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  • MSP430单片机在水声应答释放器中的应用

    摘要:水声应答释放器往往需要采用值更电路提高其待机和工作时间。应用MSP430单片机设计的应答释放器值更电路,采用电源管理、NOT CH滤波等技术手段,功能齐全,功耗低,经使用验证具有超过30天的待机时间。 关键词:应答释放器;MSP430单片机;值更;NOTCH滤波     水声应答释放器是合作目标定位导航系统的关键控制单元之一。应答释放器长时间布放在水下,接收水上系统的控制指令,通过单脉冲的接收和发射完成测距。水声应答释放器的功能通常还包括深度(压力)遥测、状态自检和自主释放回收等。     海上应用条件恶劣,使用要求复杂,应答释放器往往需要在满足规定的应答工作时间之外,具有很长的待机等待时间。为此,实用的应答释放器除了器件的选型和电路低功耗设计外,往往都采用值更和工作两种状态来进一步降低功耗;在工作状态下,开启DSP运算电路实现可靠的高精度应答测距;在值更状态下,关闭一切不必要的电路,仅仅检测水上系统的控制指令,并给出回复。     由于应答释放器长时间工作在值更状态下,所以值更电路的功耗成为了首要问题.采用低功耗的单片机MSP430F5438有效解决了系统对功耗的要求问题。 1 应答释放器值更电路硬件设计 1.1 MSP430F5438单片机的性能特点     MSP430F5438是TI公司一种具有超低功耗特性的功能强大的单片机,具有以下特点:     1)超低功耗     MSP430F5438运行在1 M时钟、2.2 V供电条件下,工作电流为165μA,超低功耗。     2)强大的处理能力     MSP430F5438具有18 M系统时钟;具有丰富的寻址方式,但只需简洁的27条指令,片内寄存器数量多,存储器可实现多种运算;有高效的查表处理方法;内部中断源较多,并且可以任意嵌套,使用灵活方便。     3)丰富的片上外围模块     外围模块包括:12位A/D、精密模拟比较器、硬件乘法器、两组频率可达8 M的时钟模块、两个带大量捕获/比较器的16位定时器、看门狗、两个可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口、数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口等。     4)大量的存储空间     MSP430F5438是FLASH型的单片机,有多达256 kBFLASH ROM和16KB RAM。     MSP430F5438单片机的强大功能和超低功耗为实现应答释放器的各项功能提供了基础。 1.2 值更电路硬件框图     值更电路的作用是接收遥控指令,并根据遥控指令做出相应的反应。水面遥控指令主要有:开机、待机、释放、自检等。其中,开机是将应答释放器的DSP电路加电,准备进行高精度应答测距;待机是将应答释放器的DSP电路关闭,重新返回低功耗值更状态;释放指令打开释放勾,解脱沉块,使收发机上浮回收;自检指令使收发机进行压力(深度)检测和电源检测,通过水声通信上传。因此,除了外部信号输入、指令发射控制和JTAG调试端口外,MSP430F5438单片机还需要实现对各类电源的监控和管理、压力数据的采集、释放机构的控制等。另外,RS232端口用于实验室和水面调试时与PC机的通信,I2C实现与DSP工作电路的数据通信。值更电路的硬件框图如图1所示。 1.3 数据输入端口分配     外部信号采集、电源监控和压力传感器数据都是经过ADC转换成数字信号之后送到MCU进行处理的。考虑到系统的功耗和复杂程度,ADC选用MCU内部集成的12 bit的ADC,电气连接关系如表1所示。     其中,信号是由外部宽带接入,经片内ADC后进入单片机内部,做两路窄带滤波后,分别针对RZ—BFSK数字通信方式的两路遥控指令频点。电源电压经过一个分压网络之后,送到MCU,在电源电压低到阈值时给出电源不足报警信号。 1.4 电源管理接口设计     为实现水声应答释放器的低功耗,对工作模块电源、释放机构电源、压力传感器电源和功放电源实行严格管理,系统只有在收到指令后,才开启相应模块的电源。电源控制采用电平触发模式,其电气连接关系如表2所示。 1.5 其他    为提高系统可靠性,增加基于MAX6369的低功耗硬件看门狗,在3.3 V电源时供电电流8μA;为了提高发射机的效率,功率放大器工作在D类模式下,采用对称方波驱动,由MCU直接产生,降低了系统的复杂程度;为在实验室条件下对水声应答释放器调试和参数设置,设计了RS2 32数据传输接口。 2 水声应答释放器值更电路软件设计 2.1 值更电路软件流程     应答释放器的值更管理功能包括:水声通信命令码组检测、水声通信命令解释、水声通信编码发射、电源管理、释放机构管理和设置DSP参数等。软件流程如图2所示。     以下为主程序的部分初始化代码     2.2 水声命令检测     对于应答释放器的值更电路,最大的挑战在于对水声命令的可靠检测和水声通信脉冲的确认。在MSP430F5438中对信号的检测采用Notch滤波器能量检测法。其算法为:         由于MSP430F5438的核时钟频率为18 MkHz,处理性能比DSP专用数字处理芯片差很多,采取以下措施使其实现两路Notch滤波检测:     1)采用求绝对值的方法来代替包络输出,同时避免了计算溢出;     2)用滤波器平滑算法代替均值平滑算法;     3)对其中一路信号采用4倍采样。 2.3 水声命令脉冲挑选     由于水声多途的影响,包含规定码元的命令信号通过水声信道后到达水声收发机时往往会多于规定的脉冲,严重时甚至会出现码间干扰。因此需要对采集的脉冲信息进行挑选,然后再判定属于哪路命令。     设得到的脉冲序列用p(0)、p(1)、p(2)、…、p(N)来表示,如果是一个正确的命令,那么各个脉冲起点与第一个脉冲起点存在下述关系:     p(k)=p(0)+k*100     考虑到传播途径对信号的影响,上式变为:     p(0)+k*100-ξ≤p(k)<p(0)+k*100+ξ     即:     k*100-2*ξ≤p(k)-p(0)-ξ<k*100     根据码元间距和奇偶校验位来挑选水声通信命令脉冲的流程如图3所示。 3 结论     基于MSP430F5438微处理器的应答释放器值更电路设计,通过科学合理的电源管理、简洁高效的水声信号处理和命令检测软件,达到了低功耗、高可靠的值更功能,经使用验证待机时间大于30天。同时,其发射控制和释放回收功能在应答释放器的实际使用中也得到了充分的验证。

    时间:2013-08-22 关键词: 430 msp 中的应用 单片机

  • 高压变频技术在锅炉风机中的应用分析

    八十年代,在发电厂高压电机采用的风门、阀门、电磁调速、液力偶合器调速、液态电阻调速、变极调速等耗能型电机调速方式,普遍存在适应范围窄、节能效果不显著、机械特性变软(除变极调速外)、运行可靠低等问题,一直没有好的解决办法。九十年代,随着功率单元串联技术的研发成功和应用,高压变频器装置以其独特的节能、高效、高可靠性、平滑而较硬的机械特性、以及强劲的输出动力,当之无愧地成为电力电子拖动的主角,成为新建和改造项目的首选。 目前,应用高压变频调速技术,一方面可以极大地节省风机消耗的电能,减少启动冲击,实现系统的节能、经济运行;另一方面可以提高功率因、降低谐波污染,提高系统的运行品质,实现高精度控制,提高可靠性,满足对环境和生产工艺过程对流量和压力的精度要求。从而有效地提高经济效益和产品质量。高压变频技术,广泛应用电力行业、冶金行业、水泥行业、化工生业、自来水行业、供热系统等。在全国各地已有达八千台套应用实例。总容量在1000多万千瓦,产生了良好的经济效益。其高效率、高可靠、优良的技术性能,得到用户的一致好评,是企业用于高压电动机调速领域较为完善的技术,同以往的任何一种调速方式相比变频器均具有不可比拟的优势,是电力拖动调速领域的主流和发展趋势。 一、高压变频调速原理 1.风机不同调节方式对比 由电工原理可知电机的转速与电源频率成正比,通过变频器可任意改变电源输出频率从而任意调节电机转速,实现平滑的无级调速。离心式风机在变速调节的过程中,如果不考虑管道系统阻力R的影响,风机的最大特点是负载转矩与转速的平方成正比,而轴功率与转速的立方成正比。因此,将电机定速运转改变为根据流量需要使用相应电源频率来调节电机变速运转,就可节约大量电能, 也能够产生巨大的经济效益。由图1可看出变频器控制是最接近理想曲线的。     由图2可知:在风机的流量由100%下降到50﹪时,变速调节与风门、阀门调节方式相比,风机的效率平均高出30%以上。从节能的观点来看,采用变速调节方式为最佳调节方式。采用定速驱动时,风机靠风门调节,除产生大量的节流损耗外,反应速度慢,导致机组无法响应负荷的动态变化,采用调速驱动后,机组的可控性提高了,响应速度加快,控制精度也提高了,从而使整个机组的控制性能大为改善,不但改善了机组的运行状况,还可以进一步节约能源,同时采用变速调节后可以有效地减轻叶轮和轴承的磨损,延长设备使用寿命,降低噪声,大大改善起动性能。工艺条件的改善,也能够产生巨大的经济效益。 2.变频调速的特性 交流异步电动机的转速公式为: n=60f(1-s)/p········································ (1) 其中:n—电机转速r/min; p—极对数; f—定子供电频率Hz; s—转差率。 由上式(1)可知,改变异步电动机的电源频率f就可以改变电机的转速n。同时,风机为典型的平方减转矩负载,下面以风机的工作特性来分析节能原理。 风机的电动机轴功率P与其流量Q,风压p之间的关系式如下: P∝Q×p···························································· (2) 当电动机的转速为n1、n2时,流量由Q1变化到Q2,此时Q、p、P相对于转速的关系: Q2=Q1×(n2/n1)················································ (3) p2=p1×(n2/n1)2 ················································ (4) P2=P1×(n2/n1)3 ················································· (5) 由式(3)(4)(5)式可以看出,调节电机转速即可调节流量,风压与转速的2次方成正比, 风机轴功率(功率输出)与转速的3次方成正比,从理论上讲,速度降低10%时会带来30%左右的功率下降,由于功率的大幅度降低,可获得显著的节能效果显著。 风机调速后与调速前理论对比如下: 二、变频调速的节能原理与分析 1.风机工频运转特性   (1) 图中,F1为工频运行时的(Q-p)性能曲线,也是变频风机在50Hz下满负荷运行时的性能曲线。E点为工频运行时的额定工作点,即挡风板在某一固定位置时的工作点。A点为流量小于额定流量时的工作点,即通过关小挡风板沿着(Q-p)特性曲线向左上方滑动的一系列的工作点;B点为流量大于额定流量的工作点,即挡风板开大直至全开,并且沿着(Q-p)特性曲线向左下方滑动的一系列工作点。请注意挡风板全开之后,应当防止电动机过载。 (2) pa为流量小于额定流量时的风机出口全压;pe为额定流量时的风机出口全风压;pb为流量大于额定流量时风机的出口全风压。Re为额定流量时,即挡风板在某一固定位置时的管网阻力曲线;Ra为小于额定流量时,即关小挡风板之后的管网阻力曲线;Rb为大于额定流量时,即挡风板开大直至全开之后的管网阻力曲线。挡风板在不同的位置时,Re,Ra,Rb实际是一系列曲线族。η1为效率曲线。 (3) 从图3中我们可以看出,pa>pe>pb;Qaηb。在额定工作点运行时,风机的效率最高,等于定效率。在额定工作点以外的任何工作点的效率都小于额定效率。 2.变频运行特性   (1) F2、F3不仅仅是二条曲线,而是F1性能曲线下方偏左的一系列曲线族,即工作频率不同,(Q-p)曲线就沿着管网阻力曲线向左下方滑动形成不同的(Q-p)曲线族。 (2) Fn变化时,工作点A、E、B、也分别沿着管网阻力曲线Rb,Re,Ra变为C、D、F。效率曲线η1也随着向左推移,并且形成高效扇形区。因此,风机变频运行时,pb降为pc,pe 降为pd或pg;pa降为pf。流量Qb减小到Qe;Qe减小到Qa;Qa变得更小。 (3) 如果Fn变化时,把挡风板打开到某个固定位置,使管网阻力为Re,保持流量Qa不变,即Qa恒定。工作点A即压力pa降为pg。 (4) 如果Fn变化时,把挡风板打开到最大位置,使管网阻力为Rb,分别保持流量不变,即Qa、Qe、Qb恒定。工作点A、E即压力pa 、pe也分别降为ph 、pc。Pb恒定不变。 (5)随着频率Fn的降低,当管网阻力一定时(假设为Re),变频运行风机的出口压力逐渐降低为pd或pg,变频后流量从Qe快速减少为Qa,工作点G的所需要的扬程也随着降低。而频率增加时,风机的出口压力也上升,使流量Qa反而增加,直至到Qe。如果要继续增加流量,此时必须把挡风板全部打开,流量最大可以达到Qb,此时要防止工频泵过载。 (6)变频运行时,频率不能调的过低,因为过低的频率运行,将满足不了工艺要求。

