智能仪表系统的优化设计

作者:188体育在188体育在线   |    时间:2020-09-10 04:17 106

随机误差在多次重复测量时,一般都服从统计规律。而时间平衡和总体平均是基本的统计方法。根据时间平均和总体平均法,当测量时间T→∞或测量次数N→∞时,其随机误差之和趋于零。测量结果将不受随机误差的影响。这在具体实现时可要用硬件RC滤波或软件编程(数字滤波)的方法来实现。

自动校准的基本思想是仪器在开机后或每隔一定时间后自动测量基准参数。(如数字电压表中的基准电压或地电位等),然后计算误差模型,以得到

并存储误差因子。这样,便可
以在正式测量时,根据测量结果和误差因子计算校准方程,从而消弭
误差。

第三,在工作方式选择下,应只管

选用高速低频工作方式,虽然COMS器件的静态功耗险些
为零,但在逻辑电平转换时,总是有电流流过。因为
动态功耗和逻辑电平转换频率成正比,同时与电路的逻辑电平转换时间成正比。所以,COMS器件应采用高速低频工作方式。

在单片机微机低功耗系统设计中,应只管

选用低功耗的HCMOS单片机芯片,虽然此类芯片与HMOS相比,其外型、管脚、指令等完全相同,但因为
其制造工艺不同,因此,HCMOS器件的功耗更低、抗干扰能力更强,并具有待机运行模式。因而功耗更小。

影响智能仪表的可靠性和安全运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰,以及系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺和外部情况

条件等情况。这些干扰对智能仪表系统造成的后果主要表现在数据采集误差加大、控制状态失灵、数据的干扰变化以及程序运行失常等。

为了防止电源系统的干扰,电源设计时应考虑使用交流电源滤波器和隔离,并可利用压敏电阻吸收浪涌电压,在要求供电质量较高的情况下,可采用发电机组或逆变器供电,如采用在线式UPS不间断电源供电;也可要用分立式供电和分类供电方式。但应在每块印刷电路板的电源与地之间并接去耦电容(可用5~10μF的电解电容和一个0

01~0
1μF的电容),以消弭
电源线和地线中的脉冲电流干扰;另外,还可使用瞬变电压抑制器TVS等方法。TVS是普遍使用的一种高效能电路保护器件,能吸收高达数千瓦的浪涌功率。而且TVS对静电、过压、电网干扰、雷击、开关打火、电源反向及电机/电源噪声振动的保护尤为有效。

传感器最大的外部噪声源是连接在交流电源上的电动机、电焊机等能产生电火花的机器以及继电器、电磁阀等。这些噪声源可通过电容和电磁耦合对传感器形成干扰。工程实践表明,干扰信号通过各种线缆假入智能仪表系统内部而形成的干扰占全部干扰量的90%以上,因而系统的配线技术是首先要考虑的。对于静电感应噪声,可在信号线或箱体上包一层金属导体屏蔽层,并将屏蔽层端点接地。对于电磁感应噪声,配线时应应只管

使信号线远离强电线,以削减
互感所形成的电磁感应噪声。信号电缆还可用金属导体屏蔽或采用多层双绞信号线。

在智能仪表系统中,接地是抑制干扰的主要

方法。设计时可根据实际信号的工作频率选择单点接地或多点接地;另外,数字、模拟电路要分开,而且应将二者
的地线分别与电源地线相连;同时,接地线应只管
加粗;将接地电路做成闭合环路可明显地提高系统的抗干扰能力。

印刷电路板大小要适中。尺寸过大,则印制线条长,阻抗增加,不仅抗噪声能力下降,成本也高;尺寸太小

则散热不好,同时易受邻近线条干扰。在器件布置方面,应把相互有关的器件只管
放近些,这样得到
较好的抗噪声效果。容易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路器件等应只管
远离计算机逻辑电路,如有可能,应另做电路板。

当PC受到干扰失控而引起程序跑飞使程序进入“死循环”时,指令冗余技术、软件陷阱技术均不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境,因此,通常采用程序监督

技术,即“看门狗”技术(Watchdog)。利用“看门狗”技术可以不断监督
程序循环运行时间,若发现时间超过已知的循环设定时间,则认为系统陷入了“死循环”,然后强迫程序返回到0000H入口,并在0000H处安排一段出错处理程序,使系统运行纳入正规。