Nasıl Gücləndirə bilərsiniz Elektrik Sıralayıcısı Sisteminin Nəqlərəliliyini

Elektronika sənayesinin tez inkişafı ilə birlikdə, müxtəlif alətlər və qiymətləndiricilər endüstriy kontrol və sosial həyatın bütün sahələrində geniş şəkildə istifadə olunur. Eyni zamanda, alətlərin nəqabiliyyət tələbləri də artıqca yüksəldiyor və elektrik qiymətləndiriciləri istisna deyil. Elektrik qiymətləndiricilərin nəqabiliyyət tələbləri akıllı qiymətləndirici texniki standartlarında göstərilmişdir.

Bu standartlar, elektrik qiymətləndiricilərin ortalama istifadə müddətinin on ildən az olmamasını tələb edir, bu da inkişaf prosesində nəqabiliyyət dizaynının xüsusi vacib olduğunu göstərir. Təyin edilmiş şərtlərdə və təyin edilmiş müddətdə tələb olunan funksiyaları yerinə yetirmə ehtimalına Orta Arızalı Vaxt (MTBF) deyilir, buna da ortalama arızalı interval vaxtı da deyilir. MTBF, nəqabiliyyəti ölçmək üçün ümumi bir göstəricidir. Elektrik qiymətləndiricilərin nəqabiliyyət dizaynının məqsədi, məhsulun MTBF-ni artırmaq və normal işləməsini təmin etməkdir.

1.Aparat Nəqabiliyyət Dizaynı

Elektrik Qiymətləndiricilər üçün Elektrik Təchizat Təsirinə Qarşı Dizayn

İnkişaf mühəndisliyi statistik məlumatların təhlili göstərir ki, elektrik qiymətləndirici sistemlərinə giren təsirlərin 70%-i elektrik təchizat vasitəsilə keçir. Bu səbəbdən, elektrik təchizat keyfiyyətinin yaxşılaşdırılması, bütün sistemin nəqabiliyyətli işləməsi üçün çox mühümdür. Sistem elektrik təchizatı adətən elektrik şəbəkəsindən alınır, buna görə də elektrik təchizatı üçün təsirinə qarşı dizayn, giriş portunda filtrləmə və anlık təsirin azaldılmasına yönəlir.

2.Elektrik Qiymətləndiricilər üçün Zərərə Bağlama Dizaynı

Zərərə bağlama sisteminin dizayni, bütün məhsulun təsirinə qarşı nəqabiliyyətinə直接影响电力系统的可靠运行。由于系统电源通常来自市电，因此电源的抗干扰设计主要集中在输入端口的滤波和瞬态干扰的抑制上。

2. 电表接地设计

接地系统的设计直接关系到整个产品的抗干扰能力。良好的设计可以阻挡外部环境干扰，并有效抑制内部耦合噪声。考虑以下两个方面可以提高系统的可靠性：

数字地与模拟地 由于数字信号具有尖锐的边沿，数字电路中的电流呈现脉冲变化。因此，在电表系统中，模拟地和数字地应该分开设计，只在一点连接。电路板上的模拟电路和数字电路应分别连接到各自的“地”。这样可以有效地防止数字电路的脉冲地电流通过共地阻抗耦合到模拟电路中，形成瞬态干扰。当系统中存在高频大信号时，这种干扰尤为显著。

单点接地与多点接地 在低频系统中，接地通常结合并联单点接地与串联单点接地以改善性能。并联单点接地是指将多个模块的地线在一个位置连接在一起，每个模块的地电位与其自身的电流和电阻有关。其优点是没有共地线电阻的耦合干扰；缺点是地线使用过多。

串联单点接地意味着多个模块共享同一段地线。由于地线等效电阻会产生电压降，不同模块的连接点相对于大地具有不同的电位。任何模块中的电流变化都会影响地电位，改变电路输出，并导致共地线电阻的耦合干扰。这种方法布线简单。多点接地通常用于高频系统，每个模块的地线尽可能靠近地总线连接。其优点是地线短、阻抗低，并消除了共地线阻抗引起的干扰噪声。

3. 电表隔离设计

隔离设计的主要目标之一是将噪声源与敏感电路隔离开来。隔离设计的特点是电表在不直接电气交互的情况下与其操作环境保持信号通信。主要实现方法包括变压器隔离、光电隔离、继电器隔离、隔离放大器和布局隔离。

• 变压器隔离 脉冲变压器具有少匝数、小分布电容（仅几皮法）以及初级/次级绕组缠绕在磁芯的相对侧，可以用作脉冲信号的隔离组件，实现数字信号隔离。

• 光电隔离 添加光耦合器可以抑制尖峰脉冲和各种噪声干扰。使用光电隔离确保主机系统与电表通信端口之间没有电气交互，提高系统的抗干扰性能。光耦合器可以隔离数字信号，但不适合模拟信号。常见的模拟信号隔离方法包括：A. 电压-频率转换后光电隔离，电路复杂；B. 差分放大器，隔离电压较低；C. 隔离放大器，性能良好但成本较高。