    时间:2013-08-20 关键词: 分析 通信网络 高压变频技术 锅炉风机 中的应用

  • LM3886在家庭影院中的应用03

    LM3886在家庭影院中的应用03

     (3)超重低音有源音箱     如图10-13是一款家用超重低音有源音箱电路。图中Linkwitz有源补偿器通过精确控制 补偿峰的中心频率F、及Q值,可使自然转折频率50Hz左右的封闭箱t其电源电路如图10-14 所示,频响曲线如图10-15所示,平缓地向下延伸,低端一3dB 点达到25Hz。图1 0·1 5中曲线a为自然频响,b为补偿曲线. c为系统频响。低通滤波器的转折频率为80Hz~200Hz连续可 调,使有源超重低音音箱能与读者的不同频率下限的双声道 音箱相配凸扬声器选用银笛YD310-43,盆直径310mm,磁体 直径158mm.共振频率25Hz,Q=0.35。连续功率50w t灵 敏度高达95dBo与灵敏度为88dB的惠威S8单元相比t两者 灵敏度相差7dB口如果同时闭箱,银笛YD310-43输入sow时的输出声压相当于惠威S8单元 输入≥200W时的输出。也可用南鲸YD310-8XA代银笛。箱体不采用瞬态性能差、灵敏度低 的倒相箱,而且用最简单的封闭箱々箱体应结实、不漏气,内部填充玻纤棉或保唾用腈纶棉

    时间:2013-08-19 关键词: lm 家庭影院 3886 视频电路 中的应用

  • LM3886在家庭影院中的应用02

    LM3886在家庭影院中的应用02

    (2)强力BTL功放   由运放皇NE5532和两只LM3886同相,反相放大器组成纯BTL桥式放大器t可轻松输 出200W以上不失真功率口可用于歌舞厅、剧场扩音等场合。此电路在小音量放音时音质仍能 保持自然流畅口BTL功放电路如图10-12所示。每声道一个电路板,有独立的整流滤波及推 动电路,两只散热器尺寸为长1 40厚5 0高lOO(mm)6

    时间:2013-08-19 关键词: lm 家庭影院 3886 视频电路 中的应用

  • LM3886在家庭影院中的应用01

    LM3886在家庭影院中的应用01

    (1)优质双声道功放     LM3886在额定电压下输出连续功率近?ow,峰值功率可达150w。双声遭功放采用简洁 典型线路,可取代多种中低挡发烧功放,适合用作家庭影院左右主声道功放。全电路装在同 一制板上,两只IJM3886备配一只长1 4 0厚5 0高75(mm)专用铝型材料散热器t固定在印制 板两侧以利散热。电源变压器可选用双24~28V、3r __5A环牛。  

    时间:2013-08-19 关键词: lm 家庭影院 3886 视频电路 中的应用

  • “人命关天”——FRAM在医疗设备中的应用现状

    在最近热映的影片《环太平洋》中,面对怪兽的冲击波,采用数字电路控制的机甲战士瞬间就瘫痪了,而只有模拟电路扛了下来。这可以形象地用来说明,电子元器件能否抗辐射有时候是人命关天的事儿!回到现实,在医疗电子应用领域,将能够抵抗高达50kGy伽玛射线消毒的非易失性随机存储器——FRAM用于一些与生命息息的关键医疗设备就再合适不过了。 “其实,FRAM不只是具有抗辐射的特性,高速/高读写耐久性(一万亿次以上)和低功耗的特性也是它能够成为医疗应用中最佳存储器选择的重要原因。” 富士通半导体系统存储器事业部副总裁松宫正人先生在日前于深圳举办的第六届中国国际医疗电子技术大会(CMET2013)上表示。他专程从日本赶来深圳,发表题为“医疗应用中的无电池存储解决方案”的主题演讲。     图1:富士通半导体存储器事业部副总裁松宫正人在第六届中国国际医疗电子技术大会(CMET2013)作演讲。 采用FRAM克服医疗存储技术挑战 FRAM(铁电随机存取存储器)结合了传统非易失性存储器闪存和E2PROM的掉电仍然能保存数据的特点,并且达到了SRAM/DRAM的读写速度,为独立存储器芯片和嵌入式存储器带来一系列独一无二的优点。富士通是FRAM技术的先行者,并在此领域耕耘超过10年,从1999年开始量产, 14年间累计销售23亿片FRAM产品,这其中在中国市场累计交货超过5,300万片。 近五年来,一些新型的非易失性存储器技术如FRAM、PRAM、ReRAM、MRAM不断涌现,但达到出色市场量产业绩的只有FRAM。排除一些低端应用市场,FRAM在对需要非易失性存储、高安全性、高速、低功耗、耐久性和抗辐射性这些综合性能的应用领域表现出众、口碑良好。在医疗领域,FRAM在尤其是在一些人命关天的重要场合,如呼吸机等设备中的应用,更是引人注目。 松宫正人先生在会议现场介绍了FRAM在医疗领域的应用现状:“虽然FRAM在医疗领域目前已经商用了,但是从广泛性的角度来看它还处于起步阶段。相比日本和欧洲市场,FRAM在中国市场的认知度还有待提高,而未来富士通半导体也会加大在医疗应用方面的投入,帮助更多中国医疗设备厂商解决其在数据存储方面所遇到的挑战。” 下图2强调了FRAM所具备的三个适用于医疗应用的关键优势,其中无需后备电池的特性使其特别适合便携式医疗器械的使用,同时能够减少设备维护保养的费用;而高速/高读写耐久性使得患者信息可以实时,频繁的存储记录;抗辐射的特性更是满足了医疗器械高可靠性的要求。     图2.富士通半导体FRAM适用于医疗应用的三大优势。 EEPROM的相对成本优势正在消失 与传统的非易失性存储器如EEPROM相比,富士通FRAM的优势主要体现在高速烧写(是EEPROM的40,000 倍)、高耐久性(是EEPROM的1,000,000 倍 )和低功耗(是EEPROM的1/1,000 )等方面。这些优势使得FRAM越来越多地被需要高可靠性的应用领域所采用,比如计量仪表(三相电表以及水表、气表等)、电力自动化、医疗器械及医疗电子标签、汽车后装设备、POS机/金融ATM机等等。 FRAM除了能够在一些应用中替代EEPROM外,更重要的是在一些关键医疗应用中能够实现EEPROM所不能实现的功能。例如,在涉及CT扫描X射线、用于消毒的紫外线和伽马射线的医学和生物处理领域中,如前所述,FRAM对辐射有很强的耐受性。基于FRAM的RFID可轻松通过标准医疗灭菌过程,而基于EEPROM的RFID在这一过程会被擦除。 对于FRAM的成本问题,松宫正人先生也阐述了他的观点:“这是和存储容量相关的,容量不同,价格不同,现在FRAM和EEPROM一般的价格差距在2~5倍,而在大容量方面,例如1M~2M的FRAM和EEPROM的价格差距并不大,就只有1~2倍,所以,在大容量应用中,EEPROM的价格并不占优势,未来将会被FRAM所替代。” 另一方面,由于控制着FRAM的整个研究开发,晶圆生产及封装流程,加上多年的经验,富士通半导体能始终保证FRAM产品的高质量和稳定供应。富士通半导体还在低功耗制造工艺上不断创新,进一步降低成本价格,并实现大容量化。相对来说,EEPROM的制造工艺却长时间没有变化,随着时间的推移,EEPROM在成本上的优势将会逐渐减弱。 FRAM 100%被用于关乎生命的医疗设备 “排除非常便宜的一些低端应用市场,在要求高可靠性,高速/高耐久性数据读写、低功耗、抗辐射等人命关天的医疗设备中,FRAM有着100%的应用。” 松宫先生进一步指出。 下面就让我们跟随松宫正人先生去医院看看,都有哪些设备用到了富士通半导体的FRAM?并且为什么FRAM会与我们的生命息息相关?     图3. FRAM单体存储器在医疗器械领域的应用。 上图3所示的这些应用有一个共同的特点就是无需独立电池为存储器不间断供电。这正是松宫正人先生的演讲中所重点介绍的内容之一——“医疗应用中的无电池存储解决方案”。对于不同的医疗器械,富士通半导体都有与之相应的产品型号可以应用,下面列出这位FRAM专家为不同应用所推荐的不同的具体产品型号以及采用FRAM所带来的好处。 1、呼吸机(CPAP Machine) 推荐产品型号:-SPI接口: MB85RS1MT(1Mbit),MB85RS2MT(2Mbit)。 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需电池); -储存设定参数(FRAM的高可靠性); -患者呼吸状态履历实时记录(FRAM的高速/高读写耐久性)。 2、输液泵(Infusion Pump) 推荐产品型号:-I2C接口: MB85RC1MT(1Mbit),MB85RS2MT(2Mbit)。 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需后备电池,无需大电容); -储存设定参数(FRAM的高可靠性); -注射状态,报警履历实时记录(FRAM的高速/高读写耐久性)。 3、胰岛素注射泵(Insulin Injection Pump) 推荐产品型号:-I2C接口:MB85RC64(64KBit),MB85RC16(16Kbit)。 MB85RC04V(4KBit) 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需后备电池,无需大电容); -储存设定参数(FRAM的高可靠性); -注射状态(注射量,时间等),报警信号履历实时记录(FRAM高速读写/高读写耐久性,实现实时频繁记录)。 4、监护仪(Patient Monitor System,PMS) 推荐产品型号:-I2C,SPI接口:MB85RC64(64Kbit), MB85RC16(16Kbit),MB85RS256(256Kbit)。 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需后备电池,无需大电容); -储存设定参数(FRAM的高可靠性); -患者监护信息(呼吸,体温,心跳,血压,血酸等),报警信号履历实时记录 (FRAM高速读写/高读写耐久性,实现实时记录)。 5、有线内视镜(Wired Endoscope) 推荐产品型号:-I2C,SPI接口: MB85RC64(64KBit),MB85RS256(256KBit) 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需后备电池,无需大电容) -储存设定参数(FRAM的高可靠性) 6、血氧测定仪(Pulse Oximetry) 推荐产品型号:-I2C接口: MB85RC64(64KBit),MB85RC16(16KBit)。 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需后备电池,无需大电容); -储存参考数据或参数(FRAM的高可靠性); -小封装(FRAM的3mm x 2 mm无引脚小型封装)。 7、生理分析仪表(血糖仪/尿液分析仪) 推荐产品型号:-I2C接口: MB85RC64(64KBit),MB85RC16(16KBit)。 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需后备电池,无需大电容); -储存参考数据或参数(FRAM的高可靠性); -超小封装(FRAM的3mm x 2 mm无引脚小型封装SON8)。 8、胶囊内镜(Capsule Endoscope) 推荐产品型号:-SPI接口: MB85RS1MT(1Mbit),MB85RS2MT(2MBit)。 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需后备电池,无需大电容); -储存设定参数(FRAM的高可靠性); - (防止无限电池发生故障时,患者的图象丢失)数据缓冲存储器(FRAM高速读写/高读写耐久性,实现实时频繁记录); -小封装(FRAM的小型封装SOP8)。 9、便携式心电图仪 推荐产品型号:-I2C接口: MB85RC64(64Kbit),MB85RC128(128KBit) 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需后备电池,无需大电容) -储存参考数据或参数(FRAM的高可靠性) - 患者的测定值,时间等信息(FRAM高速读写/高读写耐久性,实现实时频繁记录) -小封装(FRAM的小型封装SOP8) 10、扫描仪CT-Scanner 推荐产品型号:-Parallel并口: MB85R256(256Kbit),MB85R1002A(1MBit) 选用FRAM 的优势: -节能环保(FRAM无需电池,无需大电容) -储存结构参考数据,执行参数(FRAM的高可靠性) -扫描回转数,断层扫描信息(FRAM高速读写/高读写耐久性,实现实时频繁记录) 其实,除了独立的FRAM产品,富士通半导体还可提供FRAM RFID解决方案,包括HF(高频)和UHF(超高频)两种系列,特别适合满足高可靠性电子标签应用如医用标签的需求。FRAM RFID很适合经常需要用伽玛线照射进行消毒的医药器械电子标签应用,可很好地实现仓储、物流、病患资料数据的管理。据松宫正人先生介绍,FRAM RFID产品在欧洲和美国的医疗市场已经有了比较广泛的应用。

