Электр санын қалыптасу жүйесінің ерекшелігін қалай арттыруға болады

Электроника индустриясының тез өнімді дамуымен, арнайы құрылғылар және санын өлшеу құрылғылары индустриалды басқару және қоғамдық өмірдің барлық аспекттерінде кеңінен қолданылады. Осы уақытта құрылғылардың иштеу ерекшеліктеріне қойылатын талаптар өзара жоғарырақ болып отыр, энергия өлшерілері де ерекше емес. Энергия өлшерілері үшін иштеу ерекшеліктері олардың техникалық стандарттарында белгіленген.

Бұл стандарттар энергия өлшерілерінің орташа қызмет ету уақыты он жастан астам болуы керек деп талап етеді, сондықтан өнімді дамытудағы иштеу ерекшеліктерінің дизайны өте маңызды. Белгілі шарттар мен уақыт ішінде қажетті функцияларды орындау мүмкіндігі - Mean Time Between Failures (MTBF) немесе орташа ауытқу аралығы деп аталады. MTBF - бұл иштеу ерекшелікті өлшеуге қолданылатын кеңінен таралған өлшеу. Энергия өлшерілері үшін иштеу ерекшеліктерінің дизайны өнімнің MTBF-сін арттыру және нормалды иштеуін қамтамасыз ету үшін қолданылады.

1. Аппараттық иштеу ерекшеліктерінің дизайны

Энергия өлшерілері үшін энергия беру құбылыстарын басу дизайні

Инженерлік статистикалық деректер талдауына сәйкес, энергия өлшерілері системасына 70% құбылыстар энергия беру арқылы кіреді. Сондықтан, энергия беру сапасын жақсарту бүкіл системаның иштеу ерекшеліктері үшін өте маңызды. Системаның энергиясы көбінесе жалпы электр энергиясынан алынатындықтан, энергия беру үшін қолданылатын құбылыс басу дизайні негізінен енгізу портта фильтрлеу және қызылтқыш құбылыс басуға бағытталған.

2. Энергия өлшерілері үшін земля дизайны

Земля система дизайны бүкіл өнімнің құбылысқа қарсылықты ерекшеліктеріне тікелей әсер етеді. Жақсы дизайн сыртқы ауылшар құбылыстарын басып, ішкі қосылған шуын нәтижелі түрде басады. Төмендегі екеу қарым-қатынас арқылы системаның иштеу ерекшеліктерін жақсартуға болады: 

Цифрлық земля және аналогтық земля Цифрлық сигналдардың жаңартылуына себеп болатын цифрлық схемалардағы ағымдар пульсациялық өзгерістерге байланысты. Сондықтан, энергия өлшерілері системасында аналогтық земля мен цифрлық земля өзара бөлінетін және тек бір нүктеде қосылатын түрде қарастырылуы керек. Платадағы аналогтық және цифрлық схемалар өзара өзінің "земля" қосылатын түрде қарастырылуы керек. Бұл цифрлық схеманың пульсациялық земля ағымының аналогтық схемаға өзара қосылған земля импеданс арқылы қосылған құбылысқа қарсы қолданылады. Системада жоғары даңқтағы ихтияр сигналдары бар болғанда, бұл құбылыс өте маңызды болады.

Тек бір нүкте және бірнеше нүктелік земля Төмен даңқтағы системаларда, земля әдетте параллель бір нүкте және сериялық бір нүкте земля комбиндірілетін түрде қолданылады. Параллель бір нүкте земля - бұл бір нүктеде бірнеше модульдердің земля сызықтарын бірге қосу, әрбір модулдің земля потенциалы өзінің ағымы мен сопротивлениясына байланысты. Артықшылығы - бірдей земля сызығының сопротивлениясынан келген қосылған құбылыс жоқ; кемшілігі - земля сызықтарының артықшылығы.

Сериялық бір нүкте земля - бұл бірнеше модульдердің бірдей земля сызығын бөлісуі. Земля сызығының эквиваленттік сопротивлениясы вольтаждың төменуінен, әр модульдің қосылу нүктелері жерге қарағанда әртүрлі потенциалдарға ие болады. Еңбектерде өзгерістер әрбір модульде өзара қосылған земля сопротивлениясы арқылы қосылған құбылыстан шығады, циркуит выходын өзгертеді. Бұл әдіс қарапайым сызықтармен қолданылады. Жоғары даңқтағы системаларда көбінесе бірнеше нүктелік земля қолданылады, әр модульдің земля сызығы жақын жерде земля автобус сызығына қосылады. Артықшылықтары - қысқа земля сызықтары, төмен импеданс, бірдей земля сызығының импедансынан келген қосылған құбылыс шуын басу.

3. Энергия өлшерілері үшін изоляция дизайні

Изоляция дизайнінің бірнеше негізгі максаты - шуын көзінің қолданылатын құрылғылардан бөлісу. Изоляция дизайнінің өзінің қасиеті - энергия өлшері өзінің иштету аймағымен сигналдық байланыс іске қосады, бірақ тікелей электр қосылуы жоқ. Негізгі қолданылатын әдістер: трансформаторлық изоляция, оптоизоляция, реле изоляция, изоляциялық көбейткіштер және компоновкалық изоляция. 

• Трансформаторлық изоляция Пульс трансформаторлары, аз қатынау, аз үлестірілген конденсатор (төменгі пикофарад), және қосылу және жабық қатынаулары ядроның айырмашылықтарында айналып, пульс сигналдары үшін изоляциялық компоненттер ретінде қызмет етуі мүмкін, цифрлық сигналдардың изоляциясын қамтамасыз етуі.

