电源设计流程范文
时间：2023-12-19 17:47:06
导语：如何才能写好一篇电源设计流程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
任何电子设备的工作都离不开直流电源，晶体管、集成电路正常工作都需要直流电源供电。提供直流电的方法主要有干电池和稳压电源两种。干电池具有输出电压稳定便于携带等优点但是其容量低寿命短的缺点也十分明显。而直流稳压电源能够将220V交流电转换为源源不断的稳定的直流电.它由变压、整流、滤波、稳压四部分电路等组成。参考电路如图1所示。
1.变压
稳压电源的输出电压一般是根据仪器设备的需要而定的，有的仪器设备同时需要几种不同的电压。单独的稳压电源，其输出电压在一定的范围内可以调节，当调节范围较大时，可分几个档位。因此，需要将交流电通过电源变压器变换成适当幅值的电压，然后才能进行整流等变换，根据需要，变压器的次级线圈一般都为两组以上选用合适的变压器将220V±10%的高压交流电变成需要的低压交流电，要满足电源功率和输出电压的需要，变压器选用应遵循以下原则：
（1）在220V±15%情况下应能确保可靠稳定输出。一般工程上变压、整流和滤波后的直流电压可以按下面情况确定：
一是要考虑集成稳压电路一般是要求最小的输入输出压差；二是要考虑桥式整流电路要消耗两个二极管正向导通的压降；三是要留有一定的余量。输出电压过高会增加散热量，过低会在输出低压时不稳定，由此来确定直流电压.
（2）变压器要保留20%以上的电流余量。
2.整流
是将正弦交流电变成脉动直流电，主要利用二极管单向导电原理实现，整流电路可分为半波整流、全波整流和桥式整流。电源多数采用桥式整流电路，桥式整流由4个二极管组成，每个二极管工作时涉及两个参数：一是电流，要满足电源负载电流的需要，由于桥式整流电路中的4个二极管是每两个交替工作，所以，每个二极管的工作电流为负载电流的一半；二是反向耐压，反向电压要大于可能的最大峰值。
（1）电流负载ID>IL；
（2）反向耐压为变压器最高输出的峰值VD>V2。
3.滤波
滤波的作用是将脉动直流滤成含有一定纹波的直流电压，可使用电容、电感等器件，在实际中多使用大容量的电解电容器进行滤波。图中C2和C4为低频滤波电容，可根据实验原理中的有关公式和电网变化情况，设计、计算其电容量和耐压值，选定电容的标称值和耐压值以及电容型号（一般选取几百至几千微法）。
C1和C3为高频滤波电容，用于消除高频自激，以使输出电压更加稳定可靠。通常在0.01μF～0.33μF范围内。
（1）低频滤波电容的耐压值应大于电路中的最高电压，并要留有一定的余量；
（2）低频滤波电容C2选取应满足：C2≥（3～5）；RL为负载电阻，T为输入交流电的周期。对于集成稳压后的滤波电容可以适当选用数百微法即可；
（3）工程上低频电容C2也可根据负载电流的值来确定整流后的滤波电容容量，即：C2≥（IL/50mA）×100uF。
4.稳压
经过整流和滤波后的直流电压是一个含有纹波并随着交流电源电压的波动和负载的变化而变化的不稳定的直流电压，电压的不稳定会引起仪器设备工作不稳定，有时甚至无法正常工作。为此在滤波后要加稳压电路，以保障输出电压的平稳性。稳压方式有分立元件组成的稳压电路和集成稳压电路。分立元件组成的稳压电路的稳压方式有串联稳压、并联稳压和开关型稳压等，其中较常用的是串联稳压方式。
（1）串联稳压电路
串联稳压电路工作框图如图2所示，它由采样电路、基准电压电路、比较放大电路和调整电路组成。
（2）集成稳压器
随着集成工艺技术的广泛使用，稳压电路也被集成在一块芯片上，称为三端集成稳压器，它具有使用安全、可靠、方便且价格低的优点。
三端稳压器按输出电压方式可分为四大类：
①固定输出正稳压器7800系列，如7805稳压值为+5V。
②固定输出负稳压器7900系列。
③可调输出正稳压器LM117、LM217、LM317及LM123、LM140、LM138、LM150等。
④可调输出负稳压器LM137、LM237、LM337等。
篇2
【关键词】数据采集 LabVIEW 串口通讯
1 引言
远程监控系统中，以计算机为上位机和以单片机、DSP等为下位机的集散式测控系统被广泛应用，其中下位机主要进行数据采集和功能控制，上位机作为人机交互界面进行指令传送、数据处理和可视化显示。