    时间:2013-08-13 关键词: fram 医疗设备 中的应用

  • 智能监控系统在变电站中的应用方案

    电是国家能源的核心,而变电站是电力输送控制的核心环节。变电站电压等级越高,供电范围越大,地位也越重要。变电站所发生的任何闪失,都会给整个电网带来巨大的压力。随着我国电力事业的不断发展,变电站的安全防范已成为电力部门越来越重视和关心的问题,如何在第一时间对可能或已经发生的异常现象做出及时处理并保存现场的图像资料,为分析事故原因提供第一手的资料,是变电站对安防系统提出的新要求。 在现实应用中,变电站面积大,防范区域分布面广,配套设施多样,传统闭路电视监控系统整个变电站安防状态的监视、信息手段之一,需要做到和其他传感器全天候24 x 7保护区域,降低安保人员使用监控器监控,提高报警准确率,缩短从报警确认到反应所需要的时间。 但是,对于关键基础设施的安全防范,传统方法通常缺少真正的保护,经常依赖与安保人员或者警卫监视多个摄像机或者其他传感器。典型结果是造成安全环境完全依赖在人的注意力上。随着时间的过去,这个注意力严重下降,造成并没有使用一个安全系统,或者这个安全系统被忽略了,因此这个基础设施变成高度脆弱,不安全。 而智能视频监控系统可以通过图像分析及报警管理软件,采集并分析各区域的前端控制器上传来的报警及图像视频信号,由应急指挥中心的系统管理平台实现对周界系统进行管理,边界设置、防护等级划分,监视所有的周界摄像机,配置显示设备和其他辅助设备,同时具备检测终端设备故障的功能。通过此管理平台,当出现报警信息时,在电子地图上显示报警的位置,显示破坏者的数量,行进轨迹等。当发生有人试图翻越进入或可疑车辆靠近时,探测器能和视频图像分析系统立即发出报警信号,相应的摄像机图像传输到图形监控工作站上进行监视、处理,同时发出声光报警信号,提示值班人员进行接、出警,有效的避免了传统方法过度依赖人力的弊端,真正达到“技防”的效果。与此同时,智能化管理系统与智能视频分析设备相结合,通过内部对讲系统与巡防人员遥相呼应,可大大减少监控中心工作人员的工作强度,而且对于事后的取证只需调阅发生报警时的录像查看即可,不需要去翻阅海量的监控录像信息,节省了大量的人力物力,最大限度的提高该变电站的安防等级。 变电站智能监控系统设计目标 智能视频监控系统的完善既可提高安保人员的工作效率,同时也可以最大限度的提升变电站的安防等级,使变电站成为一个现代化智能安防的典范。这就要求在变电站的智能视频监控系统方案设计中充分考虑可能完善的整体规划,并围绕当前应用需求的特点本着实用与发展相结合的总体原则,以满足目前的应用为出发点,合理优化设计方案;并兼顾未来的应用需求和技术发展,为系统在技术上提供有效的平滑过渡环境。保障电站内的正常安全的工作环境,以及在突发事件发生时能够按照相应预案进行有效地组织管理和科学合理地调度指挥,就是对安防系统的最基本要求。 变电站的智能视频监控系统设计标准按中华人民共和国国家标准中相关安全防范工程设计规范则中的一级标准;结合先进的现代计算机技术、现代控制技术、现代通讯技术、现代图象显示技术,同时应充分利用变电站已安装的设备,实现对整个系统的有机结合。对变电站实施一级安全防范管理措施,诣在建立一个高等级的安防平台,为变电站提供一个安全、便捷、高效的作业环境。 系统设计思想及原则 在充分考虑用户需求的基础上,结合多年从事智能视频监控系统的经验,对变电站智能视频监控系统方案进行了深入的规划和设计。 可行性及适用性:系统要保证技术上的可行性和经济上的可能性。设计选用的系统和产品应能够在保证高安防等级的前提下让投资方得到受益,同时应满足近期使用和远期发展的需要。以现有成熟的技术和产品为对象进行设计,同时考虑到周边信息、通信环境的现状和发展趋势,并兼顾管理部门的要求,使系统设计方案可行。 先进性和可靠性:系统设计既要考虑系统的先进性,更要注重系统的稳定性、可靠性。系统的设计应具有较高的可靠性,在系统故障或事故造成系统瘫痪后,能确保数据的准确性、完整性和一致性,并具备迅速恢复的功能。特别在重要的系统中,应具有高度的冗余性,确保系统能够正常运行。 开放性和标准性:为满足系统所选用的技术和设备的协调运行能力,以及系统投资的长期效应和系统功能扩展的需要,系统设计必须坚持系统的开放性和标准性。在可能的条件下,系统中所采用的产品都尽可能标准化、通用化,并执行国际上通用的标准或协议,使其选用的产品具有极强的互换性。 可扩展性和易维护性:为了适应系统功能变化的要求,系统设计充分体现以最简便的方法、最经济的投资,实现系统的扩展和维护。 易操作性和实时性:管理员能对管理系统和监控系统熟练使用,能利用监控和报警系统实时掌握情况。 智能监控系统应用与实施 由于变电站是电力输送控制的核心环节,很多重要机组、设备、系统均在变电站中运行,因此变电站重点监控区域将是智能监控应用的主要场所,包括:配电房、升压变电站,主网变电站,二次变电站,配电站、科技楼等。 主要采取安装红外摄像机+智能视觉分析服务器,全天候检测,防止不法分子进入重要区域,当检测到入侵时联动报警,弹出报警画面。或者使用红外摄像机+智能视频分析服务器,全天候检测,启用丢包检测报警。防止不法分子在重要区域丢放危险物品,一旦发生丢放危险物品时智能视频分析服务器会立即报警及联动弹出报警画面,给安保人员确认及时处理险情。 周界防范的主要防止围墙攀爬触发报警或自动跟踪,安装红外摄像机+智能视觉分析服务器全天候检测,启用区域入侵检测和围墙翻越检测等功能防止不法分子非法进入变电站辖区。一旦检测到入侵行为,智能视觉分析服务器立即联动报警,弹出报警视频。 阔地手动触发自动跟踪:安装自动跟踪球机+智能视觉分析服务器可以实现安保人员手动指定跟踪目标。由智能视觉分析服务器控制自动跟踪球机跟踪指定目标直到消失在摄像机的可视范围。 系统主要设备选型 智能监控系统主要由前端摄像部分、中间传输部分和后端监控报警中心组成。前端摄像部分主要负责对监控场景的图像采集,中间传输部分主要负责把前端采集的视频图像、RS-485控制信号和网络信号的传输到后端监控中心,后端控制中心部分主要负责对传输至控制中心的视频信号显示、存储,检测入侵并发出告警(提示音、声光警号、喇叭、短信、多媒体信息)。其中使用交换机将所有智能视频分析服务连接起来,方便随时调用以及设置参数;智能视觉分析服务器对场景基于三维检测,自动检测出监控环境中可疑的入侵行为和偷盗行为,并在合适的条件下进行PTZ自动跟踪,触发告警(提示音、声光警号、喇叭、短信、多媒体信息)通知管理人员及时反应做出处理。 前端设备 根据变电站的要求及实际现场情况,监控方案采用先进的闭路监控产品,以安全监视为目的,同时可对变电站的设备及运作情况实施监控,使管理人员及保安在“足不出户”的情况下,可对整个变电站的设施安全及人员运作情况有足够的了解。 传输系统 传输系统部分为整个智能监控防盗系统的神经,因此建议采用光纤或无线传输,确保视频信号、控制信号和电源在传输过程中免受外部干扰,减少信号的减弱。传输系统主要将前端所有高速球机的视频信号、RS-485控制信号以及半球的视频信号完整的传输到后端监控室里的存储系统。 存储系统 嵌入式处理数字硬盘录像机采用高性能32位嵌入式微处理器和嵌入式实时操作系统,充分确保设备运行稳定可靠,监视、放像完全实时,画质清晰;具有定时录像、手动录像、报警录像等多种录像模式;具备以太网接口,可以通过联网计算机进行参数设置、录像查询回放,现场实时监视的功能;可通过解码器对相应云台、镜头进行常规调节;具有报警联动的功能,可方便开启灯光或其它防范设备;具有多画面分割实时监控视频图像;具有遥控功能,且多台设备可共享同一遥控器;具有标准的RS-232串口,可以利用该串口和WINDOWS下的超级终端进行参数设置。 矩阵 该矩阵的视、音频主机采用大规模音视频切换专用芯片作为音频视频切换矩阵电路的多路多通道切换设备,溶合了先进的矩阵切换技术和计算机技术,可以给用户提供卓越的整体性能。具有视频输出、视频输入、音频输出、音频输入等多种模块化插板,用户可选择各种插板组合成系统所需容量和功能的切换设备。在一个标准19英寸标准机箱中实现音频切换、视频切换、报警输入及警后联动录像功能等多种功能,大大简化了系统的构成,提高了用户系统的可靠性。 后端显示 后端采用16个22寸液晶监示器,中间4个显示屏做拼接屏,用作报警时系统自动弹窗。其他屏由矩阵自动轮换每路监控视频。 变电站智能视频监控系统带来的效果 系统实施后可智能的通过对目标物的高度、宽度、速度以及其他特征的分析来区分目标物。可以精准的识别并追踪目标物,为保安人员提供目标物的具体位置、坐标和行进方向。可以区分人、车辆、自行车(摩托车),并尽可能以模拟图标可以在的地图上根据现场实时情况进行实时同步移动,并显示出轨迹,实时的反映整个现场的实际情况。 系统在侦测目标物时应能够避免各种室外环境因素干扰(例如云的阴影,浓雾、大雨等恶劣天气,摄像机晃动和视频干扰讯号),同时也可有效地排除由小动物或飞鸟所造成的干扰性警报,系统在提供本地监控的同时也能通过计算机网络将视频及报警系统上传至远程的控制中心。 可以在系统所包含的摄像机所覆盖的任意区域任意的设置虚拟围界,这道保护屏障可以跨越围围墙,当出现任何非法活动时,每一个入侵者都会被显示在显示器上。一旦他们试图穿越防区,将要达到物理围栏,系统通过声音报警和实时的视频提示控制中心。系统可自动切换PTZ摄像机到报警区域,并可实时跟踪目标物,直至目标物移动出监视区域,同时在夜间联动室外照明。值班的警卫也可以通过PTZ摄像机手动搜寻现场的场景,判断现场将受侵害情况,派遣现场保安人员增援。 系统能够自动发出警报。报警时的录像(含非法入侵物体的运动轨迹)也实时存入设备,便于随时调用。

