通信電力與環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng).ppt

1 通信電力與環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng) 2 自動(dòng)監(jiān)控的必要性 保證通信系統(tǒng)的安全 優(yōu)質(zhì)與高效電源設(shè)備供電的可靠性和供電質(zhì)量直接影響整個(gè)通信系統(tǒng)能否暢通及其通信質(zhì)量工作環(huán)境比較惡劣電力室有機(jī)械噪聲和電噪聲 大功率器件輻射出大量熱量人工檢測(cè)工作量大 3 監(jiān)控的現(xiàn)狀和發(fā)展 1 趨向1 由單純的電源設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)展為包括空調(diào)機(jī)及其他動(dòng)力設(shè)備及環(huán)境 保安監(jiān)控在內(nèi)的智能型通信保障系統(tǒng) 環(huán)境 保安等監(jiān)測(cè)除數(shù)據(jù)外逐步采用圖象通信 趨向2 由單點(diǎn)單址的監(jiān)控已逐步形成多層次 多局址的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng) 通信方式已由撥號(hào)方式經(jīng)公共電話網(wǎng)通信發(fā)展為經(jīng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng) 分組交換網(wǎng)等多種組網(wǎng)方式通信 并與網(wǎng)管中心聯(lián)接 4 監(jiān)控的現(xiàn)狀和發(fā)展 2 趨向3 數(shù)據(jù)采集有集中方式發(fā)展為分布式 采集器多為模塊化結(jié)構(gòu) 除通用性采集器外還發(fā)展了各種專用采集器 以適應(yīng)電源設(shè)備種類多 布局分散的實(shí)際需要 趨向4 隨著智能型電源設(shè)備的發(fā)展 數(shù)據(jù)采集將由電源設(shè)備本身完成 再經(jīng)通信接口輸出 監(jiān)控系統(tǒng)將主要完成數(shù)據(jù)的處理管理和組網(wǎng)等功能 5 監(jiān)控系統(tǒng)的總體介紹 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)的功能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容監(jiān)控系統(tǒng)的一般要求監(jiān)控系統(tǒng)管理 6 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 監(jiān)控系統(tǒng)以多級(jí)自下而上逐級(jí)匯接構(gòu)成每個(gè)監(jiān)控級(jí)與若干下級(jí)監(jiān)控級(jí)連成一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)最低一級(jí)為設(shè)備監(jiān)控單元與其監(jiān)控的若干設(shè)備的連接 7 NSMC 程控交換網(wǎng)或DDN或分組交換網(wǎng)或其他通信網(wǎng) CSMC 程控交換網(wǎng)或DDN或分組交換網(wǎng)或其他通信網(wǎng) DSMC1 DSMC2 DSMCn 程控交換網(wǎng)或DDN或分組交換網(wǎng)或其他通信網(wǎng) LSMC1 LSMC2 LSMCn ESU2 E2 ESUn En E1 ESU1 NSMC 全國(guó)監(jiān)控管理中心CSMC 城市 地區(qū) 監(jiān)控管理中心DSMC 區(qū)域 縣 監(jiān)控管理中心LSMC 局站監(jiān)控管理中心ESU 設(shè)備監(jiān)控單元 8 監(jiān)控系統(tǒng)的功能 1 整體的功能1 運(yùn)行參數(shù)集中維護(hù)管理2 故障集中維護(hù)管理3 開(kāi)放性維護(hù)管理4 擴(kuò)展性維護(hù)管理 9 監(jiān)控系統(tǒng)的功能 2 各級(jí)的功能1 設(shè)備監(jiān)控單元 整個(gè)系統(tǒng)的核心 2 局站監(jiān)控管理中心3 區(qū)域監(jiān)控管理中心4 城市監(jiān)控管理中心 10 