态，但却失去了抵抗电源装置和LED模块所面临的下一次浪涌的防护功能。在一个并联的SPD模块中，可以通过使用一个能向维护技术人员指示SPD模块状态的小的发光二极管来起到更换指示的作用。可以选择使用绿色发光二极管来指示SPD模块在线，或者用红色发光二极管来指示SPD模块离线。或者，更换SPD模块的需要可以在SPD模块寿命终止指示线连接至一个网络智能照明系统的照明管理中心中远程显示，而不是在每个灯具上都安装LED指示。●串连连接：SPD模块与负载串联在一起，寿命终止的SPD模块从电源上断开的同时，也会使灯熄灭。灯具停电便可作为呼叫维修的指示。已断开的SPD模块不仅熄灭照明以作为更换的指示，同时使交流/直流电源装置与之后的浪涌冲击隔离开来。对这种配置的普遍偏好迅速增长，是因为在SPD模块等待更换期间，照明设施仍然受到保护。与使用并联浪涌保护器模块的情况下需更换整个灯具相比，在串联情况下仅更换SPD模块的费用要低得多。总结LED技术所带来的高效节能提升了户外照明的价值。为了使LED照明设备能达到其预期寿命，应在户外LED照明中加入浪涌保护模块，以防止因雷击浪涌事件和其他电源线路浪涌造成的早期故障。安装于LED电源装置前端的浪涌保护模块，为照明系统提供了有效的保护。但是，其可能会受到临时过电压威胁和因多次浪涌事件而疲劳的影响。放置于浪涌保护模块中的热敏断路器提高了模块的整体安全性，并能使模块达到UL1449和IEC61643-11认证标准。当浪涌保护模块达到其使用寿命期限时，串联的SPD模块提供的是一种最为简单的更换指示方式，即通过将灯具从电源上断开，从而使灯熄灭。并联的SPD模块提供的是一种与发光二极管相连接的方式，对模块是否在线做出提示。来源：维库电子市场网

很容易就可以输出一百多安培的电流，而且功能众多，我们说过的RT3609BE就是个庞然大物，不仅应用电路元件多，自身的引脚也多，芯片的占位面积也不少，为7mmX7mm=49mm2。RT3609BE输出的每一相控制信号都是PWM信号，这是纯粹的数字信号，需要被转化为MOSFET驱动信号以后才能进入功率级电路，所以在使用中就要加入栅极驱动器。下图是栅极驱动器RT9624A的内部电路框图：为了简化电路，缩小占位面积，有时可以使用将栅极驱动器和MOSFET功率开关集成在一起的DrMOS，下图是它的电路结构示意。改用DrMOS以后的电路看起来会比较简洁，从下面的示意图上可以看出两种做法的差异。有一些产品可以将部分栅极驱动器集成进去，同时也保留一部分PWM输出，这样可以同时兼顾到集成化和分散化的需求，RT3602AM就是这样的一个例子：RT3602AM提供3组输出，它集成了3个栅极驱动器，同时保留了一个PWM输出，其中的MAIN这一组输出就含有一个栅极驱动器和PWM输出共两相。假如MAIN这一组只需要一相就够了，PWM输出的那一相就可以弃之不用，它的应用电路就简化成下图的样子，省了一颗芯片。如果还想压缩电路，那就只能把MOSFET也集成了，这在电流巨大的应用中实施起来是很不现实的，但在电流相对较小的应用中就有可能，下面的电路就是这样的一个实例：RT5800是一颗内含4个同步Buck转换器的集成化芯片，其中的每个Buck转换器都可以输出最大5.5A的电流。RT5800的4个Buck转换器可以被配置为2+2或2+1+1的形式形成有2个输出或3个输出的器件，这样就可以让一个输出最大可以有11A的负载能力，可以满足一些嵌入式应用中的CPU或GPU的比较大的电流需求。RT5800的工作状态和参数可以使用I2C总线发送的命令来进行控制和调节，输出电压范围为0.3V–1.85V，工作频率最高可达3.4MHz，外围元件数量少，体积小，对于嵌入式应用是非常有好处的。RT5800在设计时假想的应用领域是车载领域，所以对安全的考虑会比较多。其引脚布置是在经过FMEA即失效模式及其效应分析的基础上做出来的，即使它在使用中遇到了特别的故障也不至于造成燃烧等灾难性的后果，你可以在应用中放心地使用它。转载自RichtekTechnology。

RT1720是一款最高输入电压可达80V、输出电压可达60V的热插拔控制器，它的作用是防止系统受到过高电压和负电压的攻击，同时还能防范过电流可能导致的问题，它的一种应用电路大致如下图所示：为了检测负载电流的大小，RSNS被串接在电路中的VCC和SNS之间，流过它的电流会在其两端形成电压差，这个电压差被检测到以后与某个参考电压进行比较，其间的差异被放大以后既可用于判断是否过流了，也被用来驱动电路中串接的MOSFET以实现限流动作，这些作用可以从它的内部电路框图里看出来：从图中可以看到，RT1720过流检测的参考电压是50mV，这意味着RSNS上的压差低于50mV时误差放大器的输出状态是不会有实质性的改变的，而一旦超出就有了不同的性质，所以我们设计它的过流检测阈值时就会以这个50mV的数据来选择电阻RSNS的值。Buck转换器中也有采用电阻来实现电流检测的做法，下图便是这样的一个例子：RT9534是一款同步Buck架构的充电IC，最高输入电压可达28V。为了实现精确的负载电流控制，它使用了串联电阻的电流采样方式，图中的RS1便起这个作用。如果电流比较小，使用电阻进行采样是比较合理的，电流大了以后便会有新的问题出现。在RT1720的应用中，假设过流保护阈值为20A，则RSNS=50mV/20A=2.5mΩ，它在将要出现过流现象的临界点时所消耗的功率为50mVx20A=1000mW=1W，这样的消耗是否可以被接受，要看具体的应用场合是怎样的。如果电流比较大，功耗会比较大，这种方法就比较难被接受了，所以需要寻找新的电流检测方式。这是RT8129C的应用原理示意图，它是一款VCC电压范围为4.5V~13.2V——也就是可以用常见的5V或12V电源供电的Buck控制器，其转换部分的输入电压范围为2.5V~25V，这样的参数用在笔记本电脑、台式电脑里都是没有任何问题的，我们可以从下图看到它在输入电压分别为5V、12V、19V时为DDRIII存储器供电时的效率表现。RT8129C的应用电路中不存在用于电流检测的电阻，但它一样具有过流保护的功能。它进行电流检测的方法是利用外接MOSFET下桥开关的RDS(ON)来实现的，因为在下桥开关导通时，从其源极流向其漏极的电流会在其导通电阻上形成一个电压差，而所用MOSFET的导通阻抗RDS(ON)又是可以预知的，我们可以借助这两个参数将流过的电流倒推出来，从而知道实际流过的电流的大小。这种方式避免了在电路中使用电流检测电阻，既可避免电阻的存在带来的损耗，又降低了电路的成本，可谓是一举多得。RT8129C进行过流检测阈值设定的方式也是非常节约的，我们可以从其原理图中看到它的下桥驱动端LGATE还有一个名称叫做OCSET，该端子外面有一个接地电阻，IC在上电期间会通过内部一个恒流源输出一个电流来流过它以形成一个电压，此电压可被内部电路采样并储存起来，以后就可以作为过流检测的参考电压来使用了。实现这部分功能的电路示意图可以从下面的电路框图的右下角看到：在多相式Buck中大量使用的是一种被称为DCR的电流检测方法，它利用电感元件中的电阻成分来完成对流过它的电流大小的感知，下面先来看看它的应用电路是怎样的。在这幅RT3609BE的应用电路中，每相Buck的标准元件之外都出现了一些与电感并联连接的RC网络如R49+R50+C20和R58+R59+C27，它们的作用就是把电感中流过的电流信息提取出来，其原理电路如下图所示：在这幅图里，实际的电感已经被分解为两个元件的串联：Lx是电感器的电感成分，DCR是电感器的直流电阻成分。取样电路是由Rx1和Cx构成的，Rx2的作用是在取样信号的幅度太大时起到信号衰减的作用，所以仅作为可选项而存在。当某个角频率为ω的电流IL流过电感器时，实际电感器两端的电压该电压落在取样电容Cx上的分压为只要有则有这个式子里不存在任何与信号频率有关的成分，所以通过这种方式得到的电压信号与电感电流有一一对应的关系，可以作为实用的电流检测方式来使用。这几种电流检测方式各有自己的优势，也有各自的不足。电流检测电阻可以做得很准确，但是成本不低，而且会造成损耗。利用MOSFET的RDS(ON)来测量电流，不存在引入新的元件损耗和增加成本的问题，但RDS(ON)会随着器件的不同而不同，还会随着温度的变化而变化，很难有非常准确的结果。利用电感器的DCR来测量电流不存在新的损耗问题，但是需要引入新的检测元件。不同电感器的DCR参数也是不一样的，因此其精度就不可能很高。没有什么方案是绝对好或绝对坏的，每个方案都会带来新的问题，就像锁链一样永远不会断绝。在适当的时候采用适当的方法，可以接受便很好了，不必追求过于理想化的结果。转载自RichtekTechnology。

之前一篇文章介绍了几种电流检测的方法，它们各有自己的优势和缺陷，但无论如何都是有用的，否则人们也就不会花那么多精力去做这件事了。对于RT1720来说，它的负载发生过流现象很可能是一件非常麻烦的事情。假如其负载是一台电机，这时候它很可能是发生了堵转，其电流会从它的一个绕组上持续地通过并不断增长，如果不对其进行限制，最终可能因为电流过大而发热并将其烧毁。假如其过流是因为负载短路而引起的，短路点会因为有较高的电阻存在而发热并再次断开，这里很容易就会出现击穿空气的电弧。如果电弧发生点周围存在易燃物，火灾甚至爆炸事故很容易就会发生。RT1720遇到这样的状况时会首先进行输出电流的限制，如果负载的过流现象会持续下去，由于供应不再充足，其输出电压就会下降，从而限制过流可能造成的危害。当过流限制发生的时候，由于RT1720的输出电压下降了，它的输入电压并未发生变化，所以就会有压差在外接的调整管上形成，再加上流过电流的作用，调整管上会形成功率损耗，这将造成调整管发热的结果。调整管既然会发热，它自然会将这些热量向外散发，其散发的速度与其封装、安装形式以及周边的环境状况密切相关，那些来不及散发出去的热量就会形成调整管温升的结果。为了避免调整管温升过高，RT1720设置了可调的关断时间，一旦过流状况超过了这一限定，调整管就会被彻底关断，供给负载的电流彻底消失，经过一段“冷静”时间以后再打开开关向其供电。如果那时负载过流的问题还继续存在，则上述过程就反复进行，直至问题被解决或是人为切断电源供应为止。RT1720的过流限制点可以用电阻RSNS来进行调节，它的过流容许时间以及“冷静”时间可以用电容CTMR进行调节，图中的R2和R1则可设置其容许的最高输出电压，相关的参数和计算方法在其规格书中可以查阅到，这里就不再细说了。在我们反复提及的大电流Buck中，电流检测的作用是多方面的，下面的内容仍以上图所示的RT3609BE为例来进行说明。多相Buck转换器的每一相都是一个Buck转换器，这些转换器在运作中就需要电感电流信息用于回路控制过程中。立锜的多相Buck转换器通常使用恒定电流纹波的控制技术，它把每个运行周期的电流纹波都控制住了，由于电流的变化而带来的输出电压的纹波自然就被控制住了，因而可以得到非常好的输出电压控制精度，输出电压会变得非常干净、平滑，为负载的运行提供了非常良好的运行条件。一个相的Buck在采集到自身运行的电流信息以后，这个数据会被用来和设定好的过流限制阈值进行比较，如果超过了这一阈值即会被判定为过流，上桥开关的导通过程就会被终止，不容许其电流再继续增长。由于这个机制每个运行周期都在进行，因而又被称为逐周期电流限制保护。当Buck转换器的负载轻到一定程度以后，它的电感电流会在下桥导通期间出现负值，这会导致不必要的损耗。为了避免这一现象出现，我们需要在电感电流出现负值以后采取措施使转换器进入电流非连续工作模式以实现节能的效果，因此需要设计出负电流检测电路以了解出现负电流的时机，而这一功能的实现也是以电流检测功能的实现为基础的。由于是多相工作，比较容易出现的一个问题是各相之间电流的不平衡问题。即使控制器能将每一个相的脉冲宽度及其变化过程弄得完全一致，由于元件参数的差异，时间久了以后各相之间的电流也是不一致的，而且这一现象必然会越来越严重，最后造成有的累死、热死、有的闲死、冷死的问题。为了避免这种不均衡现象的出现，各相的电流信息就会被收集起来进行相互比较，通过选出其中电流最大、最小的相并进行有针对性的调节，就可将各相电流都调整到大家基本一致的水平，从而实现了电流均衡，不会出现马太效应。各相工作中的电流信息还会被收集起来并求出总和，流过一个确定的电阻以后便被转换为一个代表电流总数的电压，这个电压经过高精度的ADC模数转换器被转换为数字式数据，再将该数据通过串行VID接口发送给CPU，CPU便可得知自身实际的电流消耗状况，从而可对自身的功效进行实际的评估。为了实现这些功能，多相Buck转换器的每个电流检测电路都在内部设计了多个电流镜像电路，它们将实际的电流信息准确地转换为可供各个功能电路使用的信号，这从下面的RT3609BE内部框图里便可以看出来。多相Buck转换器的设计及其应用都是个大工程，但是其中用到的电流控制技术在普通的单相Buck转换器中不会都被使用到，例如电流均衡问题就完全不会出现，需要使用负载电流信息的应用也很难遇到，但其他功能便是很常见的了，读者可以在阅读普通产品的规格书时注意到这种差异，但是这种“能”一定是以你对这些基本常识的了解为基础的。转载自RichtekTechnology。

我们介绍了那么多Buck转换器和Buck控制器实现电流检测和过流保护的方法，看起来似乎选用一个具有完善保护措施的Buck设计就已经足够了，但这其实仅仅是个开始，一个系统设计者需要考虑的还有很多，因为现实中有很多意外可能发生。举例而言，一台用于车载环境的电子设备很可能会选择RTQ6365为之供电，因为它可以在4.5V~60V的输入下工作，负载能力高达5A，前一个指标足以让这台设备在12V的车辆上和24V的车辆上都能使用，5A的负载能力则能满足很多系统的需求，如果它的输出电压就是5V，则25W的功率对于很多应用来说都是足够了的，完全可以用我们曾经提到过的RT5800接在它的后面去为系统芯片供电，就像下图一样把它们结合在一起：可是你这个系统的能力很强大，它还有一个USB接口可以连接外部负载，你的直接想法可能是如下图一样把RTQ6365的输出拉过去给它供电：这一下就让这个系统暴露于危险中了，因为USB接口上的VBUS和GND随时都可能短路。即使不短路，外部接入的负载耗电也可能出现超出5V供电能力的情况，这样就会把5V电源拉垮，让RTQ6365进入过流保护状态，同时造成RT5800的供电不足，其输出也将变得不正常，整个系统顷刻间就瓦解了。为了避免这样的状况发生，当你需要为USB端口供电的时候，你可以在5V电源和USB接口之间插入一个具有电流限制能力的功率开关，就像下图所示的样子：图中的RT9742是这样的一种器件：当它处于关断状态时，它的输入端与输出端之间是没有任何电流流通的；当它处于导通状态时，输入与输出之间就连接在一起，相互间只存在一个只有几十mΩ的导通阻抗。当负载电流超过其电流限制阈值时，它将进入限流状态，而其负载并未降低，此时的输出电压就会降低，输入与输出端之间的电压差会增大，再结合上电流就会形成较大的功耗，从而会让它进入发热状态。一旦其温度超过预设的阈值，开关就会被切断，输出自然也就没有了，相当于强制性地消除了负载的影响，待其冷却下来后又会重新进入带有软起动的导通过程，前述的功能又重新进入运行状态。由于这样的特性，如果造成过流的原因已经消除了，它的输出自然就恢复正常了，否则就会反复发生限流、发热、关断、冷却、软启动、限流的循环，总之是要把可能的恶性事故避免掉。RT9742有很多子型号，它们分别代表不同的电流限制参数（0.5A~3A）和使能信号的电平高低，可以分别满足不同应用的需求。如果这种确定了电流限制阈值的产品不能满足你的需求，你也可以选择电流限制阈值可调的型号，如RT2528A，这是一款通过了AEC-Q100Grade3认证的功率开关产品，其电流限制阈值可用一只外接电阻进行调节，调节范围为0.5A~2.5A，全温度范围内的调节精度处于10%以内。立锜在很早以前就开始做这种类型的功率开关产品，第一款型号是很有名的RT9701，设计它的初衷是应用于电脑的USB端口保护，但那时有很多厂商因追求低成本而使用并不可靠的可恢复性热敏电阻，我则把它推荐给很多需要分区供电的应用中去使用，甚至将其用于锂离子电池的充电应用电路中，解决了很多那时还难以克服的问题。在现今的应用中我们能看到很多具有多个端口的充电器产品，它们的多个端口很多都是共用一个电源，在不加保护的情况下，如果有其中一个端口出现了过流或短路等情形，立马会造成整个电源的故障或是保护。如果在这样的地方给每一个端口都增加一个RT9742这样的限流元件，因过载或短路而造成的问题就不会很大了。转载自RichtekTechnology。