    时间:2013-08-13 关键词: 方案 通信网络 变电站 智能监控系统 中的应用

  • 前馈超线性技术在星用固放中的应用

    摘要 前馈技术是一种能有效改善固放线性度指标的方法。为满足星用固放对线性度指标越来越高的要求,文中以某前馈超线性星用固放为例,介绍了前馈超线性技术在星用固放中的应用。从前馈超线性技术工作原理、固放推动放大器指标分配、主功率放大器指标分配、辅助功率放大器指标分配、矢量调制器及自适应电路选用几个方面对放大器进行了分析。实测结果证明,星用固放通过引入前馈超线性技术,三阶交调系数指标<-50 dBc,相对于传统固放线性度指标改善30 dB以上。 关键词 前馈超线性;三阶交调系数;星用固放     现代卫星通信具有以下特点:卫星通信数据量越来越大;频谱资源紧张,通信信道越来越窄;通信保密性要求越来越高;多载波及包络时变的数字调制系统应用越来越广泛。当射频固放工作在大信号或多信号时,其幅度和相位特性的非线性会引起信号失真,产生互调,从而影响通信质量。围绕着如何减小这种互调产物,保证信号质量的问题,对卫星通信、数传发射机的核心部件-星用固放的线性度提出了越来越高的要求。     目前我国现有的卫星通信系统为获得高线性,固放多采用传统的功率回退的办法,虽然电路简单,但功率放大器的线性度改善是通过牺牲系统工作效率和固放的输出功率获得的,线性化指标也较差,对于卫星通信系统工程应用来说缺点多、弊端大,卫星通信系统对于超线性星用固放的需求越来越迫切。本文以某超线性星用固放为例,介绍前馈超线性技术在星用同放中的应用。 1 工作原理     前馈系统工作原理如图1所示,由环1信号抵消环和环2失真信号抵消环组成,环1实现失真信号提取功能,环2实现失真信号抵消功能。输入射频信号通过功分器分两路进入环1,一路进入主功率放大器进行射频放大,由于射频放大器固有的非线性效应,主功率放大器输出信号包含有失真分量;一路信号调整相位幅度后作为参考支路,与主功率放大器输出耦合出的信号进行叠加,通过调整参考支路的相位幅度,使得参考支路信号与主功率放大器输出耦合出的信号相位相反幅度相等,从而实现信号抵消,环1的下支路输出信号只剩下失真信号。环1下支路得到的失真信号进入环2辅助功率放大器进行失真信号放大,进入耦合器与上支路主功率放大器放大输出的信号进行叠加,通过调整上支路主功率放大器输出信号的相位延时,使得两支路的失真信号相位相反,通过调整辅助功率放大器的增益,使得两支路失真信号幅度相等,从而实现失真信号抵消,在系统的最终输出中得到放大的无失真信号。   2 前馈超线性星用固放设计     本方案以一个UHF工作频段、输出功率为25 W的星用固放引入前馈超线性技术,通过改善功放线性度的实例介绍前馈超线性技术在星用固放中的应用。前馈超线性星用固放的原理框图如图2所示。 2.1 推动放大器     推动放大采用两级放大,输入和输出都设计有隔离器以保证驻波,两级放大级间加带通滤波器,对小信号进行滤波,以保证最终输出的信号频谱纯净,选用的第二级功率管1 dB压缩点功率较大,处于完全线性的工作状态,保证足够的功率回退,实现高线性。     设定双音测试信号频率为f1=f0MHz,f1=(f0+10)MHz,对推动放大进行仿真,仿真结果如图3所示,推动放大三阶交调系数IM3<-30 dBc。推动放大最终实现指标:1 dB压缩点输出功率≥30 dBm;三阶交调系数IM3≤-30 dBc(输出功率24 dBm时);小信号增益≥20 dB。 2.2 主功率放大器     主功率放大主要功能是完成对信号的功率放大,实现大功率输出。主功率放大采用两级放大,输入端加隔离器,输出端加环行器加大功率负载,以保证输入输出驻波。     设定双音测试信号频率为f1=f0 MHz,f1=(f0+1)MHz,对主功率放大进行仿真,仿真结果如图4所示,主功率放大三阶交调系数IM3<-22 dBc。主功率放大最终实现指标:1 dB压缩点输出功率≥44 dBm;三阶交调系数IM3≤-20 dBc@P-1db;信号增益≥20 dB。 2.3 辅助功率放大器     辅助功率放大器的主要功能是完成对失真信号的放大,与主路信号中的失真信号幅度相等,相位相反,以抵消主路信号的失真,从而实现高线性输出。辅助功率放大采用两级功率管放大,最终实现以下指标1 dB压缩点输出功率≥37 dBm;三阶交调分量≤-20 dBc@P-1 dB;小信号增益≥30 dB。   2.4 矢量调制器及自适应电路     矢量调制器即衰减器和相移器,在前馈系统中实现对信号幅度和相位的精确控制,前馈系统无论是信号抵消还是失真信号抵消,均需通过矢量调制器的调整来实现两支路相位相反幅度相等。     前馈功率放大器在工作条件变化时,电路的参数变化无法保持一致,从而造成放大器线性度的恶化,致使其稳定性差。因此为保证良好的线性化效果,必须附加一定的自适应电路。自适应前馈技术一般有3种反馈策略,即导频信号法、相关检测法和能量最小法。最小功率检测法电路相对简单,且不会引入新的失真信号。最小功率检测法通过调节矢量调制器的控制系数,使提取的失真信号能量最小化,以达到使非线性失真信号最小化的目的。最小功率检测法自适应电路原理框图如图5所示。     图2中输入信号为耦合器4的输入,输出信号为耦合器3的输出。输入耦合信号先与输出耦合信号进行混频,再经带通滤波器滤出失真信号,用检波管检波、检波电平送入控制电路,通过调整控制电压,控制矢量调制器。 2.5 实测结果     前馈超线性星用固放的线性度测试结果如图6所示,固放在单音信号输出41 dBm,即双音信号输出44dBm时,三阶交调系数IM3<-50dBc。一般情况下,固放在1 dB压缩点输出时三阶交调系数指标约为-20 dBc,本固放使用前馈超线性技术后,三阶交调系数指标相对于传统固放的改善在30 dB以上。 3 结束语     通过实例介绍了前馈超线性技术在星用固放中的应用,星用固放通过引入前馈超线性技术,三阶交调系数指标改善30 dB以上,满足星用固放对线性度指标的要求。

    时间:2013-08-10 关键词: 线性 前馈 中的应用

  • PSpice仿真软件在模拟电子技术教学中的应用

    摘要 介绍了PSpice仿真软件的基本功能和特点。通过教学实例,论述了将PSpice仿真软件引入实验教学和实践的方法,结果表明在模拟电子技术实验教学中引入PSpice仿真软件可将理论和实践有机结合,有益于传统模拟电子技术实验教学方法的补充和改进。 关键词 PSpice仿真软件;模拟电子技术;实验教学;电路仿真     随着计算机技术的发展,利用计算机的仿真技术对电路进行设计、分析和调试已成为趋势。一是其可替代采用简化电路模型估算电路特性进行验证的传统设计方式,同时可高效地进行电路参数确定和方案优选,并在设计初期对产品的性能进行可靠预测,从而提高设计质量、缩短设计周期、节省设计费用,因此成为了现代设计方法中重要的组成部分;二是利用仿真软件得出电路性能受电路中关键参数的影响,可更好地掌握电路的特性和指标,对实际电路调试工作具有指导意义。目前电子电路CAD(Computer Aided Design)及EDA(Electronic Design Auto mation)已成为电路分析和设计中不可或缺的工具。CAD/EDA仿真软件也将是电子类专业学生需要掌握的专业技能之一,所以必须将计算机仿真技术引入到模拟电子技术实验教学中,将传统的模拟电子技术实验教学与计算机进行的仿真实验相结合,提高课程的教学质量和实验效率。     目前流行的电子线路仿真设计软件有EWB、Protel、PSpice、Muhisim等,由于PSpice具有高超的电路仿真能力,因此在模拟电路仿真实验教学中得到最广泛应用。在电路系统仿真方面,PSpice则独具特色,是一个多功能的电路模拟试验平台;该软件由于收敛性好,适用于系统和电路级仿真,具有快速、准确的仿真能力。因此文中将PSpice仿真软件引入模拟电子技术实验教学中,为学生提供一个积极创新的仿真实验平台,将仿真实验平台与传统的实验方式有机结合。通过教学实践表明,基于PSpice软件平台的仿真实验是对传统实验教学模式的补充和改进。 1 PSpice仿真软件简介     PSpice (Personal Simulation Program with IC Emphasis)由Spice发展而来,是用于微机系列的通用电路分析程序,也是出现较早的电路设计自动化软件之一,可进行模拟电路分析、数字电路分析和模拟数字混合电路分析。目前,最新版本是Cadence公司的OrCAD/PSpice是众多计算机辅助设计的工具软件中精度较高的软件工具之一。     PSpice作为一种通用电路分析程序,能分析和模拟一般条件下的各种电路特性,主要包括:Schematics、PSpice、Probe、Stmed(Stimul us Editor)、Parts、PSpice Optimizer 6大模块,具有电路图绘制、模拟仿真及图形后处理功能,可用于各种电路实验和测试,以便修改与 优化设计。其不仅支持文本输入,还支持图形输入,同时拥有庞大的元器件库、参数模型库以及种类齐全的测试仪器仪表等。随着软件自身的发展,其自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快且操作界面清晰简洁。通常PSpice软件的主要分析功能有:直流工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析、交流小信号分析、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵感度、交流灵感度和蒙特卡洛法等。     PSpice软件对电路进行模拟仿真的过程共分为8个阶段:新建设计项目、电路图生成、电路特性分析类型和分析参数设置、运行PSpice A/D程序、模拟结果的显示与分析、电路设计优化与修正以及设计结果输出等。 2 PSpice的应用     下面通过3个具体仿真实验,阐述PSpice软件在模拟电子技术实验教学中的应用情况。     (1)差分放大电路电压传输特性实验。在Schematics绘图编辑器中绘制的差分放大电路如图1所示,其中图1(a)中三极管Q1、Q2的发射极反馈电阻Re1=Re2=0,图1(b)中Q1、Q2的发射极反馈电阻Re1=Re2=200 Ω。差分放大电路电压传输特性是输出电压图1(a)中Vo1、Vo2或图1(b)中Vo3、Vo4和输入电压Vi1的关系曲线。根据要求分析采用直流扫描分析(DCSweep)。所谓直流扫描分析是指将电路中某一参数作为输入变量,以某一电压或电流为输出变量,对自变量在其变化范围内的每个取值,计算输出变量的变化情况。选择输入电压Vi1为自变量,令其取值从-500 mV线性增长至500 mV,步长5 mV。运行PSpice仿真软件,仿真结果可通过文本文件输出,也可由波形模块Probe窗口输出。该实验采用Probe窗口输出,能方便直观地得到图1(a)和图1(b)差分放大电路的电压传输特性曲线,如图2和图3所示。     对比分析图2和图3可知,图1(b)中差分电路引入负反馈后(Re1=Re2=200 Ω)增加了放大电路的线性工作区,但传输特性的斜率变小,使放大电路的增益减小。采用PSpice仿真软件可方便得出差分电路的电压传输特性曲线,若采用物理实验的方法,则需对输入电压Vi1取一系列值,列表分别测输出电压,再根据所测的数据绘制电压传输特性曲线。     (2)二阶压控电压源低通滤波电路频率特性实验。在Schematics绘图编辑器中绘制的二阶压控电压源低通滤波器电路如图4所示,该电路中既引入了正反馈,也引入了正反馈。研究滤波器的频率特性就是对其在不同信号频率下的幅频响应和相频响应。根据要求PSpice分析类型采用交流扫描分析(ACSweep),其作用是计算电路的交流小信号频率响应特性。     执行仿真,在Probe程序窗口,选择Trace|Add,打开Add Traces对话框,该对话框显示电路中电压和电流变量,且还表示多个目标函数(Goal Functions),其中包括DB()和P()。在Trace Expression编辑框中输入DB(V(U1A:OUT)/V(Vi:+))便可得到如图5所示的幅频响应。由图5可知,图4所示二阶压控电压源低通滤波器的截止频率约为16 Hz,通带增益约4 dB,均与理论值相同。在Trace Expression编辑框中输入P(V(U1A:OUT))-P(V(Vi:+))可得到如图6所示的相频响应。通过仿真结果,能直观得到该低通滤波器的幅频响应和相频响应。由此可见采用PSpiee仿真软件可方便地得出模拟电路或电路系统的频率特性和相频特性。     (3)RC正弦波振荡电路实验。图7为在PSpice软件中画出的RC正弦波振荡电路,要求仿真分析该振荡电路的输出波形。在图7所示的电路中,R1、C1和R2、C2构成RC串并联选频网络,该网络在正弦波震荡电路中既为选频网络,又为正反馈网络;二极管D1、D2作为自动稳幅元件。振荡频率         由于仿真振荡电路输出波形是为求电路的时域响应,因此采用瞬态分析方法(Time Domain/Transient),执行Probe程序,在Probe窗口中得到输出电压V(V0)的波形如图8所示。由图8可看出,电路从0时刻开始起振,经过一段时间的振荡后,约需25 ms才可达到稳定输出,其中振荡周期约为35.530-34.445=1.085 ms,与理论计算的频率相符。即说明该振荡电路的性能较为可靠。另外,改变C1和C2的值观察输出波形,C1和C2变化将影响振荡正弦波的频率。由于起振过程较短暂,若采用实际电路进行正弦波振荡电路实验,用示波器较难观测到该过程。     由上述实验仿真分析可见,PSpice是功能强大的电路设计与分析计算机仿真的工具,只要画出电路仿真图形便可获取并处理实验数据,形成直观的波形图,其电路仿真无论在分析精度、实验效果等方面部性能良好。 3 结束语     文中在介绍Pspice软件的基础上指出将其引入电子技术实验仿真教学中的必要性。并例举出Pspice在模拟电子线路实验教学中的仿真实例,实践教学表明:(1)通过Pspice的模拟仿真可使复杂现象的变化过程和电路相关特性,随时以图形、曲线或波形等形式来表示。仿真过程中还可不断的通过修改电路和参数,及时观察输出结果,这有利于加深对电子电路基本概念、特性的理解。另外,也为一些不易在物理实验室进行的实验,提供有效解决途径。(2)在模拟电子实验课程中除开设验证性仿真实验外,还可开设开放性的仿真设计实验,加快设计速度,提高设计的正确性;并可发挥学生的主观能动性和创造性,增强学生的综合分析能力,启发学生的创新思维,大幅提高其分析与设计电路的能力。(3)另外,Pspice仿真实验无需任何实际的元器件和测量仪器,有效地延伸了实验时间、空间和场地,同时激发了学生的学习兴趣。     所以,在模拟电子技术实验教学中,引入PSpice仿真实验,不仅可更新实验教学方法,激发学生的学习兴趣,培养学生的创新思维能力,提高实验教学效果和质量,且降低了实验成本;同时还可提升学生的计算机应用能力。综上所述,Pspice仿真实验是对模拟电子技术实验的一个有效补充和改进,与传统实验相比优势明显。