上位机软件一般采用VC开发环境，使用MSComm控件开发通信模块，实现数据的采集存贮和控制参数设置，使用window API显示函数实现数据显示。由于window API显示函数编程复杂，使得整体调试效率大打折扣。
LabVIEW作为目前国际上应用最广的数据采集和控制开发环境之一，在测试与测量、数据采集、仪器控制、数字信号分析、通信仿真等领域获得了广泛的应用。同时鉴于LabVIEW模块化的开发构架，可以轻松实现软件功能的扩展，降低上位机软件的开发周期和难度。
2 系统组成
系统主要由数据采集卡和监测计算机组成，数据采集卡由DSP处理器、PCF8591转换卡、I/V转换电、小电流放大电路组成，监测计算机通过RS-232串口接收由数据采集卡采集的信息，通过LabVIEW软件实现数据的处理，实时谱图。
3 监测计算机通信协议
监测计算机通信协议采用三层结构来描述。物理层是利用物理媒介实现物理连接的功能描述和执行连接的规程，提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和过程的条件。数据链路层用于建立、维持和拆除连接，实现无差错传输的功能；应用层针对不同的应用，利用链路层提供的服务，完成串口异步点对点通信。
3.1 物理层协议
物理层利用全双工的RS-232和自定义单向输出接口进行通信，采用异步通信方式，设定RS-232接口波特率为每秒19200波特，数据位8位，起始和停止位各1位，无奇偶校验位。
3.2 数据链路层协议
数据链路层的基本通信单位是帧，帧结构如图1所示。
格式说明如下。
帧长度：为每一帧的第一个字节，用来说明帧体的长度；
帧体：用来封装来自上层（应用层）的数据报，长度为8～248字节，链路层对这一部分不做处理，由应用层进行处理。
帧长度的引入可以方便程序设计，同时也能够起到一定的检查错误的功能，可以发现传输过程中丢失字节的错误，并且丢弃缓冲区中接收错误的字节。发送/接收帧的程序流程图如图2所示。
3.3 应用层协议
（1）输出数据帧格式。监控计算机输出数据帧格式有两种：存储数据和工作状态输出帧格式。工作状态输出帧格式中包含握手确认帧格式。存储数据、工作状态输出帧格式分别如图3、图4所示。
（2）输入指令帧格式。输入指令帧有两种格式：输入参数帧格式和输入控制状态帧格式。输入参数帧长度不定。输入参数帧格式及输入控制状态帧格式如图5、图6所示。
为确保输入指令中数据参数的正确，当监控计算机发出一帧数据时，总是等待数据采集卡接收数据后发送确认帧，监控计算机收到确认帧认为一次通信结束，否则通信出错。由于数据采集卡发出的数据量比较大，间隔一定采样时间发送一帧数据，当监控计算机接收数据后无需发送确认帧。监控计算机和数据采集卡握手数据流程如图7所示。
4 监测计算机软件设计
（1）监测计算机功能。监测计算机设计功能如下：①实时数据采集；②2路信号实时谱图绘制；③控制指令和谱图数据存储；④工作状态监测；⑤参数设置和控制。
（2）实时数据采集及存储模块。实时数据采集模块采用RS-232接口，全双工模式，传输率设置为19200bps。采集数据的类型有：小电流值、小电流对应的电压值及数据采集对应时刻。综合考虑每帧数据长度和串口传输率限制，确定采样率为20ms。数据存储模块存储的数据类型有：数据采集卡采集的16进制原始数据（小电流值）、由通讯协议翻译过来的ASCII数据、通讯异常情况等。同时存储的信息还包括测试时间、编号等说明，这些信息在每次测试前手动输入，以方便日后对小电流数据进行检索和管理。
（3）状态监测模块。状态监测模块主要完成对实时传输数据及数据采集卡状态的监测。监测数据类型有小电流对应的电压值、接收到数据的帧数及丢帧数。对数据采集卡工作状态的监测，包括运行、停止和暂停三种工作状态。
（4）参数设置模块。参数设置模块可以对小电流转换电压变化过程进行设置，可以对电压分段数、电压步长、扫描间隔时间等参数进行设置。其中电压分段数可以取30以内的自然数（包括30）；扫描控制电压步长0.3mV～1V可调；扫描间隔时间10ms以上可调。
5 结束语
通过对LabVIEW的编程，可以很方便实现PC机与小电流采集数据卡之间的通信，并且人机界面友好，操作方便。系统可以实现采集信号的波形显示、数据的自动保存、对数据采集卡控制等功能。系统开发时间短、成本低，使用效果良好。
参考文献
[1]关旭，张春梅，王尚锦.虚拟仪器软件LabVIEW和数据采集[J].微机发展，2004，14（3）：77-79.