1引言近些年来，随着电子技术的发展，无线通信技术、计算机网络的发展，分布式无线数据采集网络技术开始兴起，并迅速的应用到各个领域。在一些地形复杂，不适合人类出现的区域需要进行数据采集的情况下，都可以适当的选择无线分布式采集来进行。现有的无线分布式采集系统中，往往使用单片机、DSP等作为系统的主控控制单元。但是由于其自身工作特点，往往对于精确的定时控制以及并行处理能力上比FPGA弱。随着FPGA等可编程逻辑器件的发展，为无线数据可靠传输提供了很好的实现平台。采用FPGA作为时序控制和信号处理的处理器，将使系统电路设计更加简洁、可靠、灵活，可有效的缩短开发周期，并降低开发成本。为此，基于CycloneIV+STM32设计了一种新型的无线分布式采集系统，实现了数据的高可靠和同步传输。设计主要由3大部分组成：编码器、译码器、无线收发电台。在对编码器、译码器同步校准后，对待发送数据进行卷积编码，并转换为串行数据。数据转换为串行数据后，在串行数据帧头加入Barker码来实现帧的同步，并使用2条互为备份的数据传送通道同时发送数据。在数据接收端检测到barker码后，本地对互为备份的双通道数据进行viterbi译码（本文设计的viterbi译码器采用并行结构，大大的降低译码时间）。译码结束后，本地对双通道数据进行循环冗余校验，并做出判选，最后执行相应指令。并在规定时间给出相应反馈信号。设计的无线采集系统，即使某一数据通道出现少量错码，系统仍能有效的恢复出数据，并进行可靠的数据传输。系统添加了监控模块，实时备份上传的数据并监控，如发现不能正常上传，则启用备用模块保证整个系统正常工作。系统不仅能实现数据的高可靠和同步传输，而且具有很好的适用性，可广泛应用工业中。2无线分布式采集系统简介2.1系统硬件简介无线分布式采集系统包括编码器、译码器（编码器、译码器硬件完全相同，只是配置逻辑不同，可配置为编码器、译码器、中继站）和无线通信电台。如图1所示，这是一个最简单的一对一式分布式系统。图1无线分布式采集系统结构编码器作为上位机与译码器之间的桥梁，通过USB/RS485通道进行发送、接收命令和数据。译码器接收编码器发来的命令进行配置和采集，并将数据存储至DDR2中。译码器收到上传命令后，上传数据至编码器。编码器/译码器硬件系统框图如图2所示。本系统主控单元由FPGA完成。FPGA选用Altera公司的EP4CGX30F407,逻辑单元为29440个，80个18×18乘法器，多达290个用户自定义IO。STM32作为监控和备用单元组成系统的基本架构，STM32F407ZG系列是基于高性能的ARMCortexTM-M4F的32位RISC内核，工作频率高达168MHz，该STM32F407ZG系列采用高速嵌入式存储器（多达1MB闪存，高达192KB的SRAM），拥有3个12位ADC，2个DAC，1个低功耗RTC，12个通用16位定时器，2个通用32位定时器。人机交互部分由16X2液晶显示字符模块和4个按键组成，其主要功能是通过按键对基站编号设置并显示在LCD上。无线模块选用WSN-03系列无线模块作为收发平台，工作电压为5V，传输速率和工作频段等都可配置。目前传输速率最大为115200bps,工作频为433MHz可调。无线模块与FPGA主要以RXD/A，TXD/B,NRST（复位控制），SET（设置模块参数），SLP（休眠控制）信号线连接。GPS模块选用VKl6U6进行定位，与FPGA以UART接口连接，波特率定位9600bps。ADC选用基于△-Σ技术的32bits高精度低功耗模数转换芯片ADSl282，采样信号电平范围：差分输人一2.5~+2.5V。单个译码器有6个采集通道，以2k采样率，采样时常16S来计算，单个译码器纯数据量为6×2k×16×24-6144Kbits.考虑到编码器，一次采样，8个基站的数据经编码后数据总量为98304Kbits，所以编码器和译码器需增加l片MicronTechnology公司的MT47H256M8HG-37EIT（256Meg×8）作为缓存空间。由于DDR2SDRAM需要特定的控制读写时序，系统直接采用QuartusII自带的“DDR2SDRAMHigh-PerformanceController”IPCORE。USB部分由2个通道组成，一个是由FPGA、CY7C68013和USB接口组成；另一个由STM32（自带USB驱动）和USB接口组成。同时本设计中还添加了RS485串口，使整个系统与上位机能保持实时通信，为系统的远程控制提供了可能，并能保持系统更新。图2系统框架2.2系统数据流程系统的数据流程为：同步校准译码器，设置各个译码器接收命令后的延时-编码器配置采集参数、命令-译码器采集数据保存至DDR2中一各译码器分时接收数据上传命令并上传数据-编码器将数据汇总保存至DDR2-数据收集齐后通过USB/RS485上传至上位机。译码器节点配合计算机对各个点的数据进行轮询采集，它包含了无线传输模块和与计算机通信的USB接口。STM32将组帧后的数据备份并实时监控FPGA，如在规定时间或未能按指令进行工作，STM32将替代FPGA并使FPGA进入断电状态。2.3系统组帧格式编码器与译码器之间是一对多的关系，译码器分时上传数据，译码器有2个通道，译码器有唯一的配置编号。数据帧的格式如图3所示。数据帧中除20字节有效数据之外，还包括组号、目的编号等。图3编码器、译码器间数据帧格式为了改进接收信号质量，本系统引入信道编码的方法来改善信道质量。具体如图4所示。发送端对数据进行组帧、并串转换、卷积编码、加入同步帧信息后，把数据发送至无线通信电台进行调制。接收端的无线通信电台对信号进行解调后发送数据至接收端的FPGA.接收端的FPGA检测到帧同步信息后对接下来的数据保存，并进行Viterbi译码。FPGA对双通道的数据进行冗余校验，并选择正确的数据执行相关操作。图4无线数据传输3无线分布式采集系统数据传输的实现3.1可靠性待发数据经卷积编码，互为备份的双通道发送，Viterbi译码，冗余校验，数据判选，系统能够很好的进行无线收发。3.1.1卷积编码数据组帧完成后，由低位至高位进行并串转换，进行卷积编码。卷积编码是一种纠错信道编码，是由连续的输入信息序列经编码后得到连续输出的编码序列口。以（n,k,m）来描述卷积码，k为每次输入到卷积编码器的bit数，行为每k元组码字对应的卷积码输出n元组码字，m为编码储存度。卷积编码生成的n元组元不仅与当前输入有关系，还与前面m一1个输入的k元组有关系。本系统采用（2,1,4）卷积编码器，如图5所示。图中“+”代表异或。每bit经编码后都有2bit输出（C1,C2）。图5（2,1,4）卷积编码器3.1.2Viterbi译码接收端有2个接收通道，互不干扰。接收端对2个通道同时译码。译码采用Viterbi译码。Viterbi译码算法是一种卷积码的解码算法。Viterbi译码根据最大似然算法规则，能达到最佳译码，特别适合向前纠错。以本设计为例，根据图5,编码器4个延时状态（0，1）组成整个编码器的16个状态（D4D3D2D1），每个状态在编码器输入1或0时，跳转到另一个状态。并且输出也随之改变。译码就是编码的逆过程。算法规定任意t时刻收到的数据都要进行32次路径值计算、16次比较，比较后每个状态只保存一个路径值，为接下来计算减少了一半的运算量。反复208次，从16条幸存路径中选出一条路径值最小的，反推出这条路径，得出相应的译码输出。考虑到每次译码后，译码器都能回到初始状态，所以源数据最后加了8bit的“0”。本设计采用并行处理结构，经214个周期还原出源码。在设计FPGA逻辑时，基本采用多条并行的流水线技术，译码部分包含4个子模块：加比选模块、回溯模块、存储模块和时钟控制模块。路径值的计算和比较在3个时钟周期内完成，4个模块同时运行，大大的降低了译码时间。另外，为了提高FPGA效率，系统加入采样触发信号，保证系逻辑能够稳定运行。3.1.3数据判选经译码后，接收端已接收到2组互为备份的数据。经实践证明，简单的并联冗余能大大的提高系统的可靠性。具体选择流程如图6所示。2路数据经Viterbi译码后，开始接收一帧数据，并写入RAM中，同时计算CRC校验、帧完整性检测、ID是否符合本地。上述检测都没问题时，对2路幸存路径的度量值进行比较，选择值小的通道作为最终数据。图6数据的选择3.2同步的实现为了保证编码器和译码器之间能严格实现同步，数据帧需要加入同步帧。实现帧同步的方法通常有2种：起止同步法和集中式插入同步法。起止式同步比较简单，一般在数据码元的开始和结束位置加入特定的起始和停止脉冲来表示数据帧的开始和结束。集中插入式同步法中插人的同步码要求在接收端进行同步识别时出现伪同步的概率尽可能低，并且要求该码具有尖锐的自相关特性以便识别。7位巴克码作为帧同步码，其局部自相关函数为：由上公式计算可知，7位巴克码的自相关函数在j一0时出现尖锐的单峰特性。设计中采用2组同步帧头作为同步码，同步帧头由7位巴克码和1bit的0组成。到现在为止，待发数据bit数为：208×2+8×2-432bits。经调制解调后，接收端检测帧同步信息，同步信息为2组11100100组成。每组同步信息高7位与7位巴克码相比，允许出错位数在1位以内。设P为码元错误概率，行为同步码组的码元数，m为判决其允许码组中的错误码元最大数，在本系统中行n=7，m=1。在P=0.01时，单一barker码的漏同步概率为：当2组同步帧都满足时，帧同步建立，接收端保存接下来的数据。无线通信电台与FPGA以rs485连接，如图7所示，FPGA检测X是否为“0”，当检测到“0”，不接收端对接下来的数据X与本地巴克码对应位进行位异或运算。当检测1bytebarker码，错1位以内时，发出一value脉冲。当检测到2个value脉冲时，说明同步已建立，接收端开始存储接下来的数据。图7barler码识别4系统监控模块的实现STM32与FPGA连接如图8所示，由于ARM与FPGA的相互通信直接影响着控制器的性能，所以该并行总线的设计就成为一个非常关键的问题。该总线可以包括芯片的地址总线（ADDR[021]）、数据总线（DB[015]）、控制总线、复位信号（nRST）以及中断信号线（INT），其中控制总线包括使能信号（nOE）、片选信号（nCS）、读信号（nRD）、写信号（nWE），这样做的好处是，将FPGA芯片存储器化，即STM32可通过对特定地址的访问来控制FPGA工作，并且可通过共同的复位信号将STM32与FPGA芯片同时复位，尽量避免总线竞争和冒险现象的出现。

持续监测心脏活动可以测量心率变异性（HRV），该参数可以了解到心脏健康状况和其他疾病。本设计实例是一款全新的脉搏血氧计设计，使用起来非常简单，并且功能强。借助优异的性能，它甚至可以作为单独设备使用，以监测心率及血氧饱和度。该系统的核心部件包括超亮红光LED（KA-3528SURC）、红外线LED（VSMB3940X01-GS08）、对两种光的波长同样敏感的光电二极管（VBP104SR）。运算放大器LT6003为整个系统的基本构件，在电路的几个放大级均有使用。在图1中，IC1充当跨阻抗放大器使用，将光电二极管产生的电流转换为电压。这一级提供高增益，从而使几乎人体的每个部位都能使用传感器。运算放大器IC2充当30倍增益的反相放大器。图1:脉搏血氧计。比较器IC4负极输入使用峰值检测器电路连接至修正信号。IC3、D1、C6等元器件用于检测并保持输入信号的最大电压。R7和R10用来对C6电容器放电。该电路用作基准电压，即使是传感器在人体上位置的突然变化，其所产生的微弱脉搏也都被检测到。该电路配备了一个高通滤波器和两个低通滤波器，用于滤除外部光线变化或交流闪光灯闪烁产生的不期望的干扰信号。高通滤波器和第一个低通滤波器的频率设置为0.86Hz和159Hz。高通滤波器和低通滤波器的其他端子并未接地，而是接到1V基准电压，以增加对检测信号的偏置，以便后续处理。基准电压由LM4040和分压器（R15、R16）产生。经过IC2后，频率设为5.9Hz的第二个低通滤波器对信号进行处理，进一步滤除其他不期望的干扰信号（见图2、图3）。图2:COMP节点（CH1）和脉搏节点（CH2）随时间变化的电压输出。图3:输出节点上的信号。本文并未对脉搏读取过程展开论述，其可以通过带ADC的MCU来完成。MCU用于控制LED，检测信号，并将信号转换为血样饱和度。即使采用窄带带通滤波器也可以对血氧饱和度进行计算。当红光LED点亮后，ADC即开始检测信号。在两个或三个脉搏之后，红外线LED可以与红光LED同时点亮。MCU利用S=VR/VIR公式进行计算，其中电压为峰峰值读数，而S则代表组织血氧饱和度（StO2）校准表格中的数值。来源：维库电子市场网

引言据不完全统计，我国每年因漏电而引起的触电事故、火灾造成数千人死亡和数十亿的经济损失，因此对可以防止漏电火灾及人身触电保护的漏电保护器的性能提出了更高的要求。文章介绍的漏电保护器动作特性自动测试系统，可测量漏电保护器的漏电动作电流值、分断时间和漏电不动作电流值，对提高漏电保护器工作的可靠性提供了主要技术参数，检测过程具有较高的自动化水平，可对在线运行与非在线运行的漏电保护器进行检测。系统硬件设计表征漏电保护器的参数较多，其中与用电者人身安全关系最为密切的是漏电动作性能，描述漏电动作性能的主要参数为额定漏电动作电流（I△n）和漏电动作时间。额定漏电动作电流是由制造厂规定的漏电保护器在规定条件下必须动作的漏电动作电流值，它反映了漏电保护器的漏电动作灵敏度。漏电动作时间指从突然施加漏电动作电流时起，到保护电路切断为止的时间。为了防止漏电保护器误动作，国家标准规定了漏电不动作电流（I△n0），它是指漏电保护器在规定条件下必须不动作的漏电电流值（优先值为0.5I△n），是在电网上投入运行所必须的技术参数。图1漏电保护器测试系统框图系统以LPC2132为核心，具有扩展测试电流的产生和调节模块、动作执行单元、电流检测电路以及键盘等外围设备。LPC2132是一个支持实时仿真和跟踪32位ARM7TDMI-S核的微控制器，1个10位8路A/D转换器，2个32位定时器/计数器，6路PWM单元输出，2个硬件I2C接口和47个GPIO，2个16C550工业标准UART，以及多达9个边沿或电平触发的外部中断。16kB的片内静态RAM和64kB的片内Flash程序存储器避免了LPC2132外扩存储器，简化了电路，提高了运行速度。漏电保护器的动作特性自动测试系统结构框图如图1所示。图2测试电流产生及调节模块1测试电流产生及调节模块测试电流产生和调节模块如图2所示。测试电流的产生是将50Hz、220V的正弦交流电经过220:12的降压变压器和电动调压器，输出0~12V的正弦交流电，再通过回路电阻，产生需要的测试电流。测试电流的产生分为3档，以满足不同的测量范围。继电器J1吸合，可产生0~1000mA的测试电流；继电器J2吸合，可产生0~500mA的测试电流；继电器J1、J2都不吸合，可产生0~100mA的测试电流。每一档测试电流的调节通过LPC2132控制电动调压器实现。为了使测试电流能均匀地变化，电动调压器采用了交流伺服控制。在测试过程中，LPC2132对采集到的实时回路中的测试电流值与设定值比较，并计算得到控制量，控制伺服电动机转动，带动电动调压器的电刷在副边上稳定地滑动，使副边电压变化，从而改变回路中的电流。LPC2132的P0.2脚输出脉冲信号控制伺服电动机的运动速度，P0.3脚输出高或低的电平信号，控制伺服电动机转动的方向。2电流检测电路电流检测电路如图3所示。通过电流互感器对测试电流进行采样，将电流互感器的二次侧输出信号经滤波、放大、电压提升等电路，变换为A/D模块可以采集的单极性电压信号（0~5V）后送入LPC2132。图3电流检测电路在检测电流的大小时，根据测试电流的周期（工频）按照每个周期40个点进行采样，采样一个周期后，根据电流互感器的衰减倍数和提升电压的数值，通过软件算法计算出实际的电流有效值。电路应满足如下条件，当交流电流的瞬时值达到正向峰值时，放大器输出5V；当交流电流的瞬时值达到负向峰值时放大器输出0V.3A/D转换及控制电路电流检测电路的输出信号VOUT送入LPC2132内置的8路10位高速A/D转换输入端，对漏电电流的大小进行检测。由于A/D转换为10位，当输入电压为5V时，输出数据值为1024（4FFH），因此最大分辨率为0.0049V（5V/1024）。若产生测试电流的回路电阻为12Ω时，漏电电流的分辨率为0.4mA（0.0049V/12Ω），完全满足测试需要。漏电保护器的漏电电流产生的开始信号和动、静触头断开信号分别送入LPC2132的外部中断输入端，采用中断的方式对漏电保护器动、静触头的分断时间进行检测。P0.5与P0.6脚分别控制继电器J1、J2的闭合和分断，选择三种不同测量范围的测试电流。LPC2132与上位机之间采用串行通信，由于系统是3.3V系统，所以要使用SP3232E进行RS-232电平转换。SP3232E是3V工作电源的RS-232转换芯片。A/D转换及控制电路如图4所示。软件设计LPC2132软件部分的设计基于嵌入式C语言，采用模块化程序结构。包括主程序、系统初始化子程序、人机接口控制功能子程序、电流采样子程序、漏电动作电流检测子程序、漏电动作时间子程序、与上位机通信子程序、上位机PC监控程序。主程序是漏电动作特性检测试验的核心程序，在测试系统开始工作后，程序保持在主程序中循环运行，根据不同需要对其它功能子程序进行调用，调用完毕后，程序返回主程序继续进行循环。主程序流程图如图5所示。图5主程序流程图系统初始化子程序主要完成系统初始化工作，包括引脚配置初始化、A/D转换初始化、定时器初始化、中断初始化、系统参数初始化、设定检测项目和参数等。人机接口控制功能子程序是控制系统与人之间的交流，主要实现按键功能的扫描。电流采样子程序对送入LPC2132的测试电流信号（经滤波、放大、电压提升后变为0~5V的单极性电压信号）进行A/D转换，通过计算将所得数字量还原为实际电路中的电流值。漏电动作电流检测子程序用来检测漏电保护器断开瞬间的漏电电流值（I△）。漏电动作时间子程序完成对漏电保护器漏电动作时间的检测。与上位机通信子程序主要完成LPC2132与上位机PC的通信。上位机PC监控程序主要实现上位机PC对LPC2132的控制及显示测量结果等。测试系统的上位机PC监控程序基于LabVIEW8.6平台开发，通过LabVIEW的图形化编程环境，利用LabVIEW8.6中的串口子选板内的串口通信操作的功能函数，通过串口函数的配置，比较容易地编出所见即所得的程序界面，简化了Windows的串行通信编程，实现数据的接收和发送。图6测试系统界面控制界面如图6所示，图中显示了一次测量数据。系统开始测试后，根据设定测试参数，自动对测试设备进行初始化，软件制定控制端口控制字，以选择适合的硬件电路回路和采样电阻。使测试电流从小于0.2I△n开始，在30s内稳定地增加至I△n，测定漏电保护器断开瞬间的漏电电流值I△，若满足I△n0结论本测试系统克服了传统手动测试方法存在的弊端，操作界面简单，只需在测试时输入测试条件和参数就可以开始测试。测试结果一目了然，实现了测量自动化和智能化，既能检测非在线运行的漏电保护器，又能检测在线运行的漏电保护器。提高了漏电保护器的测试水平，为漏电保护器的性能研究、质量检验及生产提供了有效手段。来源：维库电子市场网