• 继电器隔离 由于继电器的线圈与触点之间没有电气连接，线圈可以接收信号而触点可以传输信号，从而有效地解决了强弱电信号相互作用的问题，实现了干扰隔离。

• 布局隔离 通过PCB布局实现隔离，主要是将强弱电电路分开。

4. 电表印刷电路板（PCB）抗干扰设计

印刷电路板作为电路元件的载体，提供它们之间的电气连接。PCB设计的质量直接影响系统的抗干扰能力。PCB设计遵循的一般原则包括：

• 将晶体振荡器尽可能靠近中央处理单元（CPU）引脚放置。接地并固定其金属外壳，然后用接地线隔离时钟区域——这种方法可以防止许多难以解决的问题；

• 对于CPU使用较低频率的晶体，并在满足系统性能要求的前提下使数字电路尽可能慢；

• 未使用的CPU输入/输出端口不应悬空；应将其连接到系统电源或地，其他芯片也应如此；

• 尽量缩短高频组件之间的走线长度。将输入和输出功能组件保持较远的距离，不要将易受干扰的组件放得太近；

• 避免低频和弱信号电路中的电流环路。如果无法避免，则应尽量减小环路面积以减少感应噪声；

• 避免系统布线中的90度弯角，以防止高频噪声发射；

• 系统中的输入和输出线路应避免平行布置。在两根导体之间添加一条地线，可以有效防止反应性耦合。

5. 软件可靠性设计

5.1 电表数字滤波设计

目前，各种测量IC在电表中广泛使用。中央处理器通过串行外设接口（SPI）或通用异步收发传输器（UART）与这些测量芯片通信，以获取电力系统的参数。如果总线受到干扰或测量芯片工作异常，中央处理器将接收到错误数据。

因此，加入软件滤波至关重要。对于普通的电力参数，可以采用平均值法：采集五到六个数据点，去掉最大值和最小值，然后计算平均值。对于能量数据，可以根据电表的额定工作环境估计单位时间内的动态范围；如果出现异常的能量数据，软件可以丢弃该数据集。其他方法还包括中值滤波、算术平均和一阶低通滤波。实践证明，使用软件滤波可以最大限度地提高参数读数的可靠性。

5.2 电表数据冗余设计

为了提高系统的可靠性，系统设置参数和校准参数可以采用多重备份设计。如果一组数据损坏，可以激活另一组备份数据。为了确保数据安全并在误操作下增加数据存活的概率，应将多组数据分散存储在不同的位置。

5.3 电表数据校验和操作冗余设计

当中央处理器将设置或校准参数写入内存时，干扰可能导致错误数据被写入，但处理器无法确定写入数据的正确性。为了确保正确写入数据，软件设计对要写入的数据进行“校验和”计算，并将校验和与数据一起存储。每次写操作后，执行一次读操作，并将读取数据的校验和与存储的校验和进行比较。如果不匹配，则重复写操作，直到数据正确写入。如果重试次数超过限制，则显示写入错误。

Zərərə bağlanmanın dizayni, bütün məhsulun təsirinə qarşı nəqabiliyyətinə böyük təsir edir. Yaxşı dizayn, xarici mühit təsirlerini bloklaya bilər və daxili kombine edilmiş səsə qarşı effektiv cəlb edə bilər. Aşağıdakı iki aspekti nəzərə alaraq, sistem nəqabiliyyətini artırmaq mümkündür:

Rəqəmsal zərər və analog zərər Rəqəmsal siqnalların təkərli kənarları səbəbindən, rəqəmsal elektronlarda cərəyanlar pülssal dəyişikliklər göstərir. Buna görə, elektrik qiymətləndirici sistemlərində, analog zərər və rəqəmsal zərər ayrı-ayrı dizayn olunmalıdır, yalnız bir nöqtədə birləşdirilməlidir. Şəbəkədəki analog və rəqəmsal elektronlar öz "zərərlərinə" birləşdirilməlidir. Bu, rəqəmsal elektronlardan olan pülssal zərər cərəyanlarının analog elektronlara ortaq zərər sərtəsinin vasitəsilə kombine edilməsini effektiv şəkildə qarşılayır. Sistemdə yüksək frekanslı böyük siqnallar varsa, bu təsir daha maraqlıdır.