監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容 1 通信電源和空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)通信局所有的電源設(shè)備和生產(chǎn)專用空調(diào)設(shè)備及機(jī)房環(huán)境條件進(jìn)行全面的監(jiān)控管理 監(jiān)控的內(nèi)容主要有以下幾方面 局站監(jiān)控管理中心 區(qū)域 縣 監(jiān)控管理中心 城市 地區(qū) 監(jiān)控管理中心的監(jiān)控內(nèi)容 11 監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控主要分遙測(cè) 遙控 遙信 通信局站動(dòng)力與環(huán)境設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)和監(jiān)控的參量分為四類 1 模擬輸入信號(hào) 即遙測(cè)信號(hào) 例如電壓值 電流值 電池電壓等等 2 數(shù)字輸入信號(hào) 即遙信信號(hào) 表示的量值只有兩種狀況 開(kāi)或關(guān) 正確或錯(cuò)誤 例如整流器的告警輸出等 3 數(shù)字輸出信號(hào) 即遙控信號(hào) 通過(guò)高一級(jí)的維護(hù)中心對(duì)下一級(jí)的電信動(dòng)力設(shè)備的操作來(lái)改變遠(yuǎn)端設(shè)備的工作狀態(tài) 例如在遠(yuǎn)端開(kāi)啟備用油機(jī)等 4 模擬輸出信號(hào) 即遙調(diào)信號(hào) 12 1 局 站 監(jiān)控管理中心的監(jiān)控內(nèi)容 13 1 局 站 監(jiān)控管理中心的監(jiān)控內(nèi)容 續(xù) 14 1 局 站 監(jiān)控管理中心的監(jiān)控內(nèi)容 續(xù) 15 2 城市 區(qū)域 監(jiān)控管理中心的監(jiān)控內(nèi)容 作為監(jiān)控一級(jí)管理中心負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)本城市 地區(qū) 各通信局 站 總用電量 有功功率 無(wú)功功率 功率因數(shù) 遙信本城市 地區(qū) 各通信局 站 電源和空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備工作狀態(tài)以及故障告警 16 監(jiān)控系統(tǒng)的一般要求 1 1 組成監(jiān)控系統(tǒng)的各監(jiān)控級(jí)應(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)視其監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài) 發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)告警 從故障事件發(fā)生至反映到有人值守監(jiān)控級(jí)的時(shí)間間隔不應(yīng)大于30s 各監(jiān)控級(jí)應(yīng)有多事件多點(diǎn)同時(shí)告警功能 告警準(zhǔn)確度的要求為100 2 監(jiān)控系統(tǒng)的軟 硬件應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu) 使之具有最大的靈活性和擴(kuò)展性 以適應(yīng)不同規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和不同數(shù)量監(jiān)控對(duì)象的需要 17 監(jiān)控系統(tǒng)的一般要求 2 3 監(jiān)控系統(tǒng)的采用不應(yīng)影響被控設(shè)備的正常工作 不應(yīng)改變具有內(nèi)部自動(dòng)控制功能的設(shè)備的原有功能 監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行控制或參數(shù)設(shè)定時(shí) 其控制值應(yīng)始終保持在安全極限以內(nèi) 4 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有良好的電磁兼容性 