从事电源行业的朋友们都知道，所谓EMC其实就是设备或系统在其电磁环境中能正常工作，并且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。通常其测试包括对其向外界发送的电磁骚扰强度进行测试，以及对其在规定电磁骚扰强度的电磁环境条件下进行敏感度测试，前者是以便确认是否符合有关标准规定的限制值要求；而后者是确认是否符合有关标准规定的抗扰度要求。掌握一定的EMC测试技术是十分必要的，本文就将分享那些EMC的测试要点以及其故障排除方案。单片机系统EMC测试1.测试环境为了保证测试结果的准确和可靠性，电磁兼容性测量对测试环境有较高的要求，测量场地有室外开阔场地、屏蔽室或电波暗室等。2.测试设备电磁兼容测量设备分为两类：一类是电磁干扰测量设备，设备接上适当的传感器，就可以进行电磁干扰的测量；另一类是在电磁敏感度测量，设备模拟不同干扰源，通过适当的耦合/去耦网络、传感器或天线，施加于各类被测设备，用作敏感度或干扰度测量。3.测量方法电磁兼容性测试依据标准的不同，有许多种测量方法，但归纳起来可分为4类；传导发射测试、辐射发射测试、传导敏感度（抗扰度）测试和辐射敏感度（抗扰度）测试。4.测试诊断步骤5.测试准备●试验场地条件：EMC测试实验室为电波半暗室和屏蔽室。前者用于辐射发射和辐射敏感测试，后者用于传导发射和传导敏感度测试。●环境电平要求：传导和辐射的电磁环境电平最好远低于标准规定的极限值，一般使环境电平至少低于极限值6dB。●试验桌。●测量设备和被测设备的隔离。●敏感性判别准则：一般由被测方提供，并实话监视和判别，以测量和观察的方式确定性能降低的程度。●被测设备的放置：为保证实验的重复性，对被测设备的放置方式通常有具体的规定。图1电磁兼容测试诊断步骤6.测试种类传导发射测试、辐射发送测试、传导抗扰度测试、辐射抗扰度测试。7.常用测量仪电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）测试，需要用到许多电子仪器，如频谱分析仪、电磁场干扰测量仪、信号源、功能放大器、示波器等。由于EMC测试频率很宽（20Hz~40GHz）、幅度很大（μV级至kW级）、模式很多（FM、AM等）、姿态很多（平放、斜放等），因此正确地使用电子仪器非常重要。测量电磁干扰的合适仪器是频谱分析仪。频谱分析仪是一种将电压幅度随频率变化的规律显示出来的仪器，它显示的波形称为频谱。频谱分析仪克服了示波器在测量电磁干扰中的缺点，能够精确测量各个频率上的干扰强度，用频谱分析仪可以直接显示出信号的各个频谱分量。在解决电磁干扰问题时，最重要的一个问题是判断干扰的。只有准确将干扰源定位后，才能够提出解决干扰的措施。根据信号的频率来确定干扰源泉是最简单的方法，因为在信号的所有特征中，频率特征是最稳定的，并且电路设计人员往往对电路中各个部位的信号频率都十分清楚。因此，只要知道了干扰信号的频率，就能够推测出干扰是哪个部位产生的。对于电磁干扰信号，由于其幅度往往远小于正常工作信号，用频谱分析仪做这种测量是十分简单的。由于频谱分析仪的中频带宽较窄，因此能够将与干扰信号频率不同的信号滤除掉，精确地测量出干扰信号频率，从而判断产生干扰信号的电路。电磁兼容故障排除技术1.传导型问题的解决●通过串联一个高阻抗来减少EMI电流。●通过并联一个低阻抗将EMI电流短路到地或引到其它回路导体。●通过电流隔离装置切断EMI电流。●通过其自身作用来抑制EMI电流。2.电磁兼容的容性解决方案一种常见的现象是不把滤波电容的一侧看成直接与一个分离的阻抗相连，而看成与传输线相连。典型的情况是，当一条输入输出线的长度达到或超过1/4波长时，该传输线变“长”.实际可以用下式近似表示这种变化：l≥55/f式中：l单元为m,f单位为MHz.这个公式考虑了平均传播速度，它是自由空间理论的0.75倍。电介质材料及容差：电磁干扰滤波使用的大部分电容是无极性电容差模（线到线）滤波电容性电容共模（线到地/机壳）滤波电容共模（CM）去耦通常使用小电容（10~100nF）。小电容可以将不期望的高频电流在其进入敏感电路之前或在其离噪声电路较远时就将其短路到机壳上去。为了得到良好的高频衰减电路，减小或消除寄生电感是关键之所在。因此有必要使用超短导线，尤其希望使用无引线元器件。3.感性、串联损耗电磁兼容解决方案就电容而言，Zs和Z1如果不是纯电阻的话，在计算频率时，要使用它们的实际值。电容器串联在电源或信号电路时，必须满足：●流过的工作电流不应该引起电感过热或过大的有过之而无不及降；●流过的电流不能引起电感磁饱和，尤其是对高导磁材料是毫无疑问的。解决方案有以下几种：磁芯材料；铁氧体和加载铁氧体的电缆；电感、差模和共模；接地扼流圈；组合式电感电容元件。4.辐射型问题的解决在很多情况下，辐射电磁干扰问题可能在传导阶段产生并被排除，还有些解决方案是可以抑制干扰装置在辐射传输通道上，就像场屏蔽那样工作。根据屏蔽理论，这种屏蔽的效果主要取决于电磁干扰源的频率、与屏蔽装置之间的距离以及电磁干扰场的特性--电场、磁场或者平面波。●导体带。使用铜或铝带要吧简单快速地建立一种直接的屏蔽和低阻连连接或总线。它们对于临时的解决方案和相对永久的解决方案来说是很方便的。厚度在0.035~0.1mm之间，并且背面带有导电黏合剂以便安装。如果使用铜导电带，其通过电阻约20mΩ/cm2.应用场合：电气屏蔽罩；发生故障时泄露点定位；作为一个应急的解决方案，将塑料连接器变成金属的、屏蔽普通的扁平电缆等。●网状屏蔽带和拉链式外套。涂锡的钢网带：主要用来安装在一个已经装配好的电费护套上作为一种易安装的绷带型的屏蔽罩。为了降低电费的磁场辐射或敏感问题，钢网带是一种有效的解决方案。拉链式屏蔽外套：当有明显迹象表明电费是主要的引起EMI耦合的原因时使用。●EMI密封垫。应用场合：当下述条件存在，并且需要真正的SE时，EMI密封垫是最常用的解决辐射问题、敏感问题、ESD、电磁脉冲和TEMPEST问题的方法。已经把机箱泄漏确认为主要的辐射路径。啮合面不够光滑、平整或不够硬、本身无法提供良好的连接接触。●窗口和通风板的EMI屏蔽：适合对孔径的屏蔽。平面波的大概模型是：SE≈104（-20-lgl）-20lgf式中，SE单位为dB;l为网格或网孔的尺寸，单位为mm;f单位为MHz.当然，随着频率的下降，网孔的屏蔽效率SE的上限受限于金属本身。在近区场，对H场的屏蔽，其屏蔽功率SHE不受频率的影响，可由下式近似得出：SEH≈10lg（πr/l）

移动设备的电源管理要求变得日益复杂，因为消费者要求智能手机与平板电脑具备更多的功能和应用支持。设备和显示器耗电更高，应用处理器变得比以往更加强大，而设备尺寸却变得更小、更薄。通过利用过去几十年在微处理器领域不断完善的电源管理技术，包括以非常快的速度响应电源负载的快速瞬态响应，Intersil具备了得天独厚的优势，能够提供高效且功耗密集型的解决方案，通过单一、紧凑的集成型因数提高设备和系统的电池续航时间。一、移动电话1.移动电话设计框图消费者不断要求智能手机和平板电脑支持更多功能和应用，这对设计提出了重重挑战，并加剧了市场竞争。Intersil的数字电源平台正在推动创新，以满足当今最复杂的电源系统设计的要求。通过提供一流的电池管理、开关、LDO和光传感器等，Intersil可提供手机设计所需的效率和稳定性。2.应用于移动电话的电源管理器件1.电源管理1）线性稳压器ISL78302A:带低噪音、超高PSRR和低IQ的双LDOISL78302A方框图ISL78302A应用框图2）多输出控制器ISL9440B:三重降压PWM和单线性控制器（带可编程软启动）ISL9440B方框图ISL9440B应用框图二、手持GPS对用于通勤和一般导航的GPS设备而言，准确性和可靠性至关重要。Intersil由电源管理、转换器和接口产品组成的全面产品组合，配以软件和高级开发工具，有助于开发值得消费市场信赖的多功能GPS解决方案。1.手持GPS设计框图2.应用于手持GPS的电源管理器件1）存储器电源管理：线性稳压器2）WLAN电源管理：集成式FET稳压器、线性稳压器-应用特定三、游戏机通过利用过去几十年在微处理器领域不断改善的电源管理技术，Intersil可提供高效的功耗密集型解决方案，延长设备的电池寿命并推广令消费者心动的新游戏产品。1.游戏机设计框图2.应用于游戏机设计的电源管理器件1）芯片集电源管理：多输出控制器ISL6227:带DDR选项的双路便携式PWM控制器ISL6227应用框图四、地面机顶盒（NTSC/PAL）Intersil提供一系列电源模块、控制器、稳压器等，为充满竞争的消费市场开发尖端机顶盒设备。1.地面机顶盒（NTSC/PAL）设计框图2.应用于地面机顶盒设计的电源管理器件1）电源管理器件2）SLIC电源管理器件五、数字视频录像机Intersil的视频产品范围从基本的构建模块到全面的系统整合芯片；经优化，可满足数字视频录像应用的价格、性能和功能要求。我们的电源、LCD和音频/视频解决方案旨在推动创新，并为新的视频电子产品创造竞争优势。1.数字视频录像机设计框图2.应用于数字视频录像机设计的电源管理器件1）存储器电源管理器件2）系统电源管理器件来源：维库电子市场网

1.电池管理系统概述在便携式应用中，空间是极其重要的。TI提供的高级解决方案采用QFN和晶圆级芯片规模封装并具有很高的集成度，旨在缩减解决方案的外形尺寸。除了减少板级空间占用之外，许多此类解决方案还降低了功率耗散并提高了总体效率。TI的电池管理解决方案可支持多种电池化学组成和电池单元数量，从普遍使用的锂离子电池（Li-Ion）技术到业界标准的镍氢电池（NiMH）和铅酸电池等。TI的相关产品支持广泛的应用，例如：移动电话、智能手机、平板电脑、便携式消费设备、便携式导航装置、笔记本电脑以及诸多工业和医疗应用等。TI拥有与您的设计规范相匹配的电池管理器件，另外，我们还提供了可帮助您的设计更快面市所需的评估板、应用手册、样片和数据表。2.设计因素电池化学组成-每种电池化学组成具有不同的工作特性，例如：放电模式和自放电速率。TI的电池电量监测IC是按照电池化学组成开发的，以补偿这些差异，从而准确地显示电池中的剩余电能。而且，每种电池化学组成对其充电算法都具有独特的要求，这对最大限度地扩充其容量、延长电池使用寿命以及提高安全性至关重要。充电控制拓扑结构-简单的线性拓扑结构非常适合于充电电流小于1A的低功率电池组（例如：单节或两节锂离子电池）应用。开关模式拓扑结构则理想适用于依靠USB端口执行的快速充电或者那些要求充电速率大于1A的大型电池组。开关模式转换可将充电过程中产生的热量减至最少。无线电源拓扑结构采用共有磁场，以提供非接触式功率传送的优势。无线充电为便携式设备提供了一种额外的电池充电选项，也可作为其他5V充电电源的替代方案。输入电压-IC宽阔的输入电压范围和输入过压保护不仅能实现最高的安全性，同时还能允许使用低成本的未稳压墙式适配器。串接电池的数量-电池组由一串串联和并联的电池所构成。对于每个串联电池或并联电池组都必需提供针对过度充电、过度放电和短路状况的保护作用。电池管理3.电池管理解决方案1）新兴电源应用之太阳能充电光伏技术业已取得重大进步，目前能够从太阳实现更具成本效益和高效率的能量收集。如今的大多数太阳能收集均使用高功率设施，这些设施负责向家庭或商业楼宇提供补充的交流（AC）功率，且通常与公用电网相连。然而，现实中的许多设备和装置仍未与电网相连接，或者电网本身可靠性欠佳，再或者与交流电源的连接完全不切实际。在这些应用中，利用太阳来给那些负责为离网应用供电的电池实施充电是一种更为实用的解决方案。对于此类应用而言往往需要在成本与光伏效率之间进行权衡。既要最大限度地增加可从太阳能板获取的功率，同时也必需兼顾总体系统的成本和尺寸。下面的示意图给出了两个低成本太阳能充电器应用的实例，其中，电池充电器与简单的电路实现了集成（以最大限度地提高太阳能板的功率点），并且与用于负载调节的电路进行了集成。通过增设诸如LED驱动器等器件，即可开发简单的太阳能街灯或太阳能灯笼。由一个USB开关和一个升压型转换器构成的实现方案能够形成一种适合便携式设备的简单的太阳能充电器。其他应用可实现用于太阳能供电风扇或泵类的电机驱动器。这些只是TI新型太阳能充电器IC系列所能实现的诸多应用选项当中的一小部分而已。太阳能充电应用框图2）新兴电源应用之混合动力汽车（HEV）电池管理电池管理电池管理系统（BMS）是HEV整体架构中的要素之一。智能型实现方案不仅能够延长电池的使用寿命，而且还有望延长汽车采用纯电力驱动模式时的行驶距离，对于最终用户来说这是一个关键的卖点。BMS模块需要具有电池监控和电池电量平衡特性，常常通过不同的通信路径进行连接以确保系统冗余度。另外，内置的温度管理功能电路对于系统的寿命及安全性来说也是一个至关重要的因素。完整的BMS代表了一种安全关键程度很高的功能；因此，可靠的通信和准确的数据测量是不可或缺的。混合动力汽车电池管理3）新兴电源应用能量收集由于人们正在开发各种新型的可替代（离网）能源，因而需要用于收集、存储和调节此类电能的电源管理技术。来自诸如光伏板、动力（振动）MEMS和热电元件（利用了帕尔贴[Peltier]、汤姆逊[Thompson]或塞贝克[Seebeck]效应）等能量源的能量提出了一项挑战，就是如何将超低的“毫微”级功率转换至更加可用的水平、并将此能量存储起来以供日后之用。TI持续不断地开发旨在应对这些能量收集难题的新型电源管理IC,包括超低功耗器件，如LDO和高效升压型转换器及电池充电器。这些电源管理器件进一步完善了TI的低功耗MCU及射频（RF）、放大器和传感器IC产品线--从而为利用新型超低功率可替代能源供电的系统提供了一种整体解决方案。能量收集应用框图4）无线电源作为最早推出符合Qi标准之器件的厂商，TI是新型无线电源市场的领导者。无线电源联盟（WirelessPowerConsortium）目前的会员超过81个，TI便是其中之一。该联盟正在制定使用Qi标准来实现可互操作型无线充电的国际标准。bqTESLA芯片组使得客户能够为其电子设备提供高达5W的功率，因而符合Qi标准。目前，组成bqTESLA芯片组的发送器和接收器解决方案已经达到了规模生产的要求。bqTESLA接收器系列包括bq51013和bq51011，可输出5V电压并利用嵌入式通信技术提供闭环控制。软件已被写入器件，故而无需进行软件编程。bqTESLA发送器系列包含bq500210和bq500211，可操作和控制符合Qi标准的无线电源功能。来源：维库电子市场网