Tək nöqtəli və bir neçə nöqtəli zərərə bağlanma Düşük frekanslı sistemlərdə, zərərə bağlanma adətən paralel tək nöqtəli zərərə bağlanma və seriyal tək nöqtəli zərərə bağlanmanı birləşdirərək performansı artırır. Paralel tək nöqtəli zərərə bağlanma, bir neçə modulun zərər tellərinin bir nöqtədə birləşdirilməsini nəzərə alır, burada hər bir modulun zərər potensialı öz cərəyanı və direnci ilə bağlıdır. Onun üstünlüyü, ortaq zərər tel direncindən nəticələnən kombine edilmiş təsirin olmamasıdır; çətinlik isə çox zərər tel istifadəsidir.

Seriyal tək nöqtəli zərərə bağlanma, bir neçə modulun eyni zərər tel segmentini paylaşmasını nəzərə alır. Zərər telinin ekvivalent direnci voltaj düşməsinə səbəb olur, bu səbəbdən fərqli modulların bağlantı nöqtələri yerə nəzərən fərqli potensiala malikdir. Hər hansı bir moduldakı cərəyan dəyişiklikləri zərər potensialını dəyişir, bu da elektronların çıxışını dəyişir və ortaq zərər tel direncindən nəticələnən kombine edilmiş təsiri yaradır. Bu metod sadə telləşməyə malikdir. Bir neçə nöqtəli zərərə bağlanma adətən yüksək frekanslı sistemlərdə istifadə olunur, burada hər bir modulun zərər teli mümkün qədər yaxın zərər avtomobillərinə birləşdirilir. Üstünlükləri, qısası zərər təlləri, aşağı impedans və ortaq zərər tel impedansından nəticələnən təsir nöyuzu silinməsidir.

3. Elektrik Qiymətləndiricilər üçün izolyasiya dizayni

Izolyasiya dizayninin əsas məqsədləri, səsə qarşı nəzarət etmək və hassas elektronlara səsə qarşı nəzarət etməkdir. Izolyasiya dizaynının xüsusiyyəti, elektrik qiymətləndiricinin direkt elektrik interaksiyadan qurtarılıb, həmçinin işləmə mühitindən siqnal kommunikasiyasını saxlamaqdır. Əsas icra olunma üsulları, transformator izolyasiyası, opto-izolyasiya, rele izolyasiya, izolyasiya amplifikatoru və şəbəkə izolyasiyasıdır.

• Transformator izolyasiyası Puls transformatorları, az qatlı, kiçik dağılmış kapasitansi (yalnız bir neçə pikofarad) və primar/sekondar sarımların magneziyanın qarşı tərəflərində sarılması, puls siqnalı üçün izolyasiya komponenti kimi xidmət edə bilər, bu da rəqəmsal siqnal izolyasiyasını həyata keçirir.

• Opto-izolyasiya Optokuplər əlavə edilərsə, toq pulslar və müxtəlif təsir nöyuzu azaldılabilir. Opto-izolyasiya, ana sistem və elektrik qiymətləndiricinin kommunikasiya portu arasında elektrik interaksiya olmadığını təmin edir və sistem nəqabiliyyətini artırır. Optokuplər rəqəmsal siqnalı izolyasiya edə bilərlər, lakin analog siqnal üçün uyğun deyil. Analog siqnal üçün ümumi izolyasiya üsulları aşağıdakılardır: A. Voltajdan frekvansa çevrilməsi və sonra opto-izolyasiya, bu kompleks şəbəkələrə səbəb olur; B. Diferensial amplifikatorlar, kiçik izolyasiya voltajı; C. İzolyasiya amplifikatorları, yaxşı performans göstərir, amma bahalıdır.

• Rele izolyasiyası Reledən olan bobin və kontaktlar arasındakı elektrik bağlantısı olmadığından, bobin siqnalı ala bilər, kontaktlar isə siqnalı nəql edə bilər. Bu, güclü və zəif elektrik siqnalı arasındakı interaksiyanı həll edir və təsir nöyuzunu izolyasiya edir.

• Şəbəkə izolyasiyası PCB şəbəkəsi vasitəsilə izolyasiya, başlıca güclü və zəif elektrik şəbəkələrini ayırmaqdır.