被控設(shè)備處于任何工作狀態(tài)下 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能正常工作 同時(shí)監(jiān)控設(shè)備本身不應(yīng)產(chǎn)生影響被控設(shè)備正常工作的電磁干擾 18 監(jiān)控系統(tǒng)的一般要求 3 5 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能監(jiān)控具有不同接地要求的多種設(shè)備 任何監(jiān)控點(diǎn)的接入均不應(yīng)破壞任何設(shè)備的接地系統(tǒng) 6 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有自診斷功能 診出故障及時(shí)告警 監(jiān)控設(shè)備故障時(shí)不應(yīng)影響被控設(shè)備的正常工作和手動(dòng)控制功能 7 監(jiān)控系統(tǒng)硬件應(yīng)采用交流不可斷電源或直流不間斷電源供電 以防止市電停電而中斷工作 19 監(jiān)控系統(tǒng)的一般要求 4 8 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有良好的人機(jī)對(duì)話界面和漢字支持能力 安裝容易 使用方便 故障告警應(yīng)有明顯清晰的可視聞信號(hào) 9 監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)量精度要求為 電量一般應(yīng)優(yōu)于2 直流電壓包括單體蓄電池電壓應(yīng)優(yōu)于0 5 非電量一般應(yīng)優(yōu)于5 10 監(jiān)控系統(tǒng)硬件可靠性指標(biāo)MTBF應(yīng)大于100000h MTTR應(yīng)小于0 5h 20 監(jiān)控系統(tǒng)管理 1 性能管理 performancemanagement 監(jiān)控系統(tǒng)的性能管理是指監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)價(jià)和報(bào)告電源和空調(diào)系統(tǒng)性能狀態(tài)的一系列功能 包括各種電壓 電流和其它性能參數(shù)的當(dāng)前值與統(tǒng)計(jì)值 各級(jí)監(jiān)控管理中心在正常工作時(shí) 能夠自動(dòng)顯示所有被控對(duì)象的工作狀態(tài)和告警狀況 有靈活的人機(jī)對(duì)話方式來(lái)選擇指定監(jiān)控對(duì)象的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)及其歷史數(shù)據(jù)等詳細(xì)信息 21 監(jiān)控系統(tǒng)管理 2 故障管理 faultmanagement 監(jiān)控系統(tǒng)的故障管理是指監(jiān)控系統(tǒng)堅(jiān)測(cè) 隔離和校準(zhǔn)電壓與空調(diào)設(shè)備工作異常的功能 各監(jiān)控管理中心應(yīng)能監(jiān)測(cè)和報(bào)告監(jiān)控對(duì)象的異常情況 當(dāng)發(fā)生異常時(shí) 畫面上應(yīng)有告警提示 能自動(dòng)或人工轉(zhuǎn)入告警畫面或告警窗 顯示打印故障類型 故障位置及其故障時(shí)間 同時(shí)發(fā)出告警聲響 并且告警畫面中故障點(diǎn)用不同于正常的顏色表示 22 監(jiān)控系統(tǒng)管理 3 安全管理 securitymanagement 安全管理是監(jiān)控系統(tǒng)為防止人員越權(quán)進(jìn)行操作或干擾信號(hào)浸入 確保系統(tǒng)安全的一系列功能 使用某些功能時(shí)必須輸入口令 經(jīng)系統(tǒng)確認(rèn)后 才可進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行操作 此外操作口令應(yīng)有不同等級(jí) 以限制不同人員的操作范圍 維護(hù)系統(tǒng)安全 區(qū)域 縣 監(jiān)控管理中心和局站監(jiān)控管理中心應(yīng)有設(shè)備操作記錄 其包括操作人 被操作設(shè)備 操作時(shí)間等 23 監(jiān)控系統(tǒng)管理 4 配置管理 