智慧家居作为物联网涉及的重要领域，发展迅速，智能家居产品开始逐渐步入人们的生活。其中，智能灯是智能家居的代表性产品之一。智慧灯不是传统灯具，而是智能设备的一种，除了智能灯体，还有一个手持智慧控制设备，智慧灯控制设备具备计算能力和网络联接能力，通过应用程序，功能可以不断扩展。智能灯的核心功能是控制、灯光效果、创作、分享、光与音乐互动、光提升健康和幸福。NXP恩智浦公司推出的JN5168是超低功耗的高性能无线控制器，体积小巧。NXPJN5168支持JeNet-IP、ZigBeeSmartEnergy、ZigBeeLightLink、RF4CE和IEEE802.15.4网络协议，适合开发SmartEnergy、HomeAutomation、SmartLighting、遥控或无线传感器应用，能提供极低的发送和接受功耗。世平集团推出基于NXPJN5168RGBLED灯驱动方案是一款智能LED驱动。可通过Zigbee连接到手机并由手机APP来控制开灯关灯、亮度调节、选择颜色（红、绿、蓝、白光）等。►产品实体图►展示版照片►方案方块图►核心技术优势①效率大于80%②高效率因素③通过EMV/EMC/ESD测试►方案规格①85V或265V交流输入②隔离驱动③调光范围0%到100%④原边电流回馈⑤高效率因素来源于大大通。

物联网是新一代信息网络技术的高度集成和综合运用，是新一轮产业革命的重要方向和推动力量。传感器是物联网系统中的必备的信息采集设备，若没有传感器对最初信息的检测、交替和捕获，所有测试和控制都不能实现。智慧化是传感器技术在物联网领域突破和发展的重要方面。ZigBee技术是一种高可靠的无线数传网络，通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持多节点扩展。其优势体现在ZigBee技术是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。具有低功耗、低成本、低复杂度、扩展性强、高可靠、超视距等特点，在实际使用中操纵简单，节省成本。世平集团推出基于NXPJN5168智慧温湿度传感器方案，通过传感器采集到环境的温湿度，并把数据通过Zigbee无线网络传输到服务器端，实现对环境温度的监测；同时，当环境温度/湿度高于设定的阈值，温湿度传感器会进行报警（蜂鸣器响&LED亮）。►产品实体图►展示版照片►核心技术优势1.监测温度：本方案可以通过传感器采集到环境的温湿度，并把数据通过Zigbee无线网络传输到服务器端，实现对环境温度的监测。2.报警提醒：阈值会被设定到温湿度设备端（本地端），本地端采集资料，判断其值是否高于/低于阈值，如果超过阈值，本地端会自身触发“报警”，同时将数据&On属性上报给网关。3.LED指示灯：LED指示灯会通过不同的闪烁情况，表示待组网状态、组网过程、组网成功、解除绑定/Reset、报警状态等状态。4.资料上报：Sensor每隔10分钟唤醒一次，并通过zigbee模块上报云端保存数据。►方案规格本方案支持Zigbee通信协议，入网方式采用ZHA所要求的EZ-Mode模式，上行通信采用Report方式。本方案采用NXPJN5168负责将温湿度信息用ZigBee无线信号传输。32位RISCCPU，1~32MHz时钟。4GHz的IEEE802.15.4标准。来源于大大通。

物联网是一个极其庞大的网络，其实质就是将设备通过网络连接起来，这其中既需要远距离无线通信技术，也需要短距离无线通信技术。相较其他短距离无线通信技术而言，由于ZigBee相较而言具有通信距离较长、功耗较低、安全性较高、成本较低，组网规模理论上可以达到6万多个节点等特点，符合数字家庭应用要求的低成本，高安全性，较大的组网规模和较低的功耗。因此，市面上已有的物联网设备端更多的选用了ZigBee技术。网关是感知网中的核心设备，数字家庭中包含的安防传感器、智慧家居、智慧传感等都可以通过无线方式接入到网关，再由网关将数据通过传入云端。路由器由于其自身的特性，非常适合作为物联网网关。由于越来越多的物联网设备端采用了ZigBee技术，因此在已有的路由器设备上加入ZigBee功能，实现物联网设备的联网是大势所趋。世平策略合作方案商RayLink推出基于NXPJN5168网关方案，本方案不但可以实现ZigBee组网功能，并且可以实现对Zigbee灯板等设备的控制。。►方案方块图►核心技术优势①物联网网关：本方案是支持ZigBeeHomeAutomation（HA）协议的物联网网关方案，ZigBee自有协议。②用遥控器控制灯：本方案支持在IoT网络建立后，可以用遥控器控制灯亮、灭以及变亮、变暗。还可以对加入网络的其他ZigBee设备进行操作。►方案规格本方案供电方式为DC5V/1A。本方案无线工作频段数为16。本方案工作频率为2.4GHz，支持ZigBee自组网，自恢复技术。本方案采用JN5168无线模块，可支持多个网络堆栈（包括ZigBee®HomeAutomation、ZigBeeLightLink、ZigBeeSmartEnergy、JenNet-IP™和RF4CE），并且体积小巧（只有16mmx21mm），还能提供极低的发送和接收功耗。所有模块均采用256kB的闪存、32kBRAM和4kBEEPROM，以及同类最佳低功耗睡眠模式。SPI接口可连接其他外部闪存，用于需要更新无线固件的应用以及所有其他主要功能和芯片I/O，如可以访问I2C、ADC、UART和PWM。来源于大大通。

经常商务出差或外出旅游的人，一定都曾有种控制饭店内空调不方便的住宿经验，尤其是住宿中低价位的饭店或商务旅馆时；而这种不方便，通常是躺在被窝里休息，但觉得室内温度过高或太低而需要调整空调时，就必需从被窝里钻出来，走到门口或墙边的空调控制器去设定想要的温度或风量；若是随手拿起手机就能控制室内空调，一定能给旅人更高的住宿满意度。随手拿起手机就能设定室内温度及风量，最便捷的做法就是在空调控制器上加入BLE功能，最好还能把空调控制器跟循环风扇的马达控制器结合，如此一来，墙上的控制器便是可有可无了，再者，让旅人到饭店指定网址下载空调控制APP，无形中也增加了广告效果，可谓一举两得。本参考设计是将SimpleLink™蓝牙低功耗CC2541无线微控制器应用于循环风扇的马达控制器应用的示例。其电路板包括由CC2541控制主控MCUTMS320F28027F，即使用者可透过智能手机App下达空调循环风扇转速控制指令给CC2541BLE芯片,后由CC2541将指令转达给马达驱动MCUTMS320F28027F，MCU再依该指令进行用户所设定转速来控制空调循环风扇。►产品实体图►展示版照片►方案方块图►核心技术优势(1)一般交流电源提供电力(2)全桥整流后由UCC28880+UA7805+TPS562200转换电源给所有系统组(3)TIBLEMultitoolRemoteControlAPPforAndroid(4)MCU依据BLE设定的转速来驱动马达(5)MCU将马达驱动命令下达给74AHT245以控制FairchildIPM来控制风扇转速(6)MCU同时参考OPA322提共之电流信息以调控SPM达到正弦控制(7)MCU/SPM同时监控LMV7235过电流信号以进行过电流保护►方案规格(1)采用TICC2541模块进行风扇转速设定(2)电源部分利用UCC28880+UA7805+TPS562200为系统供电(3)马达驱动由TITMS320F28027F+D74AHT245+SPM组成(4)MCU搭配OPA322达到弦波控制来源于大大通。

WiFi物联网小车设计方案，采用电脑上位机软件通过无线WiFi控制小车的运动，采集小车的信息。与传统的“智能小车”相比，主要特点在于使用32位高性能单片机控制、互联网通信机制和电脑上位机软件控制。此方案融合了电脑软件、网络通信、图像处理、图形显示、运动控制、速度采集和温度采集等技术，具有“物联网”的相关特点。传统的小车控制大多使用红外通信，使用遥控器进行控制，不但受到距离的限制，而且远没有电脑软件直观美观。互联网通信使小车具备远程控制的能力，这是红外通信望尘莫及的。此外，本方案小车控制芯片采用Cortex-M3单片机，该单片机具有极丰富的外设，这给小车以后功能升级和扩展奠定了基础。1总体设计方案WiFi物联网小车设计方案需要达到的目的是使用电脑软件（简称上位机）通过互联网与小车控制端（简称下位机）进行通信，从而控制小车的运动，采集小车的速度、温度以及视频监控等功能。总体设计方案如图1所示。图中有2种通信模式可选，其中“WiFi局域网小车控制”是采用局域网的方式，将上位机、无线路由器和小车组成一个局域网，实现上位机控制小车的目的。“互联网远程小车控制方案”是采用远程互联网的方式，将上位机与小车组成一个互联网，从而实现远程控制小车的目的。2种方案的技术类似，由于受到实验条件的限制，本设计以局域网小车控制为例进行讲解说明。图1总体方案设计从通信的角度来讲，无线路由器是上位机和下位机的数据中心，上位机通过Winsocket套接字编程创建一个网络接口与路由器进行连接，小车端通过一个串口转WiFi模块，将串口数据通过WiFi模块转换成WiFi信号与路由器交互。此过程中，上位机和下位机WiFi模块均有一个独立的局域网IP地址。通过这个IP地址上位机和下位机便可以实现网络通信。从控制的角度来讲，上位机是小车的控制中心，上位机通过“按键”发出指令给小车，小车收到指令后回传相关数据给上位机，上位机收到小车回传的数据，经过解析，将其显示出来。1.1上位机软件设计上位机主要功能是控制小车运动，显示小车的速度、周围的温度以及小车采集的摄像。如图2所示，这些功能由2个线程来完成分别是“图像、声音处理线程”和“小车运动控制，速度、温度采集线程”等。前一个线程主要负责接收并处理有小车WiFi摄像头传过来的图像信息和音频信息，此部分主要涉及到DirectShow相关技术。后一个线程主要负责小车运动的控制，包括“前进、后退、左转、右转、停止、加速、减速、转向灯和喇叭”以及接收处理小车回传的温度和速度信息等，并用虚拟图表显示出来。上位机软件2个线程都创建了一个互不相干的套接字，前者用于与小车WiFi摄像头进行数据交互，后者用于与小车串口转WiFi模块进行数据交互。图2上位机软件设计方案1.2下位机软件设计下位机软件设计，即Cortex-M3核心处理器的程序设计，如图3所示。设计方案主要包括：摄像的控制、小车4个电机的控制、DS18B20温度数据的采集、红外对管速度模块数据的采集以及采集到数据后数据的处理打包发送等内容。其中摄像的控制、电机控制以及温度和速度的采集均以函数的形式获取，当下位机收到上位机的相关命令后，便调用相应的函数获取到结果后用固定的格式发送给上位机。图3下位机软件方案下位机实现WiFi与无线路由器通信的核心是串口转WiFi模块，通过这个模块可以将下位机发送的串口数据直接转换成WiFi信号发射出去。在使用此模块之前可以通过多种方式进行配置，只要配置好了，便可以与制定的WiFi接入点进行网络通信。2设计方案特点及扩展说明2.1特点介绍本方案是基于将电脑软件、互联网通信以及单片机技术相结合的理念构想设计的。从单片机的选型、通信方案的确定以及上位机软件的设计等都与传统的“智能小车”有很大的特别之处。以下是本设计方案的3大特色：①小车的控制芯片采用功能强大的Cortex-M332位高性能、低功耗的处理器，该芯片具有丰富的外设，芯片还支持ARM公司提供的RLTx实时操作系统，使用起来非常方便；②通信方式采用TCP/IP通信协议，使用无线WiFi技术，实现对小车的控制。此通信方案（如图1），在具有私有IP的情况下可以连接远程网络，可以通过远程网络遥控小车，这在“智能家居”和“远程医疗”等领域将会有不错的使用价值；③利用电脑上位机管理软件，使单片机控制、网络通信和计算机软件有效地结合。此方案设计上位机软件来管理小车，符合将复杂的控制简单化、界面化的设计理念。2.2扩展说明Cortex-M3单片机强大丰富的外设资源为本设计的扩展奠定了强大的基础。除了已实现的功能外，单片机还剩下2个串口未用，这使小车还可以添加如下功能：GPS导航功能、语音功能以及GSM/GPRS发短信、打电话和无线上网功能。3方案难点及关键技术方案难点有：①上位机控制小车的运动对实时性的要求很高，而采集小车的速度并用表盘显示出来，这对通信的稳定性又提出了要求，而对于本来就存在延时的TCP/IP通信来说更是难上加难；②图像处理主要是借鉴网上DirectShow开发指南中提供的技术，很多内部的处理机制和信号过滤器的使用是难点；③上位机速度表盘显示速度不连贯，偶尔还有“卡死”的现象。关键技术有：①通信协议的制定；②下位机采集并处理信息的方法；③上位机套接字编程，速度表盘动态显示速度；④上位机显示小车监控视屏；⑤小车作为WiFi接入点接入网络。4系统仿真结果分析4.1WiFi物联网小车整体外观小车整体外观如图4和图5所示，系统由上位机和小车组成，小车控制电路放在小车上。小车控制器主要包括：电机控制、测速、测温、通信、图像采集和无线路由等。图4WiFi物联网小车图5小车俯视图4.2系统整体调试WiFi物联网小车控制系统上位机界面主要包括：网络设置、功能设置、视屏监控区、运动控制区、速度显示区、温度显示区以及调试窗口。网络设置用于上位机与小车进行网络连接，输入小车IP地址，点击“连接”即可。视频监控功能需要小车端安装WiFi摄像头，通过点击视频显示框下面的“Call”按钮可以连接WiFi摄像头的IP地址，连接成功即可获取摄像头采集到的图像。运动控制区用于控制小车的运动和显示小车的转向灯、喇叭等。速度显示区是一个速度表盘用于显示小车的实时速度。温度显示区是一个温度计的图形界面，可以显示小车上DS18B20传感器的温度值。通信调试窗口在调试程序时使用。4.2.1网络连接网络连接调试使用网上下载的TCP网络调试助手，首先设置TCP调试助手为服务器模式，设置服务器监听IP为192.168.16.110,端口设为345，连接网络，此IP地址和端口号是UART转WiFi模块的IP地址和端口号，通过单片机用AT指令设定。网络连接成功后，小车上位机会不断的发送“014,SR1,TE1,029.6”,表示小车端当前的温度是29.6℃。4.2.2小车运动小车运动控制部分的调试同样采用上位机和TCP网络调试助手进行调试。连接好网络后，在上位机上分别点击“↑”,“↓”,“←”,“→”,“█”,“加速”,“减速”。在调试助手接收窗口上依次接收到“:014,SG1,UP1,;”、“:014,SG1,DO1,;”、“:014,SG1,LE1,;”、“:014,SG1,RI1,;”、“:014,SG1,ST1,;”、“:014,SG1,AD1,;”和“:014,SG1,SU1,;”,分别表示“前进”,“后退”,“左转”,“右转”,“停止”,“加速”和“减速”。4.2.3温度和速度的显示温度和速度的测试直接在小车的实际运动过程中进行测试。打开小车，连接上位机，用手捂住小车上的DS18B20,观察上位机上温度显示区模拟温度计的度数变化，然后用手转动小车的轮子观察上位机速度显示区速度表盘指针的变化，改变温度和速度的大小，发现速度表盘指针和温度指示相应发生变化，因此可以判断温度和速度的传输没有问题。5结束语通过反复调试和修改代码，可以实现预想的功能。通信稳定，小车的控制可靠，数据采集的准确度和灵敏度达到要求。在不涉及到远程联网控制的情况下，系统的稳定性和可靠性已经远远超过普通的红外遥控小车和无线射频遥控小车。方案的意义在于将电脑软件技术、网络技术和单片机技术有效结合，突出体现并且深化了“物联网”的含义，未来必将广泛应用于社会生活和生产中。方案的应用领域主要有无人驾驶、远程监控和智能家居等。来源：维库电子市场网