[2]李达，魏学哲，孙泽昌.LabVIEW数据采集系统的设计与实现[J].中国仪器仪表，2007（1）：49-52.
[3]杨乐平，李海涛，赵勇等.LabVIEW高级程序设计[M].北京：清华大学出版社，2003.
[4]侯国屏，王坤，叶齐鑫.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京：清华大学出版社，2005.
篇3
【关键词】电源设备 后备冗余 外部维修旁路
1 地铁信号电源设备的架构图
信号专业主要的电源设备：电源屏、UPS（含蓄电池组）、稳压柜和大功率变压器等。它们在电源子系统中位置如图1。
图1电源设备的架构图
2 地铁信号电源设备的冗余功能
冗余分为：工作冗余和后备冗余。后备冗余：平时只需一个单元工作，另一个单元是冗余的，用于待机备用。电源的冗余属于后备冗余。
（1）按照行业的标准，信号电源是一级负荷，因此引入信号设备房的电源是绝对独立的两路市电，此项标准已经列为行业设计规范。
（2）电源屏具有自动切换功能。当检测到当前供电的主电源欠压、过压、断相、缺相等故障时，设备可以自动将负载接入到另一路供电电源上，其切换时间不大于150ms，避免影响设备的供电。另外，电源屏的模块均采用“N+M”冗余模式。
（3）UPS通过三种形式给负载供电。逆变输出、静态旁路和手动旁路，确保任何一种供电形式出现故障，不影响设备正常工作，因此他们之间也是冗余的功能。
（4）蓄电池和市电之间也是一种冗余关系，当市电停电时，蓄电池通过UPS的逆变向负载供电。
3 优化UPS外部维修旁路开关的操作流程
智能电源屏直流屏上有一特殊的加封断路器，是UPS外部维修旁路开关。如图2中的QF22。
图2 电源设备输入输出图
从图2我们可以知道QF22是UPS外部旁路开关，当QF22闭合时，市电通过稳压器给负载供电。然而，电源屏厂家在相关操作说明和图纸上明确指出，在闭合QF22前，必须断开QF21，否则会损坏供电设备。
在正常情况下，信号设备（交流转辙机除外）通过UPS获得电源，也就是通过闭合QF21实现这一功能。 按照厂家的操作说明，QF21和QF22 存在互锁关系，严禁QF21和QF22同时闭合的情况出现。
为了避免在使用UPS外部维修旁路时，造成负载短时断电的情况出现。我们对操作做了进一步优化。操作流程图3如下。
图3 UPS外部维修旁路操作流程图（优化后）
篇4
【关键词】电热风暖；用电安全；关机保护
1前言
工业、家用电风暖设备拥有量较大，由于使用方便、清洁、低噪声、发热辐射可控等优点越来越受到人们的欢迎，同样存在的安全隐患也很大。因此，在使用这类设备时一般会注重和强调“人防”，即注意用电安全及设备的管理。但是“百密一疏”类似事故总是防不胜防，因此要能够防止和减少此类事故，必须还要结合“技防”。针对设备中较高的危险温度，本设计具有关闭设备电源电后自动强制散热保护功能：当关闭电热风暖设备时，电路中的风扇不会立即停止，经过一段时间的延时工作，可将设备中的余热散发出去，经过一段时间（可设定）或由温度传感器检测后控制风扇停止，整机电路恢复初始状态，起到保护作用。
2电路功能图
本电路由开关切换电路及延时控制电路两部分构成。如图1所示。2.1开关切换电路由电源开关S1以及各继电器的触点构成。主要功能是开机时接通加热器及风扇，保证设备的正常工作，并且在关闭设备电源时能够切换到延时电路工作状态。整个电路的设计重点是通过各种触点的连接，完成电路的逻辑功能。2.2延时控制电路此部分电路为辅助电路，在正常开机时电路处于失电状态不工作。其作用为：当关闭电源时，此电路开始工作，并保持风扇的正常工作，直到设置时间结束时，停止风扇的工作。
3电路控制流程设计
电路控制流程如图2所示。其中，S1为电源开关，是一种双刀双掷开关。加热器由S1-2开关直接控制，风扇和电源指示灯由S1-1（ac）和自锁触点1控制。当开机时：S1-1(ac)和S1-2(ac)处于接通状态；而S1-1(ab)处于断开状态。关机时：S1-1(ac)和S1-2(ac)处于断开状态；而S1-1(ab)处于接通状态。而自锁触点1和自锁触点2的通断由延时电路控制。3.1开机控制流程在正常开机时，打开电源开关S13.2关机控制流程关闭电源开关S1，3.3关机保护的实现当电源开关关断时，加热电路立即停止工作，此时降温风扇并不会立即停止，经过一段时间的延时工作，可将设备中的余热散发出去，经过几十秒的时间（可调）或由传感器检测控制风扇停止，整机电路恢复初始状态，起到保护作用。