• Оптоизоляция Оптокуплер қосу спайк пульстарын және әртүрлі шуын құбылыстарын басуға қолданылады. Оптоизоляция компьютер системасы мен энергия өлшерілерінің байланыс порттарының арасында электр қосылуын басады, системаның құбылысқа қарсылықты ерекшеліктерін жақсартады. Оптокуплерлер цифрлық сигналдарды изоляциялауға қолданылады, бірақ аналогтық сигналдарға қолданылмайды. Аналогтық сигналдарды изоляциялау үшін көбінесе қолданылатын әдістер: A. Вольт-дауыс түрлендіру, содан кейін оптоизоляция, бұл қиын схемаларға әкеледі; B. Дифференциалды көбейткіштер, бұл төмен деңгейдегі изоляция вольтажын ұсынады; C. Изоляциялық көбейткіштер, бұл қиын, бірақ қанағаттандыратын қызмет етеді. 

• Реле изоляция Реленің спиральі мен контакты арасында электр қосылуы жоқ, спираль сигналдарды алады, ал контакты оларды өткізеді, бұл күшті және аз электр сигналдарының қосылуы мен құбылыс изоляциясын шешеді.

• Компоновкалық изоляция PCB компоновка арқылы изоляция жасалады, негізінен күшті және аз электр схемаларын бөлісіп, бөлісіп қояды.

4. Энергия өлшерілері үшін печатты плат (PCB) құбылысқа қарсылықты дизайні

Печатты плат схемалық компоненттердің негізін және олардың арасындағы электр байланыстарды қамтамасыз етеді. PCB дизайнінің сапасы системаның құбылысқа қарсылықты ерекшеліктеріне тікелей әсер етеді. PCB дизайнінде қолданылатын жалпы принциптер:

• Кристалл осцилляторларды CPU пиндеріне жақын орналастырыңыз. Металл корпусын земляға қосып, содан кейін сағат аймағын земля сызығымен бөлісіп, бұл әдіс көптеген қиын проблемаларды шешеді;

• CPU үшін төмен даңқтағы кристаллдарды қолданыңыз және системаның қызмет ету талаптарын қанағаттандыратында, цифрлық схемаларды қысқа болыңыз;

• Қолданылмаған CPU вход-шығыс порттары асқы болмауы керек, олар системаның энергиясына немесе земляға қосылуы керек, бұл қалған чиптер үшін де қолданылады;

• Жоғары даңқтағы компоненттердің арасындағы трассалардың ұзындығын минималдаңыз. Вход және шығыс функционалдық компоненттерді алыс орналастырыңыз, құбылысқа ұшынушы компоненттерді алыс орналастырыңыз;

• Төмен даңқтағы және аз сигналды схемаларда ағым қорын қолданбаңыз. Егер қолданылатын болса, қор өлшемін минималдаңыз, өткізілген шуын азайтыңыз;

• Системаның проводында 90-градусқа қарай қысықтарды қолданбаңыз, бұл жоғары даңқтағы шуын өткізуінен сақтанады;

• Системадағы вход және шығыс линиялары параллель өткізілетін болмауы керек. Екі провод аралығында земля линиясын қосыңыз, бұл реактивті қосылған құбылысқа қарсы қолданылады.

5. Программалық иштеу ерекшеліктерінің дизайны

5.1 Энергия өлшерілері үшін цифрлық фильтрлеу дизайні 

Ағымда энергия өлшерлерінде әртүрлі өлшеу IC-лері кеңінен қолданылады. Централды процессор SPI немесе UART арқылы өлшеу чиптерімен байланысады, энергиялық жүйенің параметрлерін алады. Егер автобусқа құбылыс болса немесе өлшеу чипі тура қолданылмаса, централды процессор тура эмес деректер алмайды.

Сондықтан, программалық фильтрлеу өте маңызды. Күнделікті энергия параметрлері үшін орташа әдіс қолданылады: бес-алты деректер жиналады, ең үлкен және ең кіші мәндер алынады, содан кейін орташа мән есептеледі. Энергия деректері үшін, энергия өлшерінің белгіленген іске қосылу аймағына қарай бір бірлік уақыт ішіндегі динамикалық диапазон бағаланады; егер жоғары энергия деректері көрінетін болса, программалық түрде оларды алып тастауға болады. Басқа әдістер - медианный фильтр, арифметикалық орта, бірінші ретті төменгі фильтр. Практика қолданысқа қолданылатын программалық фильтрлеу параметрлердің оқылуын қамтамасыз ету үшін қолданылады.

5.2 Энергия өлшерілері үшін деректер қайталану дизайні

Системаның иштеу ерекшеліктерін жақсарту үшін, системаның параметрлері мен настройка параметрлері көптеген бекап дизайнін қолдануға болады. Егер бір деректер тобы бузылса, басқа бекап тобы қолданылады. Деректердің қауіпсіздігін және қате іске қосылу жағдайларында деректердің қалыптасу мүмкіндігін жақсарту үшін, бірнеше деректер тобы жайылмалы орналастырылуы керек.

5.3 Энергия өлшерілері үшін деректерді тексеру және іске қосу қайталану дизайні

Централды процессор параметрлерді немесе настройка параметрлерін хадисаға жазғанда, құбылыс оларды тура жазуына әкелуі мүмкін, бірақ процессор жазылған деректердің тура екендігін анықтай алмайды. Деректерді тура жазуға қолданылатын программалық дизайн, жазылған деректерді "қосымша" қолданып, оны жазылған деректермен бірге сақтайды. Әр жазу операциясынан кейін оқу операциясы орындалады, оқылған деректердің қосымшасы жазылған қосымшамен салыстырылады. Егер олар сәйкес келмесе, жазу операциясы қайталанады, дәл оқылғандағы кезде. Егер қайталану шектері астам болса, жазу қате көрсетіледі.