在医师办公室或医院内外诊断健康问题的便携式医疗设备迅速增多。在将病人送往医院之前，便携式医疗保健设备可帮助医疗专业人士监控生命体征、恢复心脏跳动、利用超声检查体内状况。便携式医疗的目标是提供易于使用、可互操作并具有诊断价值的家庭医疗保健设备，以便将相关费用纳入医疗保险范围。这样就避免了医院出诊，降低了医疗成本。病人在家也可以使用便携式医疗设备来监控血压、肺活量、血糖水平，以及记录心脏事件。许多此类便携式医疗设备都带有USB或无线数据连接，允许医疗专业人员在医院和在家不间断地监控病人状况。同时，ContinuaAlliance正在制定基于USB、Zigbee和蓝牙标准的互通协议，这将加速上述通信接口的采用。对于采用电池供电的便携式医疗设备，提高计算能力、减小尺寸和延长运行时间的要求使得电源系统设计极具挑战性。电源系统对电池大小、运行时间、待机时间、物料（BOM）成本和可靠性均有影响。便携式医疗系统所涵盖的应用极其广泛，包括血压监控、血糖仪、脉搏血氧仪和超声应用等。一些应用要求硬件长时间工作，而另一些应用则要求较短的工作时间和较长的待机时间。虽然终端应用千差万别，但大多数便携式系统都可以简化为一系列核心功能：传感器采集数据，微处理器（带专用软件）分析数据，存储器存储软件和数据，以及数据连接用于访问结果。图1显示了一个带键盘和显示器的典型手持式便携系统。当连接市电时，便携式系统必须能够发挥最大处理能力，同时不会产生过多热量；当保持便携状态时，电池使用时间必须最大化。电池最长使用时间，即便携式设备在需要充电或更换电池前所能工作的时间，取决于电源系统因素，如电池容量、电源系统效率和电源管理软件。只有充分利用所有这些因素降低电池消耗，才能使电池寿命达到最长。大多数高性能便携式系统采用3.6V标称输出的锂离子充电电池供电。便携式系统包含多个集成电路，各集成电路都有自己的优化半导体工艺和工作电压要求。便携式应用的IC采用比电池更低的工作电压，因此需要使用降压调节器。当今最常用的调节器是低压差（LDO）和降压型开关调节器，如图2所示。LDO由基准电压源、误差放大器、分压器和传输管（passtransistor）组成。低压差调节器只需使用两个外部电容就能用较高直流电压产生较低直流电压，十分简便。不过，当Vin远高于Vout时，LDO效率低下，这是因为未输送到负载的功率会以热量形式损失。LDO效率约为（Vo/Vin）×100%。LDO无法储存大量未使用的能量，因此未输送到负载的功率以热量形式在LDO内部耗散。例如，连接到3.6V电池的2.6VLDO的效率为72%。此外，当要求LDO最大程度地省电时，必须检查其静态电流和使能功能。当系统处于正常工作模式与休眠模式之间的空闲模式时，低静态电流（Iq）可以减少系统的功耗，从而提高系统的自主性。使能输入引脚允许LDO关断，使休眠模式下的功耗不到1μA，从而延长电池使用时间。例如，ADP150就是一款出色的低静态电流LDO。图1.通用手持便携式系统当电源电压比工作电压高得多时，开关DC/DC转换器是更好的选择，它能够实现更高的效率，因为在将一个直流电压转换为另一个直流电压时，它能够将能量临时储存在电感的磁场中，然后释放给负载。便携式开关调节器以500kHz到3MHz的频率工作。DC/DC开关转换器有多种拓扑结构。内置开关元件的同步降压型调节器用于输出电压远低于输入电压的场合，在便携式系统中最为常用。用降压调节器替换LDO可以提高系统效率。例如，当利用LDO将系统电压从3.6V降至1.2V，为负载电流为300mA的微处理器内核供电时，LDO效率约为1.2V/3.6V×100%=33%，67%的输入功率以热量形式损失。为了提高效率并降低工作温度，应当用ADP2108等降压转换器取代LDO。降压转换器能将能量储存在电感的磁场中，因而效率更高。使用ADIsimPowerTM可知，在相同条件下ADP2108的效率为80%，比LDO提高47%。设计工程师会发现，ADP2108尺寸较小，仅使用两个去耦电容和一个1μH芯片电感，几乎可以直接取代LDO。选择降压转换器时需要考虑的其它省电特性包括：低静态电流、使能功能以及负载电流较小情况下的省电模式。图2.LDO和降压转换器的功能框图为使电池使用时间达到最长，除了优化便携式系统硬件效率以外，还必须优化电源管理软件。运行复杂的专用软件对计算能力提出了更高要求，需要使用高耗电量的高速微处理器。降低处理器速度可以降低功耗，延长电池运行时间，但软件性能会下降。系统架构师可以通过选择最适合应用的处理器速度来提高系统效率。便携式系统的另一种省电方法是关断不用的子系统，如微处理器、显示器背光、数据端口和处于测量间隙的传感器，使用调节器的使能输入或ADP190/ADP195等负载开关来隔离电池，如图1所示。设计便携式电源系统时，并不存在万用的解决方案。延长电池使用时间的方法有许多种，某种方法可能优于其它方法。本文所述的技术同时适用于便携式和市电供电的医疗设备，能够提高系统效率，降低内部温度和运行成本。作者简介KenMarasco是ADI公司电源管理部便携式电源系统应用经理，负责便携式电源产品的技术支持工作。他毕业于纽约理工学院（NYIT），获得应用物理学学位，拥有35年的系统和器件设计经验。来源：维库电子市场网

智能手环的出路在哪里？如今，医院每天有新生婴儿诞生，但是新生婴儿的外貌特征相似，并且缺乏语言及理解能力而不能与外界进行信息交互。据医疗部门统计报告显示，产科医院婴儿错抱和被盗事件时有发生，如何预防？由一群大四学生设计的婴儿智能手环方案，可解决这一难题。近日，网上一则安徽安徽巢湖某医院护士洗澡将新生婴儿抱错的消息在网上引起关注。医院新生儿错抱事件并不是第一次发生，2014年1月8日上午，安徽省蚌埠市怀远县第二人民医院里，小姚与小孙的爱人都选择了做剖腹产手术。不料，两家的娃娃却被抱错了。后来经DNA鉴定终于认回孩子。医院每天有新生婴儿诞生，对每个家庭和父母来说这个新生命都是最宝贵的财产，但是新生婴儿的外貌特征相似，并且缺乏语言及理解能力而不能与外界进行信息交互。据医疗部门统计报告显示，产科医院婴儿错抱和被盗事件时有发生，这些事件不仅给当事人造成心灵上的严重创伤，也使医院的声誉受损，甚至面临被诉讼及经济赔偿。在九月举行的“赢在广州”第三届大学生创业大赛中，南方医科大学一群大四学生研发的婴儿手环引起不少专家的兴趣。团队成为在实习工作中受启发，认为目前手写环并不够安全方便，从而想出用电子芯片的智能防盗手环。“如果是除了护士或妈妈的其他人抱走婴儿，手环会自动触发报警系统，并且开启门禁系统，犯罪分子哪都走不出去”。同时，手环还有监测婴儿体温，定位婴儿位置等功能。智能婴儿防盗系统硬件部分由四方面组成（1）婴儿防盗标签及腕带系统的核心是婴儿防盗标签设计，它是一个小巧的射频发射器，从戴上标签的瞬间开始，电子防盗标签就不断地自动发射出信号，以便系统随时进行监控。如未经授权，任何试图取下或破坏标签的行为会触发报警。考虑到要儿治疗、洗澡等需要较远距离的识别，系统设计采用有源标签。有源标签主要由电源、微控制器和RF发射组成。微控制器用于控制RF芯片的工作模式和频段，同时产生标签的内码，传送给RF芯片发射出去。有源标签射频部分主要由RF专用芯片组成。与标签配套使用的腕带可以进行调节以适应不同婴儿，但不可重复使用。由于新生婴儿在出生后的数天内会因迅速失去体内多余的水分而减轻体重，腕带还可以随时根据婴儿体重变化而调整。婴儿防盗标签可以重复使用，采用防水设计，可进行清洗，无任何过敏反应。（2）读卡器设计读卡器向防盗标签提供射频能量，从防盗标签中读出数据，完成数据信息处理，并实现应用操作以及高层交互应用。虽然因频率范围、通信协议、数据传输方式的不同，各种读卡器会有很大的区别和差异，但是所有的读卡器在上述功能上是很相似的。由于是远距离控制，读卡距离不能太远也不能太近，要使卡片一进入感应的范围就被识别。要求距离读卡器读卡全向范围稳定，具有明确的边界，读卡范围在3m以内；卡片不受人体影响，不能被人体屏蔽；卡片角度的转换对读卡距离影响小，读卡不存在死脚。综合各方面考虑选用低频系统，CryptagCensus系列感应射频识别产品能满足需求，发射频率为153kHz，接收频率为115kHz。对人体无辐射伤害，对心脏患者、孕妇、心脏起搏器、助听器等特殊人群和设备均无影响。接受到的数据通过RS485总线以及计算机网络传送到服务器，然后进行实时的监控以及后台数据处理。（3）出口监视器出口监视器安装在受控区域（例如妇产科病区）各出口附近而且不断发射出射频信号。一旦携带防盗标签的婴儿进入某个出口监视器的发射区域，接收到出口监视器信号的防盗标签就立即通过接收器向控制计算机发送报警信息。系统不断监控出口监视器的工作状态，并可在设备出错或遭到破坏时及时报警。监视器的监控范围在2~3m范围可调。（4）计算机控制系统计算机控制系统包括通信网关和防盗系统中的各种服务器以及终端计算机。通信网关安装在妇产科病区各楼层的弱电间，用于采集、处理本楼层各读卡器和出口监视器的数据，管理本楼层各读卡器和出口监视器的工作，同时以TCP/IP与服务器以及医院的局域网相连，包括门禁系统、保安室以及计算机中心等监控报警装置。智能手环报警系统的功能和价值防止恶意调换婴儿：婴儿腕带设计为一次性，一旦腕带被戴上，再次打开即无效，系统报警。这样防止了人为的恶意调换婴儿，避免了医院和病人可能引起的纠纷。防止盗取婴儿：婴儿从出生至出院的几天里，除特殊情况外，母、婴都会呆在一个特定监护的区域内，在这个区域内就是系统检测到安全区域。一旦婴儿被非法盗走（无授权带婴儿离开安全的监护区域），系统立即报警提示。事件的追溯查询：婴儿活动小区域范围、医护人员与及家长进入区域、报警事件等，系统都会自动记录，为事后查询提供依据。为医院创收：母亲及婴儿的腕带做的很精致，可以在出院时候卖给其家属作为出生纪念，很有意义。以每条150元卖给家属，1年按接纳2500名婴儿计算，每年可以创收375000元；或者可以在住院时收取正常的使用费，以每天收取15元使用费，1年按接纳2500名婴儿，每个婴儿住院3天计算，每年可以创收112500元。提高医院形象及管理水平：使用母婴识别和新生儿防盗管理系统，实现了系统的自动化管理，消除新生儿家属的担忧，减少了医院管理隐患，提高了整个医院的形象。来源：维库电子市场网

智能手环的市场究竟在哪里？就目前现状而言，智能手环要想获得市场又两个大方向：运动监测和便携医疗。本文介绍的可用于智能手环等可穿戴设备的脉搏监测IC方案，是一款性能稳定、监测精确的MCU--AST9D01L，并已获得了国家专利。方案概述对运动爱好者来说，监控脉搏可以防止自己运动过量，并可根据运动后的心率监测图来调整运动量；对于心脏病患者来说，实时监控脉搏则具有更大的意义。先越科技的AST9D01L是一款侦测心跳数据的MCU,用户可以通过SPI协议轻松读取它的心跳数据。已获得国家实用新型专利，专利号：201320678379.2。本实用新型涉及电子测量领域，公开了一种穿戴式心率计步装置，包括：用于发射绿光光源的发光二极管；用于接收绿光的反射信号的光学接收模块；用于检测运动状态的加速度传感器；用于对反射信号和加速度传感器信号进行处理，并获得心率脉冲信号和计步数据的微处理芯片；用于显示心率脉冲信号和计步数据的显示模块；其中，微处理芯片分别与发光二极管、光学接收模块、加速度传感器、显示模块电连接。本实用新型技术方案通过加速度传感器辅助纯绿光测量心率和计步数据的测量方式，使计步装置可穿戴在不同部位，如手指、耳垂、手腕和手臂等部位，适用于动态与静态的心率测量，从而提高产品的应用范围与自适应性。系统方框图方案特色AST9D01L是侦测心跳数据的MCU,用户可以通过SPI协议轻松读取它的心跳数据。它的系统由心跳测试IC和sensor加上AST9D01L组成，模块化设计，性能稳定可靠。本方案可连续主动/自动监测，也可以进行单点监测。测量原理系统结构图IC特征工作电压为：3.3V。正常量取心跳时电流：8.5~8.6mA。应用范围心跳量测计、心跳测试手表等相关消费电子领域。来源：维库电子市场网

近年来，LED行业发展迅猛，已普遍的应用在各个行业。LED的优势也渐渐显露，而LED在手机的LCD背光中的广泛应用也有若干年了。如今其应用正扩展到大面积的LCD应用，包括袖珍PC、汽车导航GPS、数字相框、可携式DVD乃至笔记型计算机。LED也正开始取代家用的、汽车和其它通用光源的传统白炽灯和卤素光源。这一趋势背后的驱动力是技术的快速进步，包括LED更亮，效率更高，价格更具竞争能力。实际上使用LED的理由很简单，就是它们具有高可靠性和更长的寿命，在不需要更换的地方为终端用户提供免维护的产品。为了在LCD应用中提供均匀的背光，几个白色LED通常沿着LCD的一个边安装。LED的数量正比于LCD的尺寸。对于中等尺寸（7-10英寸），通常共使用20-40个LED.这些LED通常被连接成平行的3个或更多的LED串。为了减少连接点，许多LCD只提供一个2端接口。这里，所有的LED串必须在内部平行连接，然后连接到一个单电源上。驱动类型为了在中等LCD尺寸的应用中获得所期望的亮度，要求驱动器在所有的工作条件下能够为LED提供一个可调整的电流。通常，采用两种LED驱动技术：即容性电荷泵和基于电感的交换式稳压器。本文将集中讨论能够为LED提供1-6W功率的电感式转换器LED驱动电路。电荷泵型LED驱动如今在手机和其它小尺寸的LCD背光应用中普遍使用，原因在于它们的高亮度、低成本和实现容易。电荷泵所需要的外部零组件只有3只或4只电容，且没有电感。不过，其输出功率有限。虽然一些大功率快闪型LED电荷泵能够提供高达2W的功率，其输出电压最大只能到6V,因此无法驱动2只以上串联的LED.电荷泵中的通道数量（通常为6个）决定了LED的数量。由于更多的通道意味着需要更多的接脚和更大的封装，因此电荷泵限制了在中等尺寸面板中的应用。LED正向电压（VF），LED电流以及电源电压范围的不同组合，决定了所需的电感型转换LED驱动器的类型，LEDVF随着电流、温度和LED型号的不同而变化。出现在最低温度时的最大VF是选择LED驱动电路结构的关键参数，通常是在线性结构、降压或升压结构中进行选择。本文中假定最大VF为3.8V。当选择LED驱动IC时，关键参数包括开关电流极限、最大输出电压，以及需要保护开路LED条件所需的过压保护阈值等。像电感和电容这类外部零组件也需要仔细选择。应用实例以8英寸的LCD模块为例，包括总共9串（每串3只）白色LED组成的背光（图1）。LED串的总电压（LED的VF为3.3V）通常为10V（3×3.3V）。每只LED的电流为20mA,则总驱动电流为180mA（9×20），LED总功耗为1.8W.用一个AC电源配接器提供一个5V电源。一个基于电感的LED驱动器非常适用于该应用。图1:8英寸LCD模块背光电路。首先计算处理2W的负载需要多大的开关电流。假定效率为80%,输入电流等于Vout×Iout/Vin×效率=10×0.18/5×0.8=450mA。CAT4139电感型升压LED驱动器具有750mA（最小值）的驱动能力，故很适合于该应用。电感的电流额定值应该能够处理LED驱动峰值开关电流且不进入饱和。一旦出现饱和，就会出现电流突波，因为此时电感的功能便成了一只电阻，电路不再按照预期工作。合适的电感额定电流应该大于等于80mA。工作期间LED的最大输出电压应该低于额定最大输出电压。由于3只LED串联，在冷温下，总正向电压可能高达11.4V（3×3.8V）。24V的开路LED检测阈值远高于其极限值。如果LED断开，输出电压将会上升并保持在30V，此时组件处于低功率模式，从电源吸纳的电流仅有几毫安。30V额定输出电压的电容是合适的。现在考虑由12V电源供电的一只6WLED灯。可以用6只高亮度白色LED串联连接来实现，用一个300mA的固定电流来驱动，典型的正向电压为3.3V。LED串的电压通常为20V，在冷温将会增加到23V（6×3.8V）。该电压对于CAT4139这类组件过高。需要利用向CAT4240这类具有更高电压的升压型LED驱动器来驱动负载。CAT4240升压LED驱动器的过压检测阈值为40V，适用于串联灯数高达10只的LED串。选用降压型开关电源当电源电压高于总LED正向电压时，可以选用一个线性电流源或者开关降压稳压器来为LED提供恒流。不过线性电流源有一个缺陷，即耗散在稳压器中的功耗正比于电源到负载的电压差。开关电源的效率较高，能够避免任何较大的热量耗散在IC上，且工作温度接近或者略为高于环境温度。图2说明了如何利用CAT4201从一个24V电源来驱动5只1W的LED.LED电流由外部电阻R1来设定。CAT4201降压LED驱动器利用两阶段开关作业来提供精确的平均电流。在第一阶段，位于内部的CAT4201FET开关将SW端连接到地，使电流上升并对电感充电。图2:使用CAT4201驱动5个1W的LED电感两端的电压基本上等于24V减去LED的压降。一旦电流达到预定的峰值，内部开关就切断，而电流则继续流过萧特基二极管，直到电感放电为止。当电感的电流降到0时，将重复上述过程，因而电感电流的波形为三角形。本例中，开关频率约为260kHz。LED两端的电容C2将LED的电流突波减到最小。采用大电容会将突波减到更小。本例中的总转换器效率（LED功率除以来自VBAT的功率）可达94%。在调节过程中LED电流保持完好，只要VBAT高于总VF+3V.低于该电平时，LED电流将线性降低。针对特定应用，必须选配合适的交换式稳压器和外部零组件。交换式稳压器的高效率使得在电源管理电路中的热耗散不再是一个问题，而用户得到的好处则是节省了能源。线性电流稳压器IC能够提供固有的低噪声性能（没有开关），但由于封装温度的限制，只适用于小电流应用。当用来驱动中规模尺寸的面板和通用照明应用时，电感型转换器LED驱动器是可选的解决方案，可以实现良好控制的LED和最佳的总发光效率。选择合适的电感型转换器有助提升效率，而实际上是升压或是降压，则取决于应用的电源和LED的配置结构。目前，在国内LED行业发展情景依旧是可观的，相信在不远的将来，LED必将在各个行业发光发亮。来源：维库电子市场网