configurationmanagement 配置管理是監(jiān)控系統(tǒng)用來(lái)建立 增加 刪除和修改監(jiān)控對(duì)象或操作人員的一系列功能 監(jiān)控對(duì)象的配置參數(shù)包括監(jiān)控對(duì)象的名稱 通信方式 通信速率 地址或電話號(hào)碼等 操作人員的配置參數(shù)包括姓名 身份 口令 操作極限 口令有效期 聯(lián)系電話或手機(jī) 呼機(jī)號(hào)碼等 24 局站監(jiān)控系統(tǒng) 監(jiān)控系統(tǒng)的基本原理監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成 25 局站監(jiān)控系統(tǒng)的原理 1 局站監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) 局站監(jiān)控系統(tǒng)是由局站監(jiān)控管理中心 LSMC 和若干設(shè)備監(jiān)控單元 ESU 經(jīng)RS 485或RS 422接口用通信電纜或屏蔽雙絞線聯(lián)接而成 在某些情況下也可用RS 232C接口聯(lián)接 局站監(jiān)控中心 LSMC 還有和上級(jí)區(qū)域監(jiān)控管理中心 DSMC 通信的功能 并成為區(qū)域監(jiān)控管理系統(tǒng)的一部分 不過(guò)這種通信都是經(jīng)過(guò)公共通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的 26 27 局站監(jiān)控系統(tǒng)的原理 2 設(shè)備監(jiān)控單元 ESU 下圖示出ZXDU180組合電源系統(tǒng)框圖 它具有上述ESU的典型功能 28 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成 1 系統(tǒng)軟件模塊 29 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成 2 操作系統(tǒng)和軟件開(kāi)發(fā)工具監(jiān)控軟件是一種實(shí)時(shí)多任務(wù) 多功能 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的軟件 因此開(kāi)發(fā)軟件的操作系統(tǒng)應(yīng)滿足實(shí)時(shí)多任務(wù) 用戶界面友好 應(yīng)用程序運(yùn)行速度快 網(wǎng)絡(luò)和多媒體多功能強(qiáng) 兼容性好等要求 目前主要是Windows95 VisualBasic 30 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成 3 通信與通信協(xié)議按其功能可分為兩層 采集控制層和管理層 1 采集控制層主要是由局站監(jiān)控管理機(jī) RS485 RS422接口 設(shè)備監(jiān)控單元 被控設(shè)備組成的局站監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控管理機(jī)以一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 可為串形或星形結(jié)構(gòu) 與設(shè)備監(jiān)控單元通信 分時(shí)訪問(wèn)所有被控設(shè)備 31 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成 4 通信與通信協(xié)議2 管理層是指由區(qū)域 縣 監(jiān)控管理中心 城市 地區(qū) 監(jiān)控管理中心組成的旨在對(duì)各局站的被控設(shè)備進(jìn)行維護(hù)管理管理層之間的通信在TN中以一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)分時(shí)進(jìn)行 32 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成 5 設(shè)備監(jiān)控單元 ESU 與局站監(jiān)控管理中心 LSMC 之間應(yīng)采用RS 422 RS 485接口連接傳輸線路采用局站內(nèi)專有屏蔽雙絞線或?qū)Ｓ猛ㄐ烹娎| 數(shù)據(jù)傳輸速率可采用1 2K 