4. Elektrik Qiymətləndiricilər üçün çaplanmış elektron şəbəkə (PCB) təsirinə qarşı dizayn

Çaplanmış elektron şəbəkə, elektron komponentlərin bazasıdır və onların arasında elektrik bağlantısı yaratır. PCB dizaynının keyfiyyəti, sistemin təsirinə qarşı nəqabiliyyətinə böyük təsir edir. PCB dizaynında nəzərə alınan ümumi prinsiplər aşağıdakılardır:

• Kristal osilatorları, əsas prosessor (CPU) pinlərinə mümkün qədər yaxın yerləşdirin. Metallarını zərərə bağlayın və sabitləyin, sonra zərər teli ilə saat sahəsini izolyasiya edin - bu, bir çox çətin problemləri önələyə bilər;

• CPU üçün daha aşağı frekanslı kristallar istifadə edin və sistem performansı tələblərinə cavab verəcək şəkildə rəqəmsal şəbəkələri mümkün qədər yavaş edin;

• İstifadə olunmayan CPU giriş/çıxış portları asılı qalmamalıdır; onları sistem enerjisi və ya zərərə birləşdirin, bu da digər çiplər üçün də doğrudur;

• Yüksək frekanslı komponentlər arasında trassların uzunluğunu minimuma endirin. Giriş və çıxış funksional komponentlərini mümkün qədər uzaqlaşdırın və təsir nöyuzu çox olan komponentləri bir-birinə yaxın yerləşdirməyin;

• Düşük frekanslı və zəif-siqnal şəbəkələrində cərəyan dövrünü eləyin. Əgər imkanı yoxdursa, indüktsiya nöyuzunu azaltmaq üçün dövr sahəsini minimuma endirin;

• Sistem tellərində 90-dərəcəlik qovşaqları eləyin, bu yüksək frekanslı təsir nöyuzu yayılmasını önələyə bilər;

• Sistemdəki giriş və çıxış xətləri paralel olmamalıdır. İki konduktor arasında zərər xətti əlavə edin, bu reaktiv kombine edilməsini effektiv şəkildə önələyə bilər.

5. Proqram nəqabiliyyət dizayni

5.1 Elektrik qiymətləndiricilər üçün rəqəmsal filtrləmə dizayni

Hazırda, müxtəlif ölçmə IC-ləri elektrik qiymətləndiricilərdə geniş şəkildə istifadə olunur. Mərkəzi prosessor, bu ölçmə çipləri ilə Seriyal Periferik İnterfeys (SPI) və ya Universal Asinhron Alıcı/Transmiçer (UART) vasitəsilə əlaqə saxlayaraq, elektrik sistemin parametrlərini əldə edir. Əgər şina təsir nöyuzu alsa və ya ölçmə çipi normal olmayaraq işləyirsə, mərkəzi prosessor səhv məlumat alacaq.

Bundan əlavə, proqram filtrləməsini əlavə etmək çox mühümdür. Orta mərhələli elektrik parametrləri üçün, orta qiymət üsulu tətbiq edilə bilər: beş-altı məlumat nöqtəsi toplanır, ən böyük və ən kiçik dəyərlər silinir, sonra orta qiymət hesablanır. Enerji məlumatı üçün, qiymətləndiricinin nominal işləmə mühiti əsasında, bir vahid zaman dilimində dinamik diapazon təxmin edilir; əgər abnormal enerji məlumatı görünürsə, proqram bu məlumat setini atla bilər. Başqa üsullar, median filtrləmə, aritmetik orta və birinci mertebe aşağı keçiricilik filtri də mövcuddur. Praktika isbat edib ki, proqram filtrləməsinin istifadəsi, parametrlərin oxunuşunun nəqabiliyyətini maksimuma çatdırır.

5.2 Elektrik qiymətləndiricilər üçün məlumat redüntantlığı dizayni

Sistem nəqabiliyyətini artırmaq üçün, sistem quraşdırma parametrləri və kəsilmə parametrləri bir neçə növbəli dizayn ilə təmin edilə bilər. Əgər bir məlumat seti pozulsa, başqa bir rezerv məlumat seti aktivləşdirilə bilər. Məlumat təhlükəsizliyini təmin etmək və səhv operasiyalarda məlumatın sağ qalma ehtimalını artırmaq üçün, bir neçə məlumat seti fərqli yerlərdə saxlanılmalıdır.

5.3 Elektrik qiymətləndiricilər üçün məlumat təsdiqi və operasiya redüntantlığı dizayni

Mərkəzi prosessor, quraşdırma və ya kəsilmə parametrlərini xətərə yazdıqda, təsir nöyuzu səhv məlumatın yazılmasına səbəb ola bilər, amma prosessor yazılan məlumatın düzgünlüğünü müəyyən edə bilməz. Düzgün məlumat yazılmasını təmin etmək üçün, proqram dizayn, yazılacak məlumat üzərində "checksum" (müvafiqlik kontrolü) edir və bu checksum məlumatla birlikdə saxlanılır. Hər bir yazma əməliyyatının nəticəsində, oxuma əməliyyatı həyata keçirilir və oxunan məlumatın checksum-i saxlanılan checksum-a müqayisə edilir. Əgər uyğun deyilsə, yazma əməliyyatı təkrarlanır, məlumat düzgün yazılana qədər. Əgər təkrar limiti aşılırsa, yazma səhvi göstərilir.