4电路设计
在整个电路中，切换电路是重要的一个环节，是实现电路功能的主要部分。应此，就切换电路的设计进行详细的介绍。4.1切换电路设计4.1.1电路的构成4.1.2电路的工作原理开机时，打开电源开关S1，S1-2(ac)接通，KA1线圈通过KA2-1的常闭触点得电吸合，KA1-1常开点吸合，完成自锁，风扇得电工作，加热器通过S1-2(ac)得电工作。同时KA1-2也吸合，为电路功能转换预备。关机时，关闭电源开关S1,S1-1(ab)和S1-2(ab)接通。由上图3所示，可见加热器RJ断电，停止工作。但是由于KA1-1自锁，使得风扇继续工作。由于S1-1（ab）接通，通过吸合的KA1-2触点将电源送到延时控制电路，当延时电路达到设置时间点时，延时电路继电器KA2吸合，KA2-1断开，KA1线圈释放，KA1-1触点断开，则风扇和指示电路停止，KA1-2触点同时断开，电路失电复位，从而完成一个工作周期。4.2延时电路设计延时电路经典的有555时基电路，或直接使用时间继电器，考虑到本电路采用PCB安装，所以采用555时基电路比较适合。555电路与KA2组成了一个时间可调的定时器，用以满足关机后的风扇延时工作的要求。由于此电路比较常用，因此无需赘述。
5小结
篇5
关键词:电源网络噪声;电源完整性;IBIS 模型;同步切换电流的噪声;协同设计
A IBIS based Compensated Switching
Current Model Apply to DDR2/3 System
Po-Ming Tseng
(Faraday Technology, Design Development Dept.)
Abstract: The simulation of Power Integrity (PI) are the essential issue in the field of high speed I/O interface designs, and they require the complete models of whole power delivery network (PDN) to provide accurate behaviors and enable the prediction of supply noise introduced by the noise stimulus source in system. Moreover, the signal model, like IBIS model, is also an issue to simulate more accurate noise to the power delivery network. In this paper, we proposed new methodology to compensate the traditional IBIS model to achieve more realistic behaviors of SSN of DDR2/DDR33 System.
Keywords: PDN, IBIS, SSN, PI
1引言
在许多高速输入/输出接口( I/O Interface ) 中,如DDR2/DDR3,同步切换电流噪声(Simultaneous Switching Noise) 是一项重要的参数,特别是在所应用的电源电压(Supplied Voltage)越来越低的趋势下,更是如此。然而,电源传递系统(Power Delivery Network,PDN)模型的取得是一个复杂的模型化过程。标准的IBIS模型伴随着三维电磁场分布模型(3D EM Distribution Model) 的方式,是一个经常被使用且有效的模拟的方式,特别是针对DDR2/DDR3 等高速数据传输系统。标准的IBIS模型,可以用来仿真输入/输出缓冲( I/O Buffer )信号的真实行为,当信号过渡(Transition)时,IBIS 模型会产生瞬间的切换电流(Switching Current),而切换电流进入电源传递系统后,就会引发电源/接地噪声 (Power/GND Bounce),若电源/接地噪声过大,将会导致输入/输出缓冲无法正常运作或是过大的抖动(Jitter)[1]。