4 8K 9 6K 19 2K 38 4kb s等 其它級(jí)之間 例LSMC與DSMC及以上 的連接可RS 232經(jīng)MODEM連接 33 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成 6 遠(yuǎn)程監(jiān)控一般遠(yuǎn)端局都應(yīng)當(dāng)設(shè)置交換機(jī)房 配線房 動(dòng)力機(jī)房等功能性房間 而每個(gè)功能性房間應(yīng)配置一套門禁系統(tǒng) 一套揚(yáng)聲器與音箱 多臺(tái)攝象機(jī)等 這些都需要進(jìn)行監(jiān)控 每個(gè)遠(yuǎn)端局的監(jiān)控部分可由幾個(gè)監(jiān)控模塊 電源監(jiān)控模塊 蓄電池監(jiān)控模 環(huán)境塊監(jiān)控模塊 協(xié)議轉(zhuǎn)換器 前置機(jī)組成 34 設(shè)備監(jiān)控單元 信號(hào)采集所需的一些部件1 各種傳感器 變送器以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的電量和非電量數(shù)據(jù)的檢測(cè)2 模 數(shù) A D 和數(shù) 模 D A 轉(zhuǎn)換器以實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)和計(jì)算機(jī)接口的配合3 各種隔離器件以保障被控設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)的安全運(yùn)行 35 溫度傳感器 1 溫度傳感器目前常用的種類有PN結(jié) 熱敏電阻和熱電阻等類型 各有優(yōu)缺點(diǎn) 在儀器儀表及監(jiān)控系統(tǒng)中都有應(yīng)用 1 PN結(jié)溫度傳感器基本原理晶體二極管或三極管的PN結(jié)的結(jié)電壓是隨溫度變化的 這種傳感器有較好的線性度 尺寸小 其熱時(shí)間常數(shù)為0 2 2秒 靈敏度高 測(cè)溫范圍為 50 150 36 典型的溫度曲線如右圖所示 PN結(jié)溫度傳感器的溫度曲線 37 溫度傳感器 2 2 熱敏電阻溫度傳感器基本原理把金屬氧化物陶瓷半導(dǎo)體材料 經(jīng)成形 燒結(jié)等工藝制成的測(cè)溫元件叫做熱敏電阻熱敏電阻的溫度系數(shù)有正有負(fù) 因此分成兩類 NTC熱敏電阻PTC熱敏電阻 電阻溫度系數(shù)為負(fù) 38 溫度傳感器 3 NTC熱敏電阻的電阻值R與溫度T K 的關(guān)系如下式 R R0 exp B 1 T 1 T0 9 1 式中 R0 溫度為T0 K 時(shí)的電阻值B 常數(shù) 一般為3000 5000 K 由上式可以看出 電阻與溫度的關(guān)系是指數(shù)曲線 如果將溫度特性換算成電阻值的變換率 則在室溫附近的單位溫度變化 其電阻變換率為3 5 約為鉑電阻的十倍 這說(shuō)明熱敏電阻的靈敏度是很高的 39 典型的NTC熱敏電阻的特性曲線 40 溫度傳感器 4 一般NTC熱敏電阻測(cè)量范圍比較寬 主要用于溫度測(cè)量 而PTC突變型熱敏電阻的溫度范圍較窄 一般用于恒溫加熱控制或溫度開(kāi)關(guān) 也用于彩色電視機(jī)中作自動(dòng)消磁元件 有一些功率PTC元件作為發(fā)熱元件用 PTC緩變型熱敏電阻可用于作溫度補(bǔ)償或作溫度測(cè)量 41 典型PTC線性熱敏電阻特性曲線如圖 42 溫度傳感器 5 熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn) 溫度系數(shù)絕對(duì)值大 靈敏度高 測(cè)量線路簡(jiǎn)單體積小 重量輕 熱慣性小本身電阻值大 適于遠(yuǎn)距離測(cè)量熱敏電阻產(chǎn)品已系列化 便于設(shè)計(jì)選用工作壽命長(zhǎng) 而且價(jià)格便宜 43 溫度傳感器 6 熱敏電阻的缺點(diǎn) 非線性大 在電路上要進(jìn)行線性化補(bǔ)償穩(wěn)定性稍差 并有老化現(xiàn)象同一種型號(hào)有3 5 的阻值誤差 常數(shù)B也有3 左右誤差 一致性差 44 濕度傳感器 1 監(jiān)控系統(tǒng)中用的濕度傳感器一般都用以檢測(cè)環(huán)境的相對(duì)濕度 相對(duì)濕度指的是空氣中所含實(shí)際水蒸氣量和同溫度下所含最大水蒸氣量的比值 