    时间:2013-08-06 关键词: 模拟电子技术 pspice 仿真软件 中的应用

  • GPRS在智能照明中的应用

     GPRS即General Packet Radio Service,通用无线分组业务,是一种基于GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲,GPRS是一项远距离的高速数据处理技术。 中国照明网技术论文·智能照明系统 它是以“分组”的形式传送资料到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术,但是它在许多方面都具有显著的优势。中国照明网技术论文·智能照明系统 它让用户使用一部手机就能行遍全球,可以通过手机发送及接收电子邮件,在互联网上浏览等,它比WAP(手机上网协议)优越,下载资料和通话可以同时进行,声音传递用GSM而数据传输用GPRS。 GPRS系统由于应用在公网上,其低廉的数据流包月费用,是照明系统最佳的小数据远传通讯方式。

    时间:2013-08-01 关键词: GPRS 智能照明 中的应用

  • ZigBee在智能照明中的应用

     ZigBee技术主要应用在短距离范围内以及数据传输速率不高的各种电子设备之间,因此非常适用于照明等小型电子设备的无线控制指令传输。其典型的传输数据类型有周期性数据(如传感器)和间歇性数据(如照明控制)。其目标功能是自动化控制,它采用跳频技术,使用的频段分别为2.4GHz (ISM)、868MHz(欧洲) 及915MHz(美国)。而且均为免执照频段,有效覆盖范围已达到70~200m。 2001年8月,美国HONEYWELL等公司发起成立了ZigBee联盟,他们提出的ZigBee技术被确认为IEEE 802.15.4标准。2002年,摩托罗拉,飞利浦和三菱等企业加盟ZigBee联盟,06年中国的华为公司也加入了该联盟。 将ZigBee收发模块嵌入到光源电器的终端控制中,包括镇流器、人机交换设备等,可构成布线成本极低的全数字无线寻址全双工通信的照明控制系统。 ZigBee技术的出现,推进了多主(每一个节点具有一定的自主智能)分布式控制系统的实用化进程,其网络可由一个节点管理若干子节点,最多一个节点可以管理254个子节点。同时该节点还可由上一层网络节点管理。可组成65536个节点的大型网络。 因为ZigBee数据传输速率低,协议简单,所以大大降低了成本,相比于Wi-Fi和UWB等这些适用于无线局域网和多媒体应用的高速率无线标准而言,价格非常低廉。且ZigBee的响应速度较快,一般从睡眠状态转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需要30ms,进一步节约了能源。相对而言,Bluetooth需要3~10s,Wi—Fi需要3s。

    时间:2013-08-01 关键词: Zigbee 智能照明 中的应用

  • 储能技术在电力系统中的应用状况

    近年来风电、太阳能等可再生能源发展迅速,因其清洁性、无排放、可再生等优点受到推崇;但另一方面由于风、阳光受气候条件左右,不可控,波动、间歇,甚至被有的观点称为垃圾电而被排斥,弃风现象大受垢病。因此在风电、太阳能发电场中引入储能装置,以改善电网稳定状况、减少弃风现象,越来越受到重视。既使是在常规燃煤发电厂,为保证矿山、数据库等特殊要求的稳定供电,提高电厂运营效率,也有引入储能装置的情况。 随着智能电网、分布式供电等新技术的推广应用,储能的作用进一步突现出来。我国也在张家口搞了风光储示范,辽宁法库风电场也建设了5MW全矾液流电池储能装置。在电网中建设储能装置可简单比喻为电路中如只有电源、电阻(用户),电路不够稳定,加上电容后电路稳定性大大提高。为深入了解国际储能技术现状和发展趋势,为我国储能行业的快速发展参考,现整理汇总储能技术在电力系统中的应用、定位和价值分析、国内外储能应用现状及产业政策等相关情况。 关于各种储能技术 按照电力系统应用领域划分,储能可分为功率型储能和能量型储能两种,能量型储能主要用于高能量(电能)的调配和管理,典型应用如调峰电站;功率型储能主要用于瞬间高功率输入和输出场合,典型应用如用于电网调频。 按照技术类型划分,储能技术主要包括物理储能和化学储能。物理储能主要包括抽水储能、压缩空气储能和飞轮储能。前两种储能系统具有规模大、寿命长、安全可靠、运行费用低的优点,建设规模一般在百兆瓦级以上,储能时长从几小时到几天,适用于电力系统的削峰填谷、紧急事故备用容量等应用。其中抽水储能是目前在电力系统中应用最为广泛的储能方式,全球总装机容量达127GW,占储能总装机容量的99%。但两种储能技术也都有建设的局限性。飞轮储能具有响应速度快、转换效率高、比功率大等优点,可以实现与电力系统的实时高功率补偿,特别适合电力系统用功率型储能技术,但目前技术未达到实用化要求,尚需要技术积累和产业配套发展。 化学储能包括铅酸电池、铅炭电池、液流电池、钠硫电池、锂电池和金属空气电池等,相比于物理储能技术具备系统简单、安装便捷以及运行方式灵活等优点,建设规模一般在千瓦至百兆瓦级别,适用于电力系统分散式的储能设备,是目前电力储能在风电、太阳能等领域应用发展的重点。(见表1)   在化学储能技术中,铅酸电池是比较成熟的技术,具有价格低廉、安全可靠等优点,但其循环寿命短、不可深度放电、运行和维护费用高等问题,使铅酸电池只能运行在浅充浅放或备用的工况,主要作为电力系统备用电源使用。铅炭电池是对传统铅酸的电极进行改良,一定程度提高了电池充放电寿命,用于电力系统备用和短时功率型工况。钠硫电池是以金属钠和液态硫为活性物质,工作在300℃的高温型蓄电池,具有储能密度高、转化效率高等优点,适用于电力系统调峰和调频应用。目前钠硫电池累计装机约304MW,但2011年两起着火爆炸事件使用户关注其安全性的隐患。锂电池具有高比功率和高转化效率的优点,特别适用于电动汽车等移动式储能方式,近年来在电力系统备用电源及电网调频等方面的应用也备受关注。液流电池近些年发展迅速,其安全性好、寿命长、系统设计灵活等优点使其作为 电力系统调峰、调频、可再生能源并网、分布式供能等储能装置有广阔的空间。 化学储能技术适合于电力系统分散、灵活的储能布局,目前技术的发展呈百花齐放局面,液流电池、锂电池、钠硫电池、铅炭电池是目前电力系统用储能的主流技术。高安全性、高可靠性、高性价比、高能量效率、长寿命是储能技术的发展方向。 关于储能技术在电力系统中的应用和价值分析 近几年太阳能、风能等可再生能源发电在电力系统中比例逐渐增加,给现有电网的安全运行和高效调度带来了新的挑战,智能电网则成为推动新能源发展及保障电网安全的重要载体。储能技术尤其大规模储能技术是智能电网在发电、输电、配电、用电四大环节调节电能质量、优化能源效率等主要目标的实现手段,逐渐成为构建智能电网不可或缺的关键环节。(见表2)   可以看出,储能在整个电力系统中的作用体现在“调剂、优化、提高、保障”,即调剂全系统内电能的高效和灵活分配,优化全系统设备的资源配置和利用、提高全系统的运行效率和电能质量、保障全系统稳定和安全运行。其中储能的必要性体现在保障电网安全,实现全系统的能量管理,接纳可再生能源;经济性体现在优化设备的配置、提高全网的效率;技术先进性体现在相比于传统调峰、调频、旋转备用设备来说其快速、准确的响应性和高效率等方面的突出优势。 当前,储能在电力系统的细分领域应用主要包括可再生能源接入储能、电网调峰/调频储能、配电侧分布式储能和用户侧分布式微网储能几种,储能在这些应用中具有直接和间接经济价值。(见表3)   综上,投资者(发电公司、电网运营商、用户侧)衡量储能的价值除考虑各个应用模式下的直接收益外,更多的要衡量储能对全系统内的综合性价值,包括设备投资减少、运营费用降低、发电/用电效率的提高等,另外开放的电力交易也会增大储能的市场竞争力。通过已运行的储能示范项目积累,建立不同模式下系统经济模型,通过产业政策全局把握,推动储能行业的发展。 关于化学储能技术的应用现状 目前,全球在电力系统中运行的储能设备总装机容量达到127GW,其中99%的储能设备为抽水蓄能技术,化学储能技术总装机容量约520MW,其中钠硫电池304MW、锂电池116MW、液流电池20MW、铅酸电池(包括铅炭电池)80MW。 钠硫电池是目前装机规模最大的化学储能技术,主要应用于配电网的分布式储能,延缓负荷增长时对配网设备和线路扩容升级的投资。锂电池和液流电池近些年技术发展很快,在电力系统中的应用逐渐增多。锂电池的主流技术包括碳酸锂、磷酸锂铁、聚合物锂电池和锰酸锂电池等,偏重于电力系统的功率型应用,包括调频、调压及波动控制等。液流电池中技术最成熟的是全钒液流储能电池,也有研究机构在研究铁铬液流电池。主要是电力系统的能量型应用,包括提高可再生能源发电效率、电网调峰和分布式储能等。铅炭电池目前主要用于提高电网的电能质量。(见表4)   美国、日本、欧洲和中国的电力系统中化学储能的应用处于领先水平。日本是高度城市化的国家,用电峰谷负荷差异大,电网用于扩容的投资巨大,储能的作用是提高电网的利用效率、延缓扩容升级投资以及家用备用电源等;美国的电力交易商业化市场程度较高,储能的应用主要是针对分布式微网及电力调频应用。中国和欧洲的可再生能源发展迅速,储能主要作用是加强现有电网接纳可再生能源的能力。 液流电池、锂电池和钠硫电池等化学储能技术在电力系统的各个环节都有所应用,并逐渐体现其综合价值,项目的数量和规模逐年增加。美国、中国、日本、欧洲由于电网结构的不同,对储能应用的侧重点有所差异。更多应用项目的实施会引导和推进技术的完善以及市场的商业化。 储能技术产业政策 可再生能源的发展规划和完善优化现有电力系统,提高整体能源利用效率,世界主要国家都有支持储能技术发展的政策措施。 美国能源部2011年2月发布了 《2011-2015储能计划》,关注如何安装储能系统以实现其最大效用;储能系统的成本、安全性及使用周期的研发和应用事宜;促进技术研发并建设示范项目展示储能的价值链条,通过示范项目的建设及运营反馈指导科研方向;储能设备的工业设计,以实现其大规模产业化生产。美国加州政府2010年颁布储能 《AB2514》号法案,评估各种储能系统优势及在电力系统应用模式,制定出切实可行、具有成本效益的储能系统安装标准,实行储能配额制,2020年储能装机容量达到最大负荷的5%。 日本产业省于2011年11月发布《节能法修正案》,鼓励使用自主发电设备和蓄电池等作为用电高峰对策;要求在工厂和大厦中使用自助发电设备,对建筑物进行节电改造,建设大厦能源管理系统;在居民住宅中定置锂电池、光伏发电系统、燃料电池系统并安装房屋能源管理系统。 给电力系统带来的是系统级的综合价值,其商业化市场的发展更需要产业政策的支持。如何制定有效、具体的产业政策,已经成为世界各国能源部门开始思考的问题。储能产业政策大致包括减税补贴、一次性投资补贴、参与商业化电价竞争、电价补贴等几方面补贴形式。(见表5)   储能是电力系统不可或缺的一部分,为更好地引导和推进储能的商业化市场,制定适合本国国情的储能产业政策至关重要。这些政策应包括但不限于税收减免、电价补贴、一次性投资补贴和参与商业化电力交易等形式。 关于液流储能电池技术现状 相比于其它化学储能技术,全钒液流储能电池在安全性、寿命和环保方面有很多优点,被认为是电力系统用能量型储能有前途的技术之一。目前,世界范围内全钒液流储能电池累计装机容量约20MW。 2002 年奥地利Cellstrom公司开始研发钒电池,主要有10kW/100kWh系统和200kW/400kWh系统两种定型产品,产品主要用于与太阳能光伏电池配套,用于偏远地区供电、通讯以及备用电源领域。2005年日本住友电工公司(SEI)在北海道苫前町建造了当时国际最大规模4 MW钒电池储能系统用于与30.6MW风力发电匹配,该系统持续运行3年,积累了大量宝贵数据和经验。2011年,SEI应用其新一代钒电池技术,以城市智能微电网为目标市场,在横滨和大阪建造了示范项目,应用效果良好。 2010年以来,随着技术的不断成熟和市场的拉动,全钒液流储能电池逐步由研发阶段进入示范应用阶段。2012年开始在几家主要钒电池生产企业的努力下逐步开始产业化。中国大连融科储能技术发展有限公司(简称融科储能)立足自主研发,掌握了电池材料、电堆和电池系统、管理控制等自主核心技术,开展了千瓦-兆瓦级钒电池设计和应用。2012年,融科储能建设的国内首套、世界最大的5MW/10MWh电池系统在国电龙源沈阳法库风电场成功并网运行。 全钒液流储能电池技术被认为是电力系统用能量型储能有应用前景的技术之一。技术经过应用项目的积累日趋成熟,逐渐被市场所接纳,行业处于产业化前期,技术标准和产业配套正逐渐形成。