开关(ON/OFF)控制又称BANG-BANG控制，由于这种控制方式简单且易于实现，因此在许多家用电器和照明灯具的控制中被采用。它和机械式墙壁开关相比，功能特色多、使用安全，而且式样美观。打破了传统墙壁开关的开与关的单一作用，除了在功能上的创新还赋予了开关装饰点缀的效果。智慧开关被广泛应用于家居智慧化改造、办公室智慧化改造、工业智慧化改造、农林渔牧智慧化改造等多个领域，极大节约了能源，提高了生成效率和降低了运营成本，真正的做到了智慧行天下。随着以iPhone，iPad为代表的智慧移动终端的普及，智慧开关的内涵也在发展，逐渐成为手机控的首选应用，在保留遥控开关的基础上，也拓展出智慧家居中的能源消耗监控，云服务后台的节点策略建议推送等多种复合的场景增值服务模式，智能开关也在经历由单一的个体，散户走向家庭集约联动的综合能源部署阶段。世平策略合作方案商RayLink推出基于NXPJN5168智慧开关方案，在传统开关的基础上，加入ZigBee模块，不仅改良了传统开关的网关，也实现了通过手机控制开关。►方案方块图►核心技术优势1.控制灯具：本方案支持传统功能的通过触控按键对日常灯具的控制。2.手机控制：本方案支持将信号通过ZigBee网关传至其他设备，如手机、平板等设备，对灯具进行控制。►方案规格本方案供电方式为零火线供电AC175-235V。本方案支持功率为：阻性负载2000W（钨丝灯、白炽灯），感性或容性负载1000W（LED、日光灯、节能灯）本方案工作频率为2.4GHz，兼容ZigBee协议。本方案采用JN5168无线模块，可支持多个网络堆栈（包括ZigBee®HomeAutomation、ZigBeeLightLink、ZigBeeSmartEnergy、JenNet-IP™和RF4CE），并且体积小巧（只有16mmx21mm），还能提供极低的发送和接收功耗。所有模块均采用256kB的闪存、32kBRAM和4kBEEPROM，以及同类最佳低功耗睡眠模式。SPI接口可连接其他外部闪存，用于需要更新无线固件的应用以及所有其他主要功能和芯片I/O，如可以访问I2C、ADC、UART和PWM。来源于大大通。

近年来，随着高层建筑数量的与日俱增，电梯的需求量也在增加。现阶段我们广泛使用的电梯都是基于LED点阵列的显示系统，显示状态信息比较简单，显示方式比较单调。此外，现在的一些电梯里的广告机，虽然改善了电梯轿内的乘坐环境，良好的广告效果也给商家带来了不小的经济效益。但是这种显示装置没有和电梯控制系统融为一体，只是单纯的视频播放而已。为了使显示和电梯控制系统相融合，打造舒适的乘坐环境，针对现有的电梯系统提出一种由单片机完成不同厂商适配、由ARM/X86统一显示的双核处理方法。该方法中ARM/X86处理器专注于统一通用格式电梯状态信息解码、楼层图片切换或视频播放，从而提高整个系统的实时性与可靠性。针对不同厂商的电梯通信协议，只需要更改单片机的编解码程序便可使整个系统重新工作。RaspberryPi（中文名为“树莓派”）是一款由英国的树莓派基金会所开发，以低价硬件及自由软件为学生计算机编程教育而设计的卡片式电脑。其配备一枚700MHz博通出产的ARM架构BCM2835处理器，256MB内存（B型已升级到512MB内存）的微型电脑主板。RaspberryPi以SD卡为内存硬盘，主板周围有两个USB接口和一个网口，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，具备所有PC的基本功能。其操作系统采用开源的Linux系统，比如Debian、ArchLinux,自带的Iceweasel、KOffice等软件能够满足基本的网络浏览、文字处理以及计算机学习的需要。Qt是一个1991年由奇趣科技开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。Qt具有优良的跨平台特性，Qt支持下列操作系统：MicrosoftWindows95/98、MicrosoftWindowsNT、Linux、Solaris、SunOS、HP-UX、DigitalUNIX（OSF/1、Tru64）、FreeBSD、BSD/OS,SCO、AIX、OS390、QNX等等。1系统整体设计1.1系统框架本系统的硬件部分主要由接口转接板和显示板组成，系统框图如图1所示。图1系统框图1.2子系统功能介绍1.2.1接口转接板接收RS-485/CAN总线上的电梯通信协议，并完成协议的解析；承载温度传感设备和挂在I2C总线上的时钟电路，供显示板读取温度和时间信息，完成用户按键的检测与编码。1.2.2显示板接收接口转接板译码后的电梯数据；读取温度和时间信息；实现界面应用程序。2接口转接板子系统设计接口转接板子系统硬件主要包括ATmega8单片机、DS18B20温度传感器、PCF8563时钟芯片、MAX485芯片等。其接口转接板框图如图2所示。图2接口转接板框图电梯的通信协议有多种，本文以NICE3000通信协议为例实现本系统。2.1NICE3000通信协议的通信设定通信方式：RS-485标准、异步、半双工。数据格式：1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验位。通信波特率：9600bps。通信地址定义：广播地址为0,外接节点地址为1~31（外招板拨码开关确定），地址同时也表示外招所在楼层；显示板只是接收显示，地址设定为0（拨码），无需通信回复。数据校验：采用两位异或校验。数据帧分类：共有两种形式，其中广播帧用于外招显示内容的信息，不需要返回帧，另外还有一种是普通帧，主要完成主控制板与外招之间的控制信息交换。2.2帧格式数据帧采用固定长度，5个字节，结构为帧头、用户数据、帧尾。帧头：包括1个字节地址，即主控制板发送给外招的标识，从机（外招）根据帧头判断本机是否响应当前通信。如果地址是广播地址，则从机接收信息，但是不用返回。用户数据包括：数据2个字节，根据发送方向（主到从或是从到主）以及帧形式定义不同的用户数据。帧尾：包括2个字节校验数据，先发低位，后发高位。电梯系统接收到的数据帧不能直接显示，需要根据数据帧格式，对数据进行校验，然后解析，最后提取有用的数据给显示系统进行显示。本系统的操作如下：3显示板子系统设计对于彩屏电梯显示系统而言，液晶屏的显示效果对客户的影响是至关重要的。因此，应用层的程序开发相当重要。考虑到图形界面控件的丰富程度、漂亮程度以及开源免费的持续升级等因素，选择了QTE/Qt5图形开发平台。显示板子系统的架构如图3所示。图3子系统的架构图3.1Qt的移植3.1.1Qt的移植条件QtforEmbeddedLinux是用于嵌入式Linux所支持设备的领先应用程序架构。Qt可以在任何支持Linux的平台上运行，创建具有独特用户体验的具备高效内存效率的设备和应用程序。Qt的移植需要满足以下几个基本条件：①开发环境：Linux内核2.4或更高；GCC版本3.3或更高；用于MIPS,其GCC版本3.4或更高。②占用存储空间：存储空间取决于配置，压缩后为1.7~4.1MB;未压缩为3.6-9.0MB。③硬件平台：易于载入任何支持带C++编译器和帧缓冲器驱动Linux驱动的处理器；支持ARM、x86、MIPS、PowerPC。④RaspberryPi（B型）满足以上条件，故可以进行Qt5的移植。3.1.2Qt5的移植准备在做Qt5移植之前首先做以下移植准备：①建立一个文件夹/home/opt来存放编译所需的源码和文件。②下载RaspbianWheezy镜像，本文采用2012-07-15-wheezy-raspbian.img。③下载工具链，本文采用gcc-4.7-linaro-rpi-gnueabihf。④下载交叉编译工具，本文采用cross-compile-tools。⑤下载Qt5源码。⑥下载qtjsbackend库的应用补丁。然后建立文件夹mnt/rasp-pi-rootfs,将RaspbianWheezy镜像挂载到此文件夹下，并进入Qt5源码文件夹执行初始化代码init-repository。3.1.3Qt5的编译

世平集团联合策略合作伙伴信驰达推出采用iPhone遥控蓝牙4.0小车方案。本方案采用TICC2540作为主芯片，CC2540是TI推出的一款高性价比，低功耗的片上系统（SOC）解决方案，适合蓝牙低功耗应用。它包含了一个出色的工业标准的8051内核的RF收发器，可程序设计闪存，8KBRAM和其它功能强大的配套特征及外设。CC2540适合低功率系统，超低的睡眠模式以及运行模式的超低功耗和转换进一步实现了低功耗。本方案是世平集团联合信驰达推出基于TICC2540iPhone遥控蓝牙4.0小车方案运用最新蓝牙4.0无线技术，实现iPhone等移动设备端取代传统遥控器，控制赛车前进、后退、左右转弯及漂移。蓝牙4.0低功耗技术，节能省电；虚拟控键控制、G-Sensor重力感应控制双重控制方式，带来超酷游戏体验。►方案方块图►核心技术优势1.超炫APP功能：APP炫丽接口，左边加速器控制车辆前进、后退，右边的方向盘控制车辆转向，更有左右漂移控键，玩转遥控赛车。2.双重操控方式：支持虚拟控键控制、G-Sensor重力感应控制两种控制方式。3.远距离传输：遥控赛车与iPhone初次连接成功后，下次能够自动连接，连接距离可达30米。►方案规格本方案采用TICC2540作为主芯片，蓝牙4.0低功耗技术，节能省电；TICC2540RF性能：出色的长距离链路预算（高达+97db）以及与其它2.4ghz器件的良好共存性TICC2540互操作性／兼容性：符合蓝牙规范4.0版标准的单模式(cc2540)与双模式器件（BlueLink™7.0蓝牙／FM单芯片解决方案、WiLink™7.0WLAN／GPS／蓝牙／FM单芯片解决方案以及WiLink™6.0WLAN／蓝牙／FM单芯片解决方案）可实现全面的链路测试与开发。来源于大大通。

EASYCONIOT是由行动力国际有限公司所开发的一套结合美国Semtech公司LoRaRF传输技术的广域无线物聯网环控系统，其最大优势即透过LoRa专利技术达到无远弗届的控制需求，特别适合大樓、厂区、工业区、校园、小区等大区域自动化控制应用需求。►方案方块图►核心技术优势管理一体的现代化会成为一个共同的特点，因为它与网络的自动化从事。可以控制和调光在会议室的灯光通过你的手机，以及打开投影机在同一时间降下屏幕，开启空调并关闭百叶窗。在会议期间成像，当空气质量变得如此严重，它会提醒所有人员停止本次会议或打开的窗口让新鲜空气流报警信号。►方案规格ACT电源是自豪地向您介绍我们的想法和解决方案，以提供最佳的智能会议室，也可以是更具成本效益，为商务活动更高效，更智能进化你会生活。不仅设施管理，我们还提供了智能会议预订系统今天最新的无线演示会议完整的智能化会议室的需求。大型项目工程用，以较大型公共空间之环控功能为主(如教室、厂房、校园、小区、农／牧场等)•I/O、Relay、0‐10V调光回路及可支持Sensor数量极大化，提供多个房间调光灯控及传感器控制•可透过LoRaRF传输技术，灵活搭配无线扩充模块(E‐Module)，达到无远弗届的控制需求。来源于大大通。

由于智能型手机大量且快速的普及，让IoT的概念快速发酵且含盖在所有领域，基于此一概念，让人直接联想以前需人为控制但不方便的(例如需先拿到控制器)或需人为记录但麻烦的(例如每天需固定时间测量)，如果能跟智能型手机链接及控制或记录，那是多么美好的事情，其最主要的理由是：找东西或多走几步是麻烦又不便的，但是智能型手机是可以随手携带且形影不离的，其重要等级甚至有凌架钱包之姿。饲养观赏鱼算是最环保且较高级的休闲娱乐，而较高级的观赏鱼、虾或珊瑚等，对于水族箱或水槽内的水质、水温及水位就非常讲究了，可能得每天花固定的时间去测量或监看当下条件再视情况调整必需的措施以修正当下的水质、水温及水位条件以符合观赏鱼、虾或珊瑚等最佳的生存条件；若是对于这些繁锁的水质、水温及水位监测与管理，提供一个快速便捷的管理与监看方式，以提供需人为调整时的及时信息，想必是水族爱好者的一大福音。本参考设计是将SimpleLink™蓝牙低功耗CC2541无线微控制器应用于水族箱水位侦测应用的示例。其电路板包括由CC2541控制FDC1004判读的水位信息，并配合TPL5110超低功耗Watchdog功能芯片配合CR2032锂电池达到免外接电源可长时间监控之功能，更配合BQ32002计数IC及EEPROM来记录水位的变化(其水位侦测组件可由PCB电路板所布线组成)，且于使用者透过智慧手机App联机时，读取过去一段时间的水位变化，以能在适当时机加水之功能。►产品实体图►展示版照片►方案方块图►核心技术优势(1)CR2032电池经TPL5110/TS5A3160送电给电源转换IC(2)TPL5110依设定每半小时或一小时开启电源乙次(3)电源转换ICTPS61097-33提供稳定电源给系统(4)BQ32002提供低功耗Realtimeclock计时功能(5)FDC1004进行水位侦测功能并将侦测结果通知CC2541来提取(6)CC2541收集FDC1004测得水位信息并参考BQ32002时间信息将数据储存在EEPROMW24C02(7)CC2541依APP指令提取水族箱之水位记录信息►方案规格(1)采用TICC2541模块进行水族箱水位信息纪录与加水提醒(2)电源部分利用TPL5110/TS5A3160搭配TPS61097-33为系统供电(3)BQ32002负责正确参考时间(4)W24C02负责储存各时间点之水位侦测记录(5)FDC1004搭配布线之侦测元采非接触时水位侦测(6)TPL5110搭配CR2032电池可提供该系统超长使用时间方案来源于大大通。