用百分比表示為 RH 濕度傳感器的基本原理水分子有較大的偶極矩 因而易于附著并滲透入固體表面內(nèi) 利用這種現(xiàn)象制成的濕敏元件稱為 水分子規(guī)和力型 另外一類濕敏元件與水分子親和力無(wú)關(guān)系 稱為 非水分子親和力型 45 濕度傳感器 2 水分子附著或浸入濕敏功能材料后 不僅是物理吸附 而且還有化學(xué)吸附 其結(jié)要是使其電氣性能變化 水分子被金屬氧化物濕敏元件表面吸附后 使其阻抗產(chǎn)生很大變化 相對(duì)濕度從0 RH 100 RH變化時(shí) 其阻抗變化5個(gè)數(shù)量級(jí) 這些可以制成阻抗式濕敏元件 另外 還有一些濕敏功能材料 如高分子聚合物 吸附水分子后 其介質(zhì)常數(shù)顯著變化 這種材料可制成電容式濕敏元件 46 濕度傳感器 3 1 精度與長(zhǎng)期穩(wěn)定性一般濕度傳感器的精度為 2 5 RH 要達(dá)到 2 RH 3 RH的精度是較困難的 在實(shí)際使用中 由于塵土 油污 有害氣體的影響 使用時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生老化 影響其精度 因此 濕度傳感器長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性十分重要 目前能達(dá)到1 4 RH 年的水平 47 濕度傳感器 4 2 濕度傳感器的濕度系數(shù)濕敏元件除對(duì)環(huán)境濕度敏感外 對(duì)溫度也十分敏感 其溫度系數(shù)一般在0 2 0 8 RH 范圍內(nèi) 而且有的濕敏元件在不同的相對(duì)濕度下 其溫度系數(shù)又有差別 這需要在電中上加溫度補(bǔ)償 或采有計(jì)算機(jī)軟件補(bǔ)償 48 濕度傳感器 5 3 濕度傳感器的供電金屬氧化物陶瓷 高分子聚合物和氧化鋰等濕敏材料施加直流電壓時(shí) 會(huì)使?jié)衩舨牧想娊饣蚴闺姌O材料發(fā)生游離 導(dǎo)致性能變壞 所以這類濕度傳感器不能用直流電壓或有直流分量的交流電壓 必須是交流電供電 如正弦波 方波或三角波等 49 濕度傳感器 6 4 互換性目前 濕度傳感器 無(wú)論是高分子濕度傳感器還是金屬氧化物陶瓷材料的薄膜或厚膜濕度傳感器 一致性較差 同一種型號(hào)的傳感器不能互換 這給電路調(diào)試及維護(hù)增加了困難 5 濕度校正 標(biāo)定工作困難濕度的校正 標(biāo)定工作要比溫度校正 標(biāo)定困難得多在沒(méi)有完善的檢定設(shè)備時(shí) 通常采用簡(jiǎn)單的飽和鹽溶液檢定法 并測(cè)量其濕度 飽和鹽溶液的相對(duì)濕度與溫度有關(guān) 50 霍耳電流電壓傳感器 1 霍耳器件的工作原理與特性霍耳器件是利用薄片狀半導(dǎo)體材料對(duì)磁場(chǎng)的敏感效應(yīng)而制成的一種半導(dǎo)體器件 結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖所示 如要由電流控制極1 2通以電流Ic 即控制電流 并在其垂直方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng) 由于洛化茲力的作用使載流子在Y軸方向某側(cè)面積累從而產(chǎn)生兩側(cè)面間的電位差 即霍耳電壓 51 霍耳電流電壓傳感器 2 52 霍耳電流電壓傳感器 3 實(shí)驗(yàn)證明 霍耳電壓與控制電流Ie和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的矢量積成正比若磁場(chǎng)垂直于電流方向 則 當(dāng)磁場(chǎng)B或控制極電流Ic方向改變時(shí) 的極性也隨之改變 53 光電耦合器件 1 在計(jì)算機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)中 被控制對(duì)象往往是強(qiáng)功率的工業(yè)設(shè)備 為了安全可靠 通常需要把強(qiáng)電部分與弱電的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在電氣上隔離開(kāi)來(lái) 過(guò)去常用隔離變壓器或繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn) 