    时间:2013-07-31 关键词: 传感网 电力系统 储能技术 中的应用

  • TCA785在温度控制系统中的应用

    TCA785在温度控制系统中的应用

    典型应用举例由于TCA785自身的优良性能,决定了它 可以方便地用于主电路为单个晶闸管或晶体管,单相半控桥、全 控桥及三相半控桥、全控桥及其他主电路型式的电力电子设备中 触发晶闸管或晶体管,进而实现用户需要的控温、调压、直流调 速、交流调速、直流输电等目的。限于篇幅,本文仅举几倒说明 其应用。     (1)用于温控系统。温度控制在电力电子技术领域中有着广 泛的应用,如晶闸管及晶体管等电力电子器件制造工艺中的扩散、 烧结;晶闸管出厂寿命测试的热疲劳、高温阻断试验等等·都需 要精确的温度控制,图12-8给出了TCA785用于这类系统中触发 双向晶闸管来控温的 详细电路图,图中应 用TCA785输出的 Q,及Q,脉冲分别在 交流电源的正负半周 来直接触发晶闸管, 移相控制电压Vl,来 自温度调节器TA的 输出,TCA785自身 的工作电源直接由电 网电压半渡整流滤波、稳压管稳压后得到,这种结构省去了常规 需要的控制变压器,使整个电路得以简化,温度反馈应用温度传 感器得到,故这种温控系统有较高的控温精度。  

    时间:2013-07-20 关键词: tca 温度控制系统 电机控制电路 785 中的应用

  • 闭环速度控制中的应用

    闭环速度控制中的应用

    直甩本电路外接少量元件可实现对小功率三相无刷直 流电动机的开环或闭环速度控制。图3 26所示的闭环控制是用 F/V变换器从一路霍尔传感器信号转换为速度反馈电压,从5脚 输入,而6脚输入速度指令电压,进行速度调节。

    时间:2013-07-20 关键词: 闭环 速度控制 电机控制电路 中的应用

  • 三轴加速度传感器在智能车控制与道路识别中的应用

    三轴加速度传感器MMA7260Q可以测量智能车惯性大小,选取最佳重心位置,并能准确定位智能车处于直线、弯道、坡道、漂移等运行状态;利用加速度传感器能够提前预测路径,并判断何时刹车效果最佳。并且很好的解决了在直立行走车模的平衡与方向识别。 由此提出了一种基于三轴加速度传感器在智能车中的控制以及路径识别的设计。该设计采用三轴加速度传感器MMA7260Q测量智能车在运动中的加速度信号,以嵌入式单片MC9S12XSl28B作为核心控制器,对加速度信号进行采样,A/D转换,再将特征数据存储在EEPROM中。很好地解决了智能车运动路径分析的问题以及在。实时获取小车加速度,从而更加全面的获取小车的运行状态,为控制的流畅性和更好的路况识别提供了可能。 在直立行走的车模中,应用同样的原理,选择最佳重心,可以很好地解决直立行走车模的平衡以及方向识别,从而加快车模的行车速度。 实验结果证明:结合加速度传感器具有很强的抗干扰性,提取角度信息更准确,确保了智能车在直道上能够以较高的速度行驶,在弯道则能基本不失速平滑地过弯。 1. 智能车现存问题 在车模运行当中,人无法判断小车的运行状态,使用加速度传感器来监控小车的加速度,这样可以更加精确地知道小车的运行状态,而且可以通过对某个方向加速度的变化的检测来区分出坡道和非坡道。从而进行相应的策略应对。避免小车在比赛时出现停车与翻车现象。以及很好地解决了直立行走的车模中在行走过程中的平衡性。 2. MMA7260Q简介 加速度传感器是Freescale公司出品的MMA7260Q。 图1 芯片引脚定义 2.1 MMA7260Q的特性: 在一个设备中提供三轴向XYZ检测灵敏度,可选灵敏度:1.5g、2g、4g 和6g;功耗低,具有休眠模式,低压运行一般在2.2V~3.6V,能够快速启动,一般启动时间为1ms;其低噪音,封装一般为16针脚6mm x 6mm x 1.45mm无针脚型方体扁平封装(QFN)。 2.2 MMA7260Q的优点 为多功能应用提供灵活的可选量程:包括1.5g、2g 、4g 和6g;功耗低,可延长电池使用寿命 开机响应时间短,最适合电池供电手持设备的休眠模式,组件数量少-节约成本和空间噪音低、灵敏度高,具有自适应功能,频率及解析度高,提供精确的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆感应灵敏度不同应用的建议重力加速度级别自由落体检测:1g~2g 倾斜控制:1g~2g。 2.3加速度传感器应用分析 2.3.1干扰因素分析 芯片可以测试一个方向上的加速度变化。所以采用了不同的安装方式,其间要考虑到比较多的干扰因素。 一、车体行进过程中的机械振动 二、速度控制不平滑对车体运动状态的影响 三、常规情况下的误差和正常时,加速度传感器产生的输出区别大小 2.3.2安装方式分析 若安装于安装摄像头的立杆上,杆子在小车加减速的时候有比较明显的左右晃动,通过Labview观察发现干扰过大。若安装于小车后部,由于电机自身的振动,对MEMS产生的影响会较之前更为明显。 经测试,如果测量水平X方向的加速度,宜将装有MMA2260的电路板装载在车前部。 图二 加速度传感器安装方式 若在直立行走车模上安装,则要测量竖直Z方向上的加速度。 图三 直立行走车模安装示意图 2.4硬件电路设计 MMA7260Q信号采集模块设计加速度信号采集模块如图1所示。x,y,z 3个相互垂直方向上的加速度由G-Gell传感单元感知,电容值经过容压变换器转换为电压值,经过增益放大器、滤波器和温度补偿以电压的形式作为输出信号拉J,经过放大滤波处理,将所需模拟信号调整至一个合适的范围,再转换为数字信号送数据处理单元。 图四 加速度信号采集结构图 加速度传感器与单片机的接口电路MMA7260Q与MC9S12XSl28B的硬件接口电路如图2所示。微处理器内部包含完整的地输入缓存器、模拟开关电路、可编程增益放大器和A/D转换器以及数字滤波器,使用非常方便。G1,G2输入低电平,灵敏度达到800 mV/g。。当Mode=l时,加速度传感器处于正常工作状态。x,y,z输出端分别接RC滤波器,再通过高输出驱动运算放大器TLV4112构成电压跟随作用,输出稳定的直流电压信号。 图五 MMA7260Q与MC9S12XSl28B的硬件接口电路 2.5软件设计实现 本设计采用CodeWamor软件与BDM作为调试工具,编程环境支持c语言和汇编语言的程序设计,大大方便了用户的程序设计,提高了系统开发效率。本设计程序代码使用C语言编写。 图六 加速度程序流程图 2.6 A/D采样流程设计 本设计主要包括单片机初始化模块和实时路径检测模块。 1)单片机的初始化模块包括:I/O模块,AD模块,定时中断模块初始化。 2)实时路径检测模块:利用接受管,红外光电传感器和CCD摄像头检测特征信号,利用加速度传感器检测角度信号,将返回信号输入单片机的输入端口,程序不问断地读入输入端口的信号,结合判断语句,得出合适的PWM控制信号。 图七 主程序与中断程序流程图 2.7实验测试 图中曲线为时间和AD采集到的数据之间的关系。而AD采集到的数据可以用来反映加速度的变化情况 图八 装载于静止小车上时 图九 装载于运动状态不变小车上时 图十 小车角度变化时,加速度传感器值的变化规律 通过测试可以看出。对于车体角度的变化,加速度传感器的值都有一定的变化。不过同时也看到车子的振动对加速度传感器也会产生一些干扰。 在识别坡道时,如果加速度传感器监控的是竖直方向的加速度,即z方的加速度,那么在平道上时,明显竖直方向上加速度为零,在上坡后,如果忽略摩擦力,那加速度将变化为gsinθcosθ。通过加速度传感器中加速度的变化可以容易的辨别出平道和坡道。 2.8数字滤波算法设计 由于加速度传感器三轴之间差异和较高灵敏度,防止在运动过程中由于智能车的抖动引起的误差,对单片机采样得到的电压值进行归一化处理,最后可得到各方向传感器的相对电压值。具体实现方法:让智能车后轮转动起来,分别记录各传感器输出信号的最大值和最小值,用最大值减去最小值得到各传感器在运动过程中的输出范围。在智能车行驶过程中将各方向传感器输出的信号值减去最小值,再除以各方向传感器的输出范围即可得到其相对输出值。根据g1=g2=0,最小值对应着-1.5g,最大值对应着+1.5g。,静止时各向加速度值为0,加速度范围为-1.5g一+1.5g。 2.9路径识别规则 X-T表示智能车前后方向加速度信号,Y-OUT表示智能车左右方向加速度信号,Z-T表示智能车上下方向加速度信号.采样值经过数字滤波,由于智能车的底盘不可能保持绝对水平,车身可能会向前倾斜或者向后倾斜, 所以,Y-OUT,X-OUT,Z-OUT值都有5%的误差,当处于匀速直线运动时,采样值在100~110之间波动。通过加权平均近似为105,125对应+1.5g, 80对应-1.5g。 3 结束语 MMA 7260Q是一种电容式加速度传感器,融合了信号调理,单极低通滤波和温度补偿技术。成本低,功耗低,测试中加速度信号稳定性与灵敏度都达到了预期的效果,从而提高了系统的控制精度,使舵机响应速度变快。 基于三轴加速度传感器在智能车的控制与路径识别的设计,相比传统的路径识别具有数据处理简单,控制精度高的特点,使舵机响应变快。可以广泛应用与无人驾驶智能车,智能仪表,机器人等高端技术领域。

    时间:2013-07-05 关键词: 智能车 三轴加速度传感器 道路识别 中的应用

  • L295在四相步进电机驱动中的应用

    L295在四相步进电机驱动中的应用

    L295的过热保护是当芯片温度超过1500c时,将开关关断, 由于滞环电路作用,温度下降至1300C左右,恢复正常状态。   1_295可用于各种感性线圈控制,如阀门的螺线管,打印机打 印头,步进电动机和直流电动机的驱动。利用对vREFta电平控制, 可以先用较高起动电流加速阀门起动,再以较低电流维持。图11 25给出四相步进电机单极性驱动的连接图。剌用矿Rtr也可用作步 进电动机不同运转速度下选择不同幅值电流。在该坐标的步进电 动机无指令脉冲而不运动时,可采用较低维持电流。L295也可阱 改变接法得到H桥驱动方式。