随着IAP技术的出现以及Flash价格的降低，一般的电控单元（ECU）都具有IAP（InApplicationProgramming）功能和较大的Flash空间，为实现ECU在线编程功能提供了必要条件。目前基于IAP技术的在线编程的方案有很多，采用的通信方式和具体实现方法也各不相同。参考文献[2]采用RS232总线和YMODEM协议开发的用于智能终端的在线升级系统，但是RS232总线的传输速率有限。参考文献[3]采用LIN总线实现的适用于汽车ECU的在线升级系统，LIN总线除了传输速率有限以外，同时它只是一种辅助总线，并不是所有车身ECU都采用LIN接口。参考文献[1][4]采用基于CCP（CANCalibrationProtoc01）协议的在线升级系统，兼具CAN总线传输速率快和CCP协议可扩展性好的优点。本文采用CAN总线，基于CCP原理自定义协议的在线升级系统，具有传输速度快的特点。自定义协议各命令基本沿用CCP协议，但内容做了改动，这样通过改动协议内容能够很好地适合特定环境的应用。同时在升级过程中加入升级请求标志位，能够很好地改进程序下载过程中命令延时等待、应用程序下载失败以后下次无法连接的问题。1在线编程系统设计在线编程系统硬件主要包含三个部分：带有下载上位机软件的PC机、USB-CAN接口卡和安装有Bootloader程序的ECU.上位机通过USB-CAN接口卡与ECU通信，并进行代码的升级。软件主要包含两个部分：上位机的Bootloader下载程序和下位机的Bootloader程序。1.1通信协议与上位机程序设计1.1.1通信协议的制定系统通信协议的以CCP协议原理为基础，结合实际操作过程的需求来制定。CCP协议提供11个基本命令和17个可选命令，基本命令包括：CONNECT、GET_CCP_VERSlON、EXCHANGE_ID、SET_MTA、DNLOAD、UPLOAD、GET_DAQ_PTR、WRITE_DAQ、START_STOP、DISCONNECT。本协议采用其中CONNECT、DISCONNECT、CLEAR_MEMORY、PROGRAM、SETMTA.命令内容根据实际需要自定义；消息应答信号有连接成功应答、编程准备就绪应答、页编程完成应答、编程完成应答、编程失败应答、SECTION擦除就绪应答、SEC-TION擦除完成应答等。本套自定义协议能够很好地应用在实际下载过程中。1.1.2PC端下载程序的组成PC端的Bootloader下载程序主要功能是实现对目标文件的解析和与下位机软件通信。下载程序采用VisualC++6.0编写，主要分成目标文件加载与解析以及Flash编程两个模块。（1）目标文件的生成和解析系统应用程序文件采用*.HEX格式文件，该文件是记录文本行的ASCII文本文件，每一行是一条记录，每条记录是16进制数组成的机械码或数据常量。记录格式：：LLADDRTT[DDD…]CC其中，冒号是记录开始；LL表示数据长度，即[DDD…]的字节数；ADDR表示地址信息；TT表示记录的类型；[DDD…]表示数据内容；CC表示校验和。利用Tasking开发环境，能够生成包含应用程序的*.HEX文件，文件中的记录类型只有数据记录、线性扩展地址记录和文件结束记录。通过上位机载入目标文件，逐条检索文件内容将带有地址信息的数据解析出来，并以CAN数据帧（8字节）的形式存放，每16帧数据组合成一个页，同时记录每个数据页的首地址。（2）Flash编程模块Flash编程模块实现与下位机的通信，主要包含命令的解析、CAN总线驱动、数据发送和状态显示等部分。CAN总线驱动采用广州周立功单片机发展有限公司的USB-CAN采集卡的驱动程序，加入提供的库函数，来实现对于CAN总线数据的发送和接收。上位机软件提供相关命令的按钮，下载过程中通过按动相应按钮来实现命令的发送。下载过程中如果接收到连接成功、编程完成或者编程失败等信号以后，显示相应状态。1.1.3PC端下载程序的运行流程PC端程序运行以后，通过上位机界面上的“载入文件”按钮，将要升级程序HEX文件载入，点“解析按钮”,程序自动将HEX文件分成包含有效数据长度为128字节的页，同时将页首地址保存。根据已经制定好的协议，上位机将这些命令封装成CAN总线消息发送到下位机。编程过程中，上位机将所需要发送的程序页总数发送给下位机，然后从第一页开始发送，每一页发送完成以后，等待下位机发送页编程完成信号，完成以后继续发送下一页，直到所有程序页都发送完成，这时如果无错误，接收下位机编程完成应答消息，显示编程完成；否则显示编程失败。程序流程图如图l所示。圈1PC端下载程序流程图1.2Bootloader设计Flash编程的机制主要有两种，分别是调用Flash擦写函数法和Flashkernel.Flashkernel法需要在进行软件升级时将Bootloader程序中Flash擦写以及相关的初始化程序都下载到单片机RAM中，这对RAM资源的要求较高，对于单片机来说这是有困难的。采用Flash擦写函数法，只需要在升级程序时调用Flash擦写函数即可。对于某些单片机，在对Flash进行擦写时，加在Flash区的电压高于普通电压，会引起Flash区的操作不稳定，因此也需要将Flash擦写函数放在RAM中运行，这样采用Flash擦写函数能够有效的减少RAM区的占用。In-fineonXC2000单片机支持同时对不同页的读/写操作，不会出现Flash擦写操作不稳定的问题，因此本设计采用Flash擦写函数法。1.2.1Flash空间代码分布本设计中ECU采用XC2785A单片机，其片上集成32KB的PSRAM和832KB的Flash（0xC00000~oxCCFFFF）用于代码存储。Flash阵列由4个块组成，分别是F0（256KB,0xC00000~0xC3FFFF）、F1（256KB,0xC40000~0xC7FFFF）、F2（256KB,0xC80000~0xCBFFFF）、F3（64KB,0xCC0000~0xCCFFFF）。每一个Flash块由若干个大小为4KB的扇区组成，而每一个扇区可分为32个页（128字节），可封每个页单独进行擦除和编程操作。Flash区段的最开始存放程序的中断向量表，0xC01000~OxCODFFF区段存放Bootloader代码，0xC0E000~0xC0EFFF区段中的最开始那个页存放升级标志，0xCOF000~0xCOFFFF区段为单片机保留区段，0xCl0000~0xCCFFFF段存放应用程序，代码空间分布如图2所示。图2Flash空间代码分布示惹图1.2.2Bootloader程序流程复位中断向量的出口地址是0xC01000,因此单片机上电启动或者软件重启以后，首先跳转到STARTUP.C，通过判断升级标志是否置位来进行跳转。若置位表示有升级请求，则进行Bootloader的初始化，然后执行主函数，升级完成以后擦除标志位；若无升级请求则跳转到用户程序区执行用户程序。用户程序更新时，需要同时更新中断向量，这样保证用户程序能够正常使用中断功能。参考文献[1]中采用的方法是在用户程序运行时，接受到连接命令，则单片机跳转到Bootloader程序执行升级流程，但是如果升级过程中出现错误，用户程序升级未完成，则下一次上电系统将无法运行。参考文献[4]中，采用上电进入Bootloader之前发送握手信号，等待上位机回复，这样每次上电都要先进行Bootloader的初始化，并且等待这种方式不能很好地保证和上位机连接。本文采用增加升级状态标志位的方法，用户程序在运行时，如有升级请求则置状态标志位，并软件重启。重启以后，单片机先检测状态标志位，有升级请求则进入Bootloader进行软件升级，若升级过程中出现错误导致升级未完成的话，升级状态标志位将不会清除，单片机重启以后仍然进去Bootloader，直接操作上位机上的编程按钮即可进行程序升级操作。这种方法能够有效解决升级过程中出现失败以及握手等待的问题，下位机软件流程如图3所示。图3下位机软件流程图1.3在线编程系统工作流程系统连接完成以后，通过上位机载入需要更新的应用程序文件，点击“CONNECT”按钮，在线编程系统启动，系统工作过程如图4所示。上位机界面中显示连接成功，则可进行下一步操作。点击擦除按钮，上位机发送擦除指令，下位机擦除相应Flash区域以后发送给上位机应答信号。上位机给下位机发送编程命令的同时，发送给下位机需要编程的页总数。下位机在接收到页编程地址以后，连续接收上位机发送过来的16帧数据（一页128字节），然后擦除相应区域，并将这一页数据写入相应的页，页编程完成以后向上位机发送页编程完成应答，接着接收上位机发送过来的下一页数据，当所有页编程完成以后向上位机发送编程完成应答信号。此时断开连接，ECU将会软件重启。若编程过程中有任一页编程失败，上位机则显示编程失败，断开连接以后ECU重启，仍然进入Bootloader程序，然后直接点击编程即可。图4系统工作过程2在线编程功能验证在线升级系统采用PC机（安装有上位机软件），连接广州周立功单片机发展有限公司的USB-CAN采集卡，ECU的CPU采用InfineonXC2785A单片机，系统连接完成以后进行升级测试。本文设计的在线编程方案测试结果如下：图5为待更新程序的HEX文件（通过Tasking环境生成），其中有下划线的位HEX文件记录中的数据记录，起始地址为0xCll000；图6为程序下载到Flash以后的数据，通过Tasking软件的Debug状态，来查看Flash地址为0xCll000的数据。通过对比两幅图片，发现程序数据正确下载到了相应的Flash区域。在下载过程中，通过错误操作制造在线编程失败现象，然后断开连接，ECU重启以后仍然进入Bootloader程序，直接在上位机界面上点击“Program”，能够完成在线升级。实验结果表明，所设计的基于CAN总线的在线升级系统能够实现代码在线下载的功能，并且能够有效改善升级过程中下载失败的问题。图5目标HEX文件2图6Flash中的数据结语本文提出的基于CAN总线的ECU在线升级系统设计方案，切实可行，并已在InfineonXC2785A单片机上完成实际测试。InfineonXC2000单片机具有相同的内核，因此此方案将对这一系列单片机的Bootloader设计具有指导意义。同时采用升级标志位的方法，对于单片机IAP功能的实现提供一个有益的参考。来源：维库电子市场网

短波通信又称高频通信，是利用HF波段（3-30MHz）电磁波进行的无线电通信。短波通信主要靠天波传播，可经电离层一次或数次反射，最远可传至上万里，如按气候、电离层的电子密度和高度的日变化以及通信距离等因素选择合适频率，就可用较小功率进行远距离通信。短波通信设备较简单，机动性大，因此也适应于应急通信和抗灾通信。现代短波通信接收机正向着数字化、大通信带宽方向发展。文献[1-3]研究了短波通信的数字化实现方式，但其未对短波通信的大带宽应用进行探讨；文献[4-6]研究了通信信道化算法，其对一定带宽内的多信道高效算法进行了详细的讨论，并给出了具体实现的有效算法。本文将信道化算法应用于短波通信，研究采用信道化算法基于FPGA的短波通信接收机及其具体实现方案，为未来短波通信发展的研究，进行初步的理论探索。1短波数字通信接收机常规短波数字通信接收机由模拟前端、模数转换器（ADC）、数字下变频（DDS）以及数字信号处理（DSP）等四部分组成，其结构如图1所示。短波数字通信接收机的模拟前端对输入的3-30MHz模拟信号进行滤波、放大等处理，然后将处理后的回波信号利用ADC进行采样，再将采样后得到的数字信号送入DDS进行数字下变频，以得到可以利用DSP进行处理的低速信号，最后将经过数字下变频的数字信号送入DSP等数字信号处理芯片进行数字信号处理，解调出通信语音等有用信息。图1短波数字通信接收机结构示意图常规短波数字通信接收机的数字信号处理部分通常由DSP芯片来实现，由于DSP的处理能力有限，因此一般需要先进行数字下变频，以降低数据率，从而满足DSP的处理能力。然而这种结构存在硬件设计复杂，且通信带宽较低等缺点。2基于FPGA的短波通信接收机2.1短波通信接收机信道化数学模型信道化接收是指对整个带宽信号进行信道划分，以实现对任意信道信号的接收，短波通信信道化接收机将整个3-30MHz带宽划分为N个均匀的信道，如图2所示。然后可以同时对任意一个信道中的信号进行接收，从而实现较大的通信带宽。图2信道分配图由图2可知，为了可以对任意一个信道中的信号进行接收，首先需要将任意一个信道中的信号或者同时将几个信道中的信号解调到视频，因此基于图1中固定的一个DDS的硬件结构在信道化接收机中不再适用，同时解调多个信道的信号对后续的信号处理又提出了新的难题，因此急需提出一种新的短波通信接收机，以解决目前短波通信中存在的问题。2.2基于FPGA的短波通信接收机根据上节的分析，本节提出基于FPGA的信道化接收机模型，其结构如图3所示。由于FPGA具有高度的灵活性以及高速的信号处理能力，其完全可以实现多路DDS以及后续的信号处理，且可以根据实际应用需求，可以通过提高芯片的规模来实现更复杂、更大带宽的短波通信。图3基于FPGA的短波通信接收机系统方案其中FPGA实现多路DDS下变频以及后续的信号处理解调算法，利用FPGA的灵活性和实时性实现短波通信的信道化算法，从而在理论上实现了真正的软件无线电短波通信接收机。3结论短波数字通信接收机随着现代电子技术的进步而得到了极大的发展。本文提出的基于FPGA的短波通信接收机，利用信道化技术以及FPGA的高实时性，实现了对带宽内任意信道信号的解调。本文提出的基于FPGA的短波通信接收机从结构到算法上第一次完整实现了基于软件无线电的短波通信接收机。来源：维库电子市场网

目前，嵌入式多核处理器已经在嵌入式设备领域得到广泛运用，但嵌人式系统软件开发技术还停留在传统单核模式，并没有充分发挥多核处理器的性能。程序并行化优化目前在PC平台上有一定运用，但在嵌入式平台上还很少，另外，嵌入式多核处理器与PC平台多核处理器有很大不同，因此不能直接将PC平台的并行化优化方法应用到嵌人式平台。本文分别从任务并行和缓存优化两方面进行并行化优化的研究，探索在嵌人式多核处理器上对程序进行并行化优化的方法。1嵌入式多核处理器结构嵌人式多核处理器的结构包括同构（Symmetric）和异构（Asymmetric）两种。同构是指内部核的结构是相同的，这种结构目前广泛应用在PC多核处理器；而异构是指内部核的结构是不同的，这种结构常常在嵌入式领域使用，常见的是通用嵌入式处理器+DSP核。本文探究的嵌入式多核处理器采用同构结构，实现同一段代码在不同处理器上的并行执行。图1ARMSMP处理器结构在目前嵌入式领域中，使用最为广泛的为ARM处理器，因此以ARM双核处理器OMAP4430作为研究对象。ARM对称多处理（SymmetricMulti-Processing,SMP）结构如图1所示，根据程序的局部性原理，每一个处理器都具有私有的内存（LocalMemory），常见的是一级缓存（L1Cache）。然而，多个处理器之间又涉及到相互通信问题，因此在常见的ARM处理器中使用二级缓存（L2Cache）来解决这一问题。基于对称多处理器结构，所有的处理器（通常为2的倍数）在硬件结构上都是相同的，在使用系统资源上也是平等的。更重要的是，由于所有的处理器都有权利去访问相同的内存空间，在共享内存区域中，任何一个进程或者线程都可以运行在任意一个处理器之上，这样就使得程序的并行化成为可能。2在嵌入式多核平台上进行并行化优化，需要考虑以下问题：①并行化程序的性能取决于程序中串行化部分，程序性能不会随着并行线程数目的提升而不断提升；②嵌入式多核处理器相对于PC处理器而言，其总线速度较慢，并且缓存（Cache）更小，会造成大量数据在内存（Memory）和缓存（Cache）问不断拷贝，因此在进行并行化优化的过程中，应考虑缓存友好性（Cachefriendly）；③程序并行化执行线程数目应当小于或等于物理处理器的数目，线程过多会造成线程间抢占处理器资源，致使并行化性能下降。2OpenMP并行化优化2.10penMP工作原理简介OpenMP是一个基于共享内存模式的跨平台多线程并行的编程接口。主线程生成一系列的子线程，并将任务映射到子线程进行执行，这些子线程并行执行，由运行时环境将线程分配给不同的物理处理器。默认情况下，各个线程独立执行并行区域的代码。可以使用work-sharingconstructs来划分任务，使每个线程执行其分配部分的代码。通过这种方式，使用OpenMP可以实现任务并行和数据并行。图2任务并行模型任务并行模式创建一系列独立的线程，每一个线程运行一个任务，线程之间相互独立，如图2所示。OpenMP使用编译原语sessiondirective和taskdirective来实现任务分配，每个线程可以独立运行不同的代码区域，同时支持任务的嵌套和递归。一旦创建任务，该任务就可能会在线程池（其大小等于物理线程数目）中空闲的线程上执行。数据并行也就是数据级并行，对任务中处理的数据进行分块并行执行，如图3所示。C语言中的for循环最适合使用数据并行。图3数据并行模型2.2快速排序算法原理快速排序算法是一种递归分治算法，算法中最为关键的就是确定哨兵元素（pivotdata）。数据序列中小于哨兵的数据将会放在哨兵元素的左侧，序列中大于哨兵的数据将会被放在哨兵元素的右侧。当完成数据扫描后，哨兵元素分成的左右两个部分就会调用快速排序算法递归进行。快速排序算法中涉及算法的递归调用，会产生大量任务，并且这些任务相互独立，非常适合OpenMP的任务并行模式；另外，就一次快速排序搜索算法而言，哨兵元素对于左右子区间数据容量大小具有决定性作用，考虑到嵌入式平台的缓存（Cache）空间较小，需要对哨兵元素筛选算法进行优化，尽量使得划分出来的左右子区间更均衡，满足负载均衡的要求。2.3任务并行化优化通过对快速排序算法的分析，快速排序是一个递归调用算法，算法的执行过程中会产生大量重复函数调用，并且函数的执行相互独立。对于快速排序的一次扫描运算而言，算法首先确定哨兵元素（pivot），并对数据序列进行一次调整，然后对哨兵元素的左右区间再次进行递归调用算法。如下所示，对任务并行化优化针对每次扫描调整后的左右子区间，将每个子区间的运算抽象为一个任务，并通过OpenMP中的任务并行化原语#pragmaomptask实现任务的并行化执行，从而实现了快速排序的任务并行化优化。任务空间中的数据大小取决于哨兵元素，因此，算法选取的划分算法（PartitionAlgorithm）应尽量将数据序列的划分均衡化，本文使用简单划分算法和三元中值法（Median-of-ThreeMethod）进行测试。2.4缓存优化缓存优化（Cachefriendly）的目标是减少数据在内存和缓存之间的拷贝。对于220个整型数据而言，数据大小为4MB,本文的测试平台（）MAP4430的二级缓存为1MB,需要将数据划分为4个部分。如下所示，算法将4部分数据分为4个快速排序任务，4部分任务并行执行，完成后每部分数据序列排序完成，需要将4部分数据进行合并形成完成数据序列，因此在并行任务结束后，需要对数据进行归并排序。3并行化性能分析3.1实验环境介绍本文采用德州仪器（TexasInstruments）的OMAP4430嵌入式开发平台。OMAP443O为嵌入式多核处理器，拥有对称多处理双核ARM处理器（Dual-coreARMCortex-A、一级缓存32KB、二级缓存1MB,嵌入式操作系统采用Ubuntul2.O4内核，编译器为arm-linux-gnueabihf-gcc，使用GNUgprof获取算法执行时间。3.2性能测试如下式所示，采用计算加速比的方式来分析并行优化的性能，加速比数值越大表示算法的并行程度越高，最低为1.性能测试采用4个算法版本，包括串行版本、并行2线程、并行4线程和缓存优化版，从不同角度来分析性能。如图4所示，从折线图可以看出，3种并行化优化算法相对于串行版本，算法的并行性能都有较大提升，如表1所列，其并行加速比分别为1.30、1.29和1.21.对任务并行优化方案而言，分别使用2线程和4线程版本进行测试，从加速比的分析结果看来，2线程版本较4线程版本略好。理论上并行线程的数目越多性能越好，但本文采用OMAP443O只有两个对称多处理核心，即使算法拥有4个并行线程，但实际执行的线程只有2个，同时4个线程在获取2个物理处理器时存在竞争关系，因而造成性能较之2线程版本有所下降。图4算法执行时间评价并行算法优劣还需考虑算法的负载均衡性，如表1、表2所列，缓存优化方案标准差远远小于任务并行化方案。究其原因，对于任务并行化方案而言，不同的测试数据以及划分算法（partition）对区间的划分有重要影响，从而造成任务执行时间变化范围很大；对于缓存优化方案而言，其实质是数据并行，其每一个任务都是根据缓存大小进行划分，因此每一个任务处理的数据规模基本一致，每一个任务执行的时间更确定，但由于并行任务执行完成后，需要对数据进行归并，造成一定的性能下降。结语本文通过对嵌入式多核处理器硬件结构的分析，从对称多处理角度对串行快速排序算法进行并行化优化，取得了很好的效果。以ARM双核处理器（OMAP4430）作为测试平台，从任务并行和缓存优化实现并行优化，从性能测试的结果看，任务并行具有良好的加速比，但负载均衡性差，并行线程数目不应超过物理处理器核的数目，过多的并行线程竞争处理器资源，造成性能下降。缓存优化具有良好的负载均衡性，但需要后续进行归并操作，造成性能有所下降。总之，在嵌入式多核处理器上进行并行化优化，一方面要充分发掘嵌人式多核处理器的并行性能，提高程序的并行性；另一方面也要考虑程序算法的负载均衡性，确保在不同应用环境中程序性能一致。来源：维库电子市场网