而目前則廣泛用高性能而廉價(jià)的光電耦合器件來(lái)代替光電耦合器件是把發(fā)光元件和受光元件封裝在一個(gè)器件中 將發(fā)光元件接輸入側(cè) 受光元件接輸出側(cè) 以光作為媒介傳輸信息 以隔離輸入與輸出端的直接電聯(lián)系 54 光電耦合器件 2 光電耦合器的特點(diǎn) 單向傳送信號(hào) 寄生電容反饋極小 內(nèi)裝晶體管的光電耦合器輸入輸出之間信號(hào)傳輸效率可以做得相當(dāng)高 輸入端和輸出端的地電位可以獨(dú)立選取 而且它們之間的絕緣電壓至少可達(dá)1000V 最高可達(dá)50000V 響應(yīng)速度快 既可以傳輸直流信號(hào) 又能傳輸高達(dá)幾MHZ的脈沖 共模抑制比高 抗于擾能力強(qiáng) 不受磁場(chǎng)影響 不需磁屏蔽 體積小 重量輕 抗機(jī)械沖擊能力強(qiáng) 使用方便 價(jià)格便宜 性能穩(wěn)定 可靠性高 55 發(fā)光二級(jí)管 三極管型該種光電耦合器比較便宜 得到廣泛應(yīng)用這種光電耦合器有的并不引出三級(jí)管的基極 引出基極的目的是可以加上電信號(hào) 與光信號(hào)混合進(jìn)行感度調(diào)制 或進(jìn)行方便的濕度補(bǔ)償 56 發(fā)光二極管 二極管和三級(jí)管放大型這種光電耦合器用光敏二極管作受光元件 再用三極管把光電流進(jìn)行放大輸出 其特點(diǎn)是光敏二極管的高頻響應(yīng)較好 57 發(fā)光二極管 二極管和達(dá)林頓型這種光電耦合器是在以上一種器件的基礎(chǔ)上 在片內(nèi)再加上一只三極管 并按達(dá)林頓方式連接 其特點(diǎn)是放大系數(shù)大 光感度好 58 數(shù) 模 D A 和模 數(shù) A D 轉(zhuǎn)換器 1 1 D A轉(zhuǎn)換器的基本原理把一個(gè)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬電壓是D A轉(zhuǎn)換問(wèn)題 簡(jiǎn)單的解決辦法是 對(duì)應(yīng)于二進(jìn)制數(shù)的每一位 都有一個(gè)電壓的數(shù)值產(chǎn)生 這個(gè)電壓值正比于相應(yīng)位的二進(jìn)制權(quán) 59 數(shù) 模 D A 和模 數(shù) A D 轉(zhuǎn)換器 2 右圖所示為一個(gè)單片D A轉(zhuǎn)換器的典型設(shè)計(jì)方案 這一器件具有4位的分辨率 實(shí)際上 是用電流代替電壓進(jìn)行相加 由參考電流源 位換能晶體管 梯形電阻網(wǎng)絡(luò) 位換能開(kāi)關(guān)和電流 電壓轉(zhuǎn)換器所組成 60 數(shù) 模 D A 和模 數(shù) A D 轉(zhuǎn)換器 3 2 逐次逼近型A D轉(zhuǎn)換器的基本原理A D轉(zhuǎn)換器芯片種類很多 在監(jiān)控系統(tǒng)中大量應(yīng)用的是逐次逼近 比較式A D 逐次逼近型A D變換器 如下頁(yè)圖所示 由D A變換器 比較器 逐次逼近寄存器 控制邏輯等組成 將輸入信號(hào)和D A變換器的輸出逐次比較而進(jìn)行變換 直至其差收斂于 0 5LSB以內(nèi)而完成操作 這種操作 類似于在化學(xué)天平上使用有二進(jìn)制權(quán)的砝碼 實(shí)現(xiàn)稱重量的事例 61 數(shù) 模 D A 和模 數(shù) A D 轉(zhuǎn)換器 4 首先 加入開(kāi)始變換指令 以及寄存器一類復(fù)位 將D A變換器的MSB輸出 1 2滿量程 輸入比較器和輸入信號(hào)比較 如果輸入比MSB大 則MSB保留在ON狀態(tài) 即輸出寄存器在 1 但是如果輸入比MSB小 MSB為OFF狀態(tài) 輸出寄存器在 0 接著 在第2bit D A變換器的輸出MSB 1 4滿量程和輸入比較 如果此值輸入小 則此bit保留在ON狀態(tài) 再繼續(xù)試第3bit 但是如果第2bit比輸入大 就置于OFF狀態(tài) 試第3bit 在第3bit 和第2bit比較 以下同樣同下位bit順次比較 一直進(jìn)行到LSB 變換結(jié)束 見(jiàn)下頁(yè)圖 62 63 數(shù) 模 D A 和模 數(shù) A D 轉(zhuǎn)換器 5 即如果是nbit變換器 進(jìn)行n次比較操作 輸出寄存器的內(nèi)容 得到對(duì)應(yīng)輸入信號(hào)大小的二進(jìn)制碼 64 調(diào)