    时间:2013-06-22 关键词: 步进电机驱动 电机控制电路 l295 中的应用

  • SG在硬盘驱动中的应用

    SG在硬盘驱动中的应用

    美国Silicon Genera/(硅通)公司生产SG3173和SG 3172单 功率运算放大器、SG3272双功率运算放大器。它们的技术数据见 表11-2。它们有内补偿、过电流和过热保护。利用SG3272双运算 放大器可方便地接成桥式驱动,在计算机外围设备中驱动微型直 流电动机、在3. 5in (88. 9mm)硬盘驱动磁头定位的音圊电动机,

    时间:2013-06-22 关键词: 驱动 硬盘 电机控制电路 中的应用

  • 机敏网传感器及其在桥梁裂缝监测中的应用

    摘要:机敏网裂缝监测传感技术模拟人类神经系统的感知机理,可对混凝土结构表面裂缝进行有效监测。针对斜拉桥索塔结构不同宽度裂缝的监测需要,基于机敏网传感器,提出了一种对初始裂缝发生发展及宽度监测的方法。大量实验证明改进后的机敏网传感器能够监测到混凝土结构表面不同开裂程度的裂缝及其扩展情况,根据不同型号漆包线的断裂对初始裂缝宽度进行判断。应用改进后的机敏网传感器,在桥梁索塔监测中及时发现了裂缝的发生发展情况和开裂程度,保障了桥梁安全。 关键词:裂缝监测;机敏网传感器;裂缝宽度监测;桥梁索塔 0 引言     由于桥梁在设计、建设和养护过程中的失误,工程材料的自然缺陷,加之外界自然环境变化,日益增加的交通量等因素,随着服役时间的增长,桥梁结构的损伤逐渐暴露。结构表面裂缝的出现直观地反映了桥梁结构的损伤程度,如不及时控制裂缝的发生和发展,将直接威胁到桥梁的使用安全。运用现代传感技术,人们针对桥梁结构局部裂缝监测提出了一些可行的方法。被广泛采用的点监测方法,即在桥梁结构上的一些理论预测关键点位置布设如应变、加速度等传感器进行监测,根据传感信号判断全桥或局部健康状态。如果预测关键点比较准确,点监测方法是一种可行的方法。但在实际桥梁结构中,由于材料的非均匀性及计算误差等原因,裂缝不一定出现在理论预测的关键点。根据Soh等人的研究,对于尺度较大的桥梁结构,裂缝即使出现在距离临测点较近的位置,只要不在监测点有效范围以内,监测点的测量数据一般无明显变化,或根据测得的变化数据不足以分析出结构损伤状况。     近年来,以光纤传感器为主的分布式监测方法进行结构裂缝和损伤监测得到较广泛的应用。此方法采用光时域反射技术(OTDR)或光频域反射技术(OFDR)采集布设在多点的传感器信号,对结构物进行大范围的、连续、分布式监测。如Beatriz等人利用分布式光纤传感器监测钢筋混凝土结构应变,从而间接测量引起结构开裂的变形情况;Yang等人利用分布式HCFRP传感器监测预应力混凝土箱梁在破坏性实验过程中的应 力分布和裂缝发生发展状况。这种监测方式抗电磁干扰性能较好,监测精度较高,但一般需要将传感器预埋在结构物内部,实施工艺复杂,后期维护困难。 1 机敏网传感器 1.1 设计思想     为了解决混凝土桥梁结构的裂缝监测问题,模拟富含神经元及神经脉络的动物肌肤对创伤的感知机理,提出了机敏网裂缝监测传感技术,其基本思想是:使用大量相互独立的机敏监测线(单根神经)以神经网络的方式布设在混凝土结构表面,网络中机敏线的交叉点形成神经元节点,中间处理器构成传递神经感应信号的脊髓组织,由主控电脑构成大脑中枢,实现对整套系统的实时控制和对整个结构区域的全方位监测,如图1所示。 1.2 监测原理     由于结构体表面开裂时,局部应变非常大,一旦粘贴机敏网的结构区域出现裂缝,机敏网的传感阵列也会相应开裂,传感信号便会随之中断,如图2(a)所示。中间处理器实时发送和接收传感信号,根据消失的信号判断出机敏线开裂的位置和时间,由两条开裂机敏线的交叉点组合出断裂点坐标,如图2(b)所示。最后通过专门的算法由安装于主控电脑的仿真软件虚拟出实际裂缝的形状。这样,运用机敏网裂缝监测传感技术,用电路而非光路的形式实现对混凝土结构表面初始裂缝发生发展的监测。 1.3 构造设计     因为金属漆包线具有良好的延展性,并且绝缘性能好,自身电阻小,导电性能优良,有利于确保电信号传输的稳定性,经过反复实验,确定了采用漆包线作为机敏网的传感材料。另外,考虑到机敏网要便于结构集成和运输过程中的安全,因此在设计机敏网时,选择自粘性透明哑膜作为基体材料,将导电漆包线布设成网络阵列粘附于哑膜上制作成机敏布,如图3所示。     在混凝土结构表面集成机敏网时,用特殊工艺将哑膜去除,最后只留下预制在基体材料上的机敏网阵列粘附于混凝土结构表面。这样,机敏网阵列好比遍布于生物体全身的神经脉络,紧紧粘贴于结构体表面,用于实时感应结构体表面出现的裂缝。为实时采集机敏网通断信号,设计了中间处理器对机敏网的每条漆包线进行逐一循环检测。中间处理器主要由六大部分组成:微处理器,多路选择器,总线驱动器,485总线驱动器、防雷击器件和开关电源模块,如图4所示。 2 裂缝宽度监测研究 2.1 实验研究     考虑到机敏网所使用的导电漆包线具有良好的延展性,不同线径的漆包线随着裂缝的发生而断裂,监测到的裂缝开裂宽度是一定的,对应着一定的宽度测量范围。因此在现有的机敏网上布设不同线径的漆包线,根据其断裂情况,就可以对裂缝宽度大小进行判断。基于这种研究思路,利用WE-1000液压式万能试验机和小型钢筋混凝土试件,设计了三点弯曲实验(见图5)。在试件受压出现裂缝时,通过裂缝观测仪(型号:SW-LW-101)可以直观地检测出试件表面的裂缝发生发展情况,并且测量出机敏网断裂时对应裂缝宽度。 2.2 实验数据及分析     在裂缝宽度监测实验中,先后针对线径为0.05 mm,0.08 mm.0.1 mm和0.13 mm的漆包线分别进行了研究,获得了大量有用的宽度监测数据,如表1所示。     由实验数据可知,直径为0.05 mm的漆包线对裂缝宽度的监测最为敏感,非常细小的裂缝(0.02 mm)即可引起这种型号漆包线的断裂,因此0.05 mm的漆包线适合于监测初始裂缝的发生情况。另一方面,线径为0.13 mm的漆包线由于延展性较强,一般的细小裂缝并不能够使其断裂,通常是裂缝发展到一定程度(0.2 mm以上),这种型号的漆包线才会被裂缝绷断。采用统计学的方法,掌握了各种漆包线开裂与裂缝宽度的对应关系,只需要将不同线径的漆包线布设计于机敏网当中,即可对结构裂缝的开裂宽度进行判断。 3 工程应用 3.1 工程概况     马桑溪长江大桥是重庆市外环高速公路的一座重要公路桥梁,全长1 104.23 m,主跨长360 m,桥面宽度为30.6 m,分为独立的左右两幅桥。主桥上部结构为179 m+360 m+179 m的三跨预应力钢筋混凝土双塔双索面斜拉桥,如图6所示。      2008年,在对该桥进行人工定期检测过程中,发现两座索塔内外表面存在较为明显的裂缝,以竖向裂缝为主,随后便进行了维修加固处理。由于索塔结构内外表面区域人力均难以触及,进行人工检测极为不便,为及时掌握索塔的结构健康状态,采用改进后的机敏网传感器,建立一套专门的裂缝监测系统安装在主桥的两座索塔上,进行长期远程在线监测。 3.2 传感器安装     考虑到两座索塔的建造结构相同,相对应结构区域的受力情况是一样的,并且从两座索塔已经出现的裂缝情况来看,裂缝的发生发展也是相似的,因此在设计机敏网和中间处理器的布设方案时,只针对索塔结构出现裂缝比较严重的区域布设机敏网,如图7所示。机敏网以布设线径0.05 mm的漆包线为主,可最大限度地感知索塔结构出现的细微裂缝。 3.3 监测机制     安装调试完成后,机敏网传感器24 h不间断监测索塔结构内外表面裂缝的发生发展情况。一旦监测区域出现裂缝并且达到一定宽度时,产生的应变会造成相应区域漆包线的断裂,中间处理器会将漆包线的断裂信息发送到设置在桥梁现场监控中心的工控机中,再通过GPRS网络将信息传回到远程监控中心,由服务器对机敏网的断裂数据进行分析并及时更新机敏网的断裂时间和状态。如果断裂的漆包线达到一定数量,则可以通过专门的软件模拟重现裂缝的发生发展状态,给桥梁业主提供裂缝信息,及时采取相应的维修和加同措施,如图8所示。 4 应用效果     索塔上安装的机敏网传感器有效监测3年时间,获取了索塔结构内外表面裂缝发生发展的大量监测数据。其中,2号索塔机敏网比较集中地出现了断裂情况,从监测数据来看(见表2),2号索塔内部机敏网断裂超过50%的区域有8处。经技术人员现场检测证实,可见裂缝宽度在0.06~0.2 mm之间,均为旧裂缝继续扩展产生,其中多处布设了机敏网传感器的监测区域裂缝扩展情况较为明显,如图9所示。 5 结语     对桥梁进行结构健康监测意义重大,这是一个融合了多学科的研究领域,传感技术在其中发挥了重要作用。针对斜拉桥索塔的裂缝监测需要,在机敏网传感技术的基础上,提出了一种监测混凝土结构表面裂缝宽度的方法。通过大量实验研究,掌握了漆包线断裂与裂缝宽度的对应关系,根据获取的大量裂缝宽度监测数据统计出不同线径的漆包线能够监测到的不同宽度的裂缝。这一研究丰富了机敏网传感器的功能。在工程应用中,实现了对桥梁索塔裂缝发生发展及裂缝开裂程度(宽度)的长期远程在线监测,保障了桥梁结构安全。