整流滤波电路、AC-DC变换电路、DC-DC稳压变换电路，等部分组成了本次研究的课题。整流滤波电路和AC-DC变换电路：由滤波电容、隔离变压器、桥式整流堆等元件组成，实现在隔离变压器副边输出15~20V的电压，滤波后给DC-DC提供18-26V的直流输入电压。DC-DC变换电路：是应用Boost型拓扑结构，含有UC3843及其外围的电路构成的脉宽调制电路，肖特基二极管、功率电感、快速功率场效应管等。本系统通过调节取样电阻形成闭环反馈回路。本系统具有精度高，电压调整率低、调整速度快，效率高，输出纹波小等等优点，实现了非常好的功能。1稳压电源的设计方案可知DC-DC变换的种类分为：隔离和非隔离。输入输出隔离虽然安全系数比较高，可是隔离变压器会有漏磁和损耗等不利的缺点，从而会造成效率降低，根据本研究的要求，并没有要求输入输出隔离，所以最终决定选择的是非隔离方式，几种方案如下：1.1串联开关电路占空比为D的PWM波控制开关管Q1,从而达到这样的一个效果，交替导通或截止，再经L和C滤波器在负载R上得到稳定直流输出电压Uo。本电路属于降压型电路，题目要求的30--36V的输出电压是实现不了的。1.2并联开关电路串联开关电路与并联开关电路原理很相似，但是此电路为升压型电路，在开关导通的时候，电感开始储能，在截止的时候，电感能量开始输出。所以电感绕制只要是合理，就能达到题目要求的30-36V，并且输出电压Uo呈现连续平滑的特性。（图1）图11.3串并联开关电路下面是串并联开关电路形式，也称为升降压式开关电路，反转式开关电路。无论在开关管VT1之前的脉动直流电压，高于或低于输出端的稳定电压，此电路均能实现功能。实际上，本电路是在串联开关电路是通过在后加入一个并联开关电路。用电感的储能特性来实现升降压，电路控制式比较复杂的。考虑到本设计是只需要升压的，所以选择方案二。（图2）图22单元电路设计与分析2.1AC-DC变换电路（图3）图32.2并联开关电路（图4）图43总原理图以及元器件清单3.1总原理图（如图5）图53.2工作原理本设计是将220V市电经过降压整流滤波，从而得到比较稳定的直流电压，改直流电压经Boost升压斩波电路升压后在滤波得到平滑的直流输出，同时，UC3843输出PWM信号驱动开关管从而控制闭环反馈。研究中，调整分压电路，使输出电压稳定在30~36V之间，在输出电压增高时，反馈信号和参考电压比较后，误差放大器输出增加，从而使输出脉冲宽度变窄，变短了开关管导通时间，从而降低输出电压。按照同样的道理，当输出电压降低时，参考电压和反馈信号比较后，误差放大器输出减小，从而使输出脉冲宽度变宽，开关管导通时间变长，输出电压会升高。因此闭环反馈调节的最终结果是使输出电压稳定在30~36V之间。并且本，电路是具有过流保护功能，当输出电流大于2A时，误差放大器输出也会增加，输出电压减小，会起到限流作用，从而保护场效应管。3.3元器件的清单（图6）图64结论及结果系统通过UC3843脉宽控制器，实现对BOOST升压斩波电路稳压输出，通过整流滤波电路，过流保护电路，DC-DC变换电路稳压反馈电路部分的调节，实现对Boost升压斩波电路平滑调压输入220V市电输出在30~36V之间可调。来源：维库电子市场网

一、项目概述1.1引言能源短缺是21世纪国际面临的新问题。在寻找新的储备能源之外，节约能源，提高效益也就成为更加符合当下注重研究的课题。随着国民经济的快速发展和社会进步，教育在全社会愈加被关注和重视，校园规模也随着招生规模的扩大不断扩大，教室的数量也大幅度增加。但对目前的各类高校说，照明控制系统的使用还处于初级阶段，由于国家关于“创建节约型校园”政策的颁布，加之传统的手动关灯方式操作繁琐且存在着较大的人为浪费的弊端，在教学楼内使用新型的照明节能自动控制系统已成为大势所趋。在本次大赛的调研阶段，我们还注意到，尽管市场上存在着形形色色的智能灯控设备，但或其设备体态太大，或其成本较高，仅仅局限在某些公共场合或厂家使用，严重限制了其使用的普适性和广泛性，照明节能自动控制设备技术在我们家庭生活中的应用几乎是一项空白。特别是在当今智能家居的理念深入人心，简约性环保性成为新的看点，用科技改变生活已成为人们执着追求的目标。本系统是以Atmegal28单片机为控制器核心，通过其强大的微控功能，扩展了无线通信、传感和显示模块，实现对照明系统的自动控制，既在一定程度上杜绝了教室电力资源浪费现象的出现，又满足了日常生活中人们所倡导的简约便捷和自动控制，降低了运行维护的费用，节约了管理成本，有着巨大的生态、环境和经济效益。1.2项目背景/选题动机当今的社会生活特别是众多高校中，现存的能源浪费、经费超支和学生视觉健康等问题已越发引起人们关注，高校教室照明的节电问题不得不提到重要的议事日程上来。加之当今人们对生活智能化简约化要求的提高，能否利用现有的资源设计一款自动控制且具有相对实用性照明系统，填补家庭生活自动照明技术的空白，改进现有照明设备存在的缺陷，是我们队伍本次参赛目的的重中之重。在本次参赛调研准备阶段，我们特意对现今市面所广泛使用的人体红外感应开关电路做了研究分析。现有人体感应设备是利用人体红外热释感应技术，判断人的动作有无来控制灯的亮灭，其灵敏感应、抗干扰力确实值得称道。但我们都有这样的体会，当在教室中静坐一段时间，由于感应不到人体动作的变化，灯会自动熄灭，直到我们再给予相关的动作才会重新将灯置亮，这给我们的正常学习带来了极大的不便；而且，由于系统中的延时设置，当教室中人都走光之后，所有的灯仍会亮一段时间，如果我们能将这段时间内不必要的电力资源耗费节省下来，日积月累，对任何一个高校众多的教室而言，绝对是一笔不小的开支。我们认为以上两点，是现有设备没有考虑也无法克服的性能漏洞。更显然的是，这样的设备根本不适合应用在我们日常家庭生活当中，设想如果我们在房间中休息，灯自动熄灭，将会给人们带来多大的不方便与不习惯。鉴于以上功能与需求的分析，我们决定利用Atmegal28单片机以及外围设备，通过对人体进出房间的计数，判断房间内人的有无来控制灯的亮灭，既克服了需要不断动作的弊端，减少了不必要的延时所造成的资源浪费，又能自动控制，很好的应用于学校工厂及家庭日常生活当中去，具有较好的应用前景，这是我们选择此项目的直接背景和根本动机。二、需求分析2.1功能要求本系统主要采用光感应传感器和红外光感应计数器共同设卡来控制室内的照明设备的亮与灭，当室内光线暗到一定程度以及计数装置计算结果为≥1（即室内有人）时，条件满足，单片机控制系统会自动动作打开照明设备的开关，当条件不满足时，控制系统也会动作立即关闭开关。由于设计伊始，我们小组主要把该设备的应用场合应用定位于学校或工厂等大型公共场合。首先假如以我们大学教室照明为应用对象，我们还加了一些可选功能。比如说，据我们调查了解，像我们学校这样的普通教室一般会有六排左右灯，但当只有少部分人（具体数目因情况而定）进去的时候我们只要求靠前的三排灯亮，但是如果这少部分人有特殊情况非要把所有的灯都打开，我们专门在键盘上设置了一个按键功能，此按键动作就会把剩余未打开的三排的灯强制打开。但是由于节能观念的普适性，我们的这个装置也可以装在普通家庭照明系统中，鉴于此我们又给该装置加了一个遥控器装置，用户可以用遥控器通过无线装置远距离操作强制打开和关闭照明设备。为了丰富该装置的功能，我们还给该控制系统加了一个显示屏和一个键盘模块。由单片机驱动在显示屏上显示当前时间、当前温度、当前计数值。键盘用来调节相应参数，比如当系统由于发生不可避免故障时，计数器会发生错误，此时就用键盘重新输入值更正一下，同时键盘还可以用于调节时间，还有之前介绍的功能键也是其中的一部分。图1系统架构2.2性能要求①光感应灵敏，响应速度快（2us左右），工作温度范围宽（-25℃~+70℃）。②计数准确。③测温精确度高，精度为±0.5°C；适应电压范围更宽，电压范围：3.0~5.5V.④使用PT2262射频无线通信芯片，在室内可用通信距离为几十米，无线遥控距离遍及了一般的教室（或工厂）空间。本系统有两个要求相对要严谨一点的模块。首先是计数模块，因为我们使用的是对射式计数方式也就是一旦遮住光线，红外感应器就会发出一个计数脉冲。但是，当人员相对比较密集的时候，也就是说当门足够宽时，出现两个人并排或者是错开但仍连续遮掩光线时，这时计数器只记一个数，这样就会出现错误。所以，我们所设计的装置只适应于那种门不会太宽以至于不会出现多人连续遮掩光线，使计数值不准的场合。就我们对我们学校的观察以及测量发现，就一般的学校教室几乎不会出现上述情况，所以本装置安装在教室内计数上几乎不会产生错误。其次是无线遥控模块（该模块主要用于家庭照明系统或工厂中），该模块传输距离有限，一般在几十米，但当用户在较远距离遥控时可能会出现失灵的情况。三、方案设计3.1系统功能实现原理本系统主要包含以下几个模块：①计数模块②光感应模块③显示模块④测温模块⑤键盘模块⑥无线遥控模块1、计数模块计数模块我们采用红外线感应计数器，该种计数器大体分为两种，其中一种是对射式，另一种是反射式。对射式是利用一个发射头一个接收头，中间如果有物体通过就遮挡一下光线，输出一个脉冲给计数器，计数一次；反射式是发射头和接收头做在一块成为一个红外探头，当红外探头前有物体出现就把发射头的红外线反射给接收头，探头输出一个计数脉冲给计数器，计数一次。由于对我们这个系统的应用场合对射式要比反射式计数方面要准确些，所以采用对射式。我们把红外线感应计数器的脉冲输出端直接连接在单片机的I/O口上进行计数处理，计数结果同时要在液晶屏显示器上显示一下。红外感应器与单片机连接示意图2.光感应模块光感应模块我们首选的是欧恩光电技术研究所2006年研发的专利项目--ON9658光感应传感器。该产品采用的是CMOS工艺内置了稳压、OP放大、红外差分等近10000门电路，还有暗电流小，低照度灵敏等等优点，在实际应用中，只需加一个下拉电阻即可。此产品适合电视机、LCD背光、数码产品、仪器仪表、工业设备等诸多领域的节能控制、自动感光、自适应控制等，同时可定位为环保产品，替代传统光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管，符合本次大赛环保的理念。实现原理：当光照射到光敏三极管上，光敏三极管的阻值急剧减小，利用光敏三极管On9658作为传感器串联一个7.5K的电阻，通过光敏三极管电压的变化反映因光源的照射强度在光敏三极管上的变化。把检测的电压信号通过电压跟随器电路输入Atmega128型单片机。该电路结构简单，灵敏度高且检测电压信号稳定，效果明显。采样信号运放电路，增强信号的强度，通过电压跟随器可以增加信号电压的稳定性，后级接电压跟随器增强了电路带负载能力。3.显示模块设计中LCD主要作用：本次设计LCD主要作用于显示当前室内人数以及对系统操作时的操作菜单，通过显示器实现方便直观人机对话界面。LCD显示原理：本设计采用以ST7920为驱动芯片的LCD12864字符液晶显示器。ST7920通过RS、R/W和E的时序配合，通过DB0-DB7八位数据端口对其内部数据寄存器DR和指令寄存器IR的读写操作，通过对数据寄存器DR的访问，可以存取DDRAM、CGRAM、CGROM和IRAM的值。将要显示的字型码写入到DDRAM上，ST7920将自动地按照编码从CGROM中将要显示的字型显示到屏幕上。LCD初始化流程：LCD显示内容：时间设置人数更改设置4.测温模块

随着集成电路的飞速发展，在图像处理，通信和多媒体等很多领域中，数字信号处理技术已经被广泛应用。快速傅立叶变换（FFT）算法的提出，使得数字信号处理的运算时间上面缩短了好几个数量级。因此对FFT算法及其实现方法的研究具有很强的理论和现实意义。1FFT算法及其实现方法现场可编程门阵列FPGA是一种可编程使用的信号处理器件，其运算速度高，内置高速乘法器可实现复杂累加乘法运算；同时其存储量大，无需外接存储器就可实现大量数据运算；而且算法实现简单，通过VHDL编程语言可轻松实现功能开发，缩短了开发周期。FPGA已经在通讯、视频、图像处理等领域被广泛使用。本次设计采用FPGA实现8点32位的FFT变换，现场可编程门阵列FPGA是一种可编程使用的信号处理器件，用户可以通过改变配置信息对其功能进行定义，以满足设计需求。与DSP相比，FPGA实现FFT具有速度高，存储容量大，硬件实现简单，I/O带宽高等特点。FFT处理器被分成一下几个主要的功能模块：数据地址产生单元、蝶形运算单元、数据选择单元、控制单元、存储单元等。通过VHDL语言在CycloneII系列芯片上编程实现。运算方案采用顺序处理的方法。傅立叶变换实现时首先进行基2、基4分解，一般来说，如果算法使用基2实现，虽然使用的资源较多，但速度优势明显。设计中采用基-2DIT-FFT算法来实现整个系统的设计，如图1所示。图1在FFT模块的设计中，旋转因子与输入数据进行的是一个小数乘法的蝶形运算，需要将旋转因子表示成小数的二进制形式。为了保证运算结果的正确性，还需要将输入和输出数据进行小数点的调整。在此次设计中采用定点小数的方法，所谓定点小数，就是小数点的位置是固定的。设计中统一将小数点放在了Q6的位置，在仿真的结果图中显示的输出数据均是小数点经过移位后的结果即结果均扩大了64倍。复数乘法器采用FPGA内部IP核的例化与调用来设计实现了蝶形处理，这样就可以提高蝶形运算单元的的运算速度，降低了运算复杂度。控制单元的设计通过一个有限状态机来实现控制器。通过有限状态机状态的输出分别控制ROM因子表、随机存储器RAM和蝶形处理器。使它们可以协调一致地工作，从而实现FFT运算的正确输出。将系统设计的各个模块连接起来，利用顺序处理的FFT设计结构，将输入数据的8个点放到RAM中进行处理。经过元件例化和调用操作完一级蝶形之后对其结果进行存储；之后完成二级蝶形操作及存储；最后进行三级蝶形的操作。若输入8点数据为[5,8,3,2.0,6,1,2].其仿真结果经转换后的值为（即结果扩大了64倍）：[1728,410-j218,64-j640,230+j38,-576,230-j38,64+j640,410+j218],与MATLAB仿真的结果一致。如图2所示，图中的x0,x1,x2……x7是输入信号，分别给它们输入的值为[5,8,3,2,0,6,1,2];y0_i,y0_r……y7_i,y7_r是仿真中得到的输出信号。经过运算，输出结果与理论计算结果一致。图22总结通过仿真验证此次利用FPGA实现的FFT设计采用内置双端口RAM、ROM单元，实现了存取数据、旋转因子计算、蝶形计算，系统结构简单，运算可靠性高，速度得到了进一步提升。来源：维库电子市场网