    时间:2013-06-19 关键词: 传感器 监测 裂缝 中的应用

  • 工控机在加油IC卡工程中的应用

    系统概述 中国石化加油IC卡工程是一个跨平台、范围广、涉及面宽的全国性系统建设工程。中国石化股份有限公司应对不断提高的服务需求、顺应信息化带动产业化的技术发展趋势,利用先进的电子信息技术,以IC卡为载体,实现了中国石化成品油零售系统的改造。通过工程的建设,在中国石化辖域的所有加油站内实现一卡在手,各地加油的目标。以IC卡这一现代支付工具取代传统的现金、油票等结算方式,在加油站安装加油站管理控制了系统,实现成品油零售业务的电子支付和交易数据的自动采集;提高加油站经营管理的科技含量和服务水平,从而进一步提高工作效率,降低成本,增强抵御市场风险的能力。中国石化加油IC卡工程将覆盖中国石化股份有限公司所属的20个省(自治区、直辖市、计划单列市)石油分公司,260 余个地市级公司,1300余个县级公司的25000余座加油站。 中国石化加油IC卡系统在设计上采用了4层结构,即总公司级(包括中国石化管理总中心和中国石化数据交换总中心)、省级、地级以及各业务终端(包括县级管理终端、加油站、发卡网点等)。中石化在前期将整个规划为: 系统拓朴图说明: 加油站:是中国石化成品油零售业务的发生地,直接面向客户提供加油服务。 发卡网点:为用户提供开户、发卡、充值、圈存、挂失、查询等服务。 地级前置系统:在发卡网点和加油站与省级数据中心提供数据转发功能。 省级数据中心:建立用户账户,进行加油卡交易的清分、清算,是业务管理和数据处理核心。 中国石化总中心:负责对加油卡异地交易的清分和争议的仲裁,对基于加油IC卡交易系统的零售业务进行管理。 省级管理中心:对省级石油公司所属加油站的零售业务进行管理。 地级管理中心:对地(市)级石油公司所属加油站的零售业务进行管理。 县级管理终端:对县级石油公司所属加油站的零售业务进行管理。 系统要求 整个加油IC卡工程中的25000个加油站都将配置一台管控PC做为业务终端。管控PC负责日常IC卡加油的数量和金额统计,交易票据的打印,加油机监控,每日将销售交易发往省数据中心,并将下载全国IC卡用户的账户管理信息和最新油价等。以下是管控示意图: 加油站的管控PC起着非常重要的作用,一旦管控PC发生故障,加油站的正常运行将受到影响。中国石化的25000余个加油站分布比较分散,大部分加油站远离市中心,很多油站位于山区,一旦管控PC发生故障,维修更换会非常麻烦。因此,中国石化对管控PC的首要要求是系统的可靠性。其次,加油机通过串口与管控PC相连,加油站的加油机数目从2个到30余个不等,因此要求管控PC具有较强的功能扩展性。为了保证管控PC系统的稳定运行,中国石化选用了 Turbolinux Data Server做为管控PC的操作系统,因此要求管控PC在硬件上与Turbolinux完全兼容,并且能够流畅运行。 在管控PC设备选型之初,共有10余家商用PC和工业PC厂家参与选型。经过多方比较,中石化最终将管控PC定为工业PC。工业PC在提高系统可靠性方面做了许多特殊设计,它的可靠性大大优于商用PC。商用PC结 构我们称之为大主板结构,这种结构非常不适合现场使用和维护要求。主板上集成了南北桥控制芯片等有源器件。有源器件相比于电容电阻等无源器件容易损坏。一 旦母板损坏,进行更换会非常麻烦:现场维护人员首先需要拔掉主板上的所有数据线、之后需要拔出插在主板上的所有外围卡片,如网卡,显卡等,最后需要将固定 主板的螺钉一一卸掉,才能将主板拆下。换上一个新主板还要一一重复上述过程。这样更换一个损坏的主板,需要花30分钟时间。这样长的MTBF(平均故障维 护时间)对于加油站实际使用是不允许的。另外,商用PC对系统的防震没有做特殊设计,在周围存在振动干扰的场合,很容易出现硬盘损坏和卡片跳出的故障。硬盘一旦损坏,一天的交易数据将全部丢失。 相对于商用PC,工业PC在结构上做了很大改进,以下是工业PC的结构示意图: 工业PC的主板做成插卡的形式,插在无源底板(passive backplane)上。无源底板上只有ISA,PCI 总线接插件以及电容电阻等无源器件,因此无源底板损坏的概率非常低,通常无更换之忧。如果主板损坏,只需要将主板拔出即可。因此系统的MTBF时间大大缩 短。此外系统的主板和外围卡有专门的固定压条,防止板卡跳出。硬盘驱动器具有硬盘避振架和减震橡胶垫,能减轻振动对硬盘的损坏。为了使工业PC能可靠工作在高粉尘环境下,在工业PC的前面入风口,具有可更换的防尘网。 解决方案 在决定将管控PC硬件平台定为工业PC后,中石化用对国内包括研祥在内的几家工业PC厂家进行了考察,经过多方面考察,最后工业PC最终以高质量、高性价比的特性获得中石化的信赖。 在中石化的应用中,需要充分考虑加油站现场应用对管控PC的可靠性等方面要求,怎样从多方面入手增强工业PC的系统可靠度是关键,如下有几点? 1. 主板 工业主板是管控PC的核心,综合考虑速度和可靠性要求,同时邀请性价比高,必须采用完善的工业设计; 2.RAID卡 加油站的管控PC在日常使用中会涉及到大量数据保存的问题,这些数据包括油价、加油数量,加油客户数据等。一旦数据损坏,将会造成严重后果。但硬盘属于易损件,很容易因为振动、冲击等原因而损坏。为了确保系统数据的安全性。在管控PC的系统中配了一块Promise SMA RAID卡。Raid卡将两个同样规格的硬盘组成Raid 1(磁盘镜像)。这样,在一个硬盘损坏的情况下,管控PC依然能正常操作。 3.工业电源 市电供电不稳定是导致计算机损坏的重要原因。在郊区、农村等地,供电网存在电压过高过低或浪涌电压等情况。这会导致计算机不能启动或电源被击穿。另外,管控PC配置的电源为宽范围工业电源,在外部电压范围为85V~265V的环境下也能正常工作。 4.电磁兼容 电磁兼容性也是一个重要环节。电磁兼容测试包括CE,FCC等。管控PC在国家电磁测试中心达到FCC A级标准、在去年,我公司即将工控机产品交付国家电子计算机质量监督检测中心进行监测。通过了中石化IC卡加油管控机--电磁快速瞬变脉冲群抗扰度检验的A级指标。即峰值在正负2000V电压,重复频率为5KHZ的条件下工控机正常工作(国家生产许可证检测要求为正负1000V电压)。为工控机入围中石化项目做了技术指标方面的认证。 5.系统的扩展性 管控PC具有4个PCI槽和7个ISA槽,完全可以满足以后系统功能的扩展要求。为了保证整机的可靠性,在产品检测方面,整机出厂前还需要是进行了24小时动态烧机测试。这样保证每一台出厂的工业PC都能在恶劣环境中可靠运行。 系统评价 自2004年开始,中石化加油IC卡工程陆续在湖北、广西、山西等省实施。在这些省的管控PC绝大部分用的是工业PC。经过实际运行,管控PC在现场运行稳定、可靠,获得中石化的好评。

    时间:2013-06-07 关键词: 工程 ic卡 工控机 中的应用

  • 指纹识别技术在电子商务中的应用研究

    摘要:随着电子商务的快速发展,其安全性问题也越来越突出。指纹识别技术具有快速、可靠、安全、便捷等许多优点。将指纹识别技术应用于电子商务中,可以有效地解决电子商务身份认证中存在的安全性问题。 关键词:指纹识别技术;电子商务;应用 0 引言     近年来,电子商务得到了快速发展。但是,电子商务在发展过程中却存在着严重的安全性等问题,这是制约电子商务进一步发展的因素之一。随着网络技术的发展,指纹识别技术开始应用于电子商务中,它能够有效地解决“用户+密码”认证方式所存在的安全性等问题。 1 指纹识别技术的优点 1.1 唯一性     根据指纹学的相关理论,世界上没有指纹完全相同的人。不但人和人之间,就是同一个人的不同手指的指纹也是不相同的。指纹的唯一性特征,为指纹应用于身份认证提供了依据。 1.2 稳定性强     人的指纹具有比较强的相对稳定性,在一生中很难发生比较大的变化。虽然随着人的年龄的增长,指纹在大小、外型等方面也可能会发生一些变化,脊纹的局部之间也可能会出现一些新的细线特点。但是从总体上来看,人的同一个手指的指纹的脊纹类型、细节特征等的总体布局始终没有发生显著的变化。即使手指的皮肤因意外事件受伤,但是如果不伤到真皮,伤好后,脊纹还可以恢复原状;如果伤到真皮,伤好后会形成伤疤。伤疤虽然破坏了脊纹,但是伤疤为人的指纹增加了新的稳定的特征。指纹的稳定性这一特征,可以保证客户信息安全的长期性和有效性。 1.3 可靠性高     每一个人的指纹都是独特的,把客户的手指和指纹采集头直接接触是读取人体生物特征最可靠的一种方法。如果想增加识别指纹的可靠性,只需要采集更多数量的指纹,依靠指纹数量提高可靠性的成本会比较低。 1.4 速度快、使用方便     指纹仪扫描指纹的速度比较快,使用比较方便,实用性也比较强,有利于获得指纹的样本,容易开发指纹识别系统,指纹识别设备也比较容易实现。 1.5 设备小、价格低     目前,指纹采集头有向小型化发展的趋势,这使得指纹采集头和其他设备可以比较容易地相结合。随着电子传感芯片技术的进步,现在指纹采集头的价格也变得越来越低。 2 指纹识别技术的基本原理 2.1 指纹图像的采集     光学录入技术是目前一种比较成熟的指纹录入技术,在录入指纹时,客户只要把手指放在一个用加膜的玻璃制成的台板上,就可以完成录入手指指纹图像的工作。芯片录入技术是利用基于硅芯片的传感器,客户可以直接把手指放在硅芯片的表面来完成指纹图像的录入。超声波录入技术的应用范围现在不是很广泛。客户把手指放在玻璃台板上,然后开始超声波扫描,这时会感觉到震动并会听到蜂鸣声。 2.2 指纹图像的解码     利用指纹录入技术获得一幅指纹图像后,接下来的工作就是对指纹图像进行解码,这需要提取和分析指纹图像的特征。指纹的基本特征是谷、分歧点、终点等,每个指纹平均都有几个可以测量的不同的特征点,每一个特征点大约有七个特征,一个人的手指最少可以有4900个可以测量的独立的特征点。 2.3 指纹图像的比对和匹配     当指纹图像被提取出来以后,就可以按照特征值和数据库中存储的指纹图像特征进行比对和匹配了。需要利用模糊匹配算法对这些数据进行比对和匹配。随着现代电子集成制造技术的发展,现在可以制造出比较小的指纹图像的读取设备,为进行指纹的比对和匹配运算提供了条件。 3 指纹识别技术在电子商务中的应用 3.1 客户注册指纹信息     (1)客户拿身份证等个人有效证件到办理指纹识别业务的银行或者代理网点提交申请书,然后利用指纹识别设备采集同一个手指指纹的两到三次特征信息。为了防止手指意外受伤等情况的发生,还可以再采集一个手指指纹的特征信息。     (2)系统把客户的指纹注册号码、指纹信息、密码信息等通过互联网传输到指纹认证服务器中。     (3)网点终端打印出客户的指纹注册凭证号码,让客户确认签字后,注册网点保留存根,另外一联交给客户保存。客户也可以选择在指定的银行或者代理网点购买统一的指纹信息采集器。     (4)客户登陆网络平台,按照指纹注册号码,激活自己的详细信息。在这个环节,为了安全,客户可以使用E-MAIL激活或者手机激活码等激活方式。     (5)客户完成注册后,可以开始使用。第一次注册的客户可以在银行或者代理网点的工作人员的监督下来完成认证工作。利用网上注册,可以避免银行或者代理网点出现一些安全漏洞,还可以减少客户申请注册的等待和处理时间。 3.2 指纹识别技术在电子商务身份认证系统中的应用     (1)认证服务器中保存有注册客户的数字签名和指纹模板,当客户使用自己的数字签名时会向认证服务器发送认证的请求。     (2)认证服务器把保存的注册客户的公钥的合法性所产生的认证时限和认证服务器的公钥加密后发送给认证请求的客户端。     (3)客户收到认证服务器所发送的加密的认证时限和认证服务器的公钥后,先对采集到的指纹进行预处理,然后把提取到的指纹特征模板和认证服务器发送的信息一起加密后发送给指纹认证服务器。     (4)认证服务器对收到的加密信息进行解密后,取出指纹特征模板和认证服务器中注册客户的指纹特征模板进行比对和匹配,判别客户发送的认证信息是否成功。 3.3 指纹识别技术在电子商务网上支付系统中的应用     (1)当客户要进行网上支付时,先向银行的认证服务器发送认证请求,认证服务器在认证成功后,会提示客户下载安全控件,客户下载和安装安全控件后,认证服务器会把自己的公钥发送给客户端。     (2)客户端显示网上支付界面,标明消费金额、订单号等一些详细的网上交易信息。     (3)客户填写好网上支付信息以后,系统会提示客户进行指纹验证,为了加强安全性,验证指纹的次数要设定为不少于三次。客户通过指纹验证后,系统会把经过客户的数字签名加密后的指纹模版传送给指纹认证服务器。     (4)认证服务器进行解密,然后进行指纹模板的比对和匹配。如果指纹模板比对和匹配成功,系统才会进行网上支付;如果指纹模板比对和匹配不成功,系统不进行网上支付。 4 结束语     在电子商务快速发展的今天,它的安全性也越来越受到人们的关注。指纹识别技术应用于电子商务中,能够有效地解决传统电子商务身份识别和认证中所存在的安全性问题。随着科学技术的不断发展和进步,指纹识别技术将会在电子商务中进一步得到大规模的推广和应用。

    时间:2013-06-04 关键词: 电子商务 指纹识别技术 中的应用

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