目前来说,一部分的同步切换电流,并无法在标准的IBIS 模型中完全被反应出来,这是由于标准的IBIS 模型并不能描述输出前级驱动(Pre-Driver) 的切换电流行为。同样地,IBIS 模型也不能描述和输入/输出端口中相关的内部芯片布局(Physical Layout)杂散效应。这些现象都会在模拟与量测之间产生一些误差,使得运用标准IBIS 模型仿真时,并不容易精准地预测电源/接地的噪声水平。 图1 说明运用IBIS模型仿真与量测数据在电源/接地噪声之间的差异。显然,IBIS 模型仍存在一些可以改善的空间,这也就是本文中所提出的改善方法,利用一个补偿式电流模型单元 (Compensated Current Model Unit ) 来补偿标准IBIS模型所产生的电源/接地切换电流的不足之处。
2离散时间之线性时变系统
离散线性时变系统(Discrete-Time Linear Time-Invariant System)中,输入信号与输出信号存在着线性时变的关联性。假若时域响应中,给一个激发源 x(n) 与一个和激发源连接的离散转移函数h(n),而产生一个反应 y(n),可表示为y(n) = h(n) * x(n) 其中 “*”是卷积运算符(Convolution Factor)。 假若 h(n) 可以透过某些程序得到,并且输出函数 y(n) 为可量测之已知的数值,输入信号 x(n) 可通过傅里叶函数,表示成以下数学式:
X(e■)=■x(n)e■
上述表示式代表x(n) 在离散频域中的行为响应,同理,(e■)的逆傅里叶函数( Inverse-FFT ) 可以表示为以下数学式:
x(n)=■■X(e■)e■dω
藉由X(e■)与 x(n)的转换,许多复杂的信号问题可以被简化,特别是在本文中所希望求取的芯片内部电源/接地电压与电流噪声的问题。
一般而言,电源传递网络(PDN) 多具有低通及线性时变的特性,而I(t) 与 V(t) 都是以电源传递网络为介质来传递电流与电压的时变波形。I(t) 与 V(t)取样后的表示式分别为 i(n) 与 v(n)。富利函数转换后的i(n) 可表示为富利函数转换后的v(n)除以富利函数转换后的 h(n),以 I(e■)=V(e■)/H(e■)来表示。此时,时域的I(t) 就可利用逆傅里叶函数转换(Inverse-FFT )后的I(e■)来求得。因此,如果 V(t) 可以由示波器的量测资料来取得,而电源传递网络频域离散可以由脉冲响应(Impulse Response )求得,那么,就很容易可以取得存储系统中的同步切换电流的电流模型。
3补偿式电流切换单元模型流程
为了强化标准IBIS 模型的精准度,我们提出了一个有效的流程(Flow)来获取标准IBIS模型中所遗失的同步切换电流部分,并且加以补偿,而上述的这些遗失的切换电流成分,主要是来自于前输出缓冲及内部线路之物理布局。本文中,所提出的方法,将会通过电源完整性分析,产生一个补偿式的电流单元后,再反馈输入原来的标准的IBIS模型。图2 简单地用一个图示来描述补偿式电流单元与原IBIS 模型之间的差异。为了达成上述目的,首先,需要一个外部的量测数据,以间接求得电路内部的真实瞬时切换电流,并利用电流差异补偿标准IBIS 模型中所产生的切换电流误差。接下来的部分,将逐一介绍理论与获取补偿式电流单元的过程。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
图3是本文所提出的一个流程,用以取得DDR2 /DDR3 之IBIS模型补偿式切换电流单元。首先,通过量测,从示波器取得电源/接地噪声的数据,并从时域(Time Domain)格式转换为频域格式,在Non-OS 的测试平台下,让存储控制器处理输出1 bit 的输入信号,并记录相关的时域噪声波形V(t) 如图4中的蓝色曲线。 接着利用傅里叶函数转换,将V(t) 转成包含振幅和相位的频域响应,如图5所示,为了取得较精准的频谱响应分布,过程中,可利用逆傅里叶(Inverse-FFT)函数,将频域数据再次转回时域资料后,如图4中的红色曲线,并与原来的V(t) 做比对,务必取得二者间最小之误差,以减小不同格式转换时的数值不确定性,在流程图中,这过程是以“Loop-A”来表示。
图6是电源传递网络的Z参数,其中包含输入阻抗( Z11) 与输出阻抗(Z22)。电源传递网络的建立,成分包含芯片内部电源/接地耦合电容、封装电源/接地平面、PCB电源/接地平面与PCB电源/接地耦合电容[2][3][4]。使用脉冲响应 (Impulse Response)的技巧,可以将电源传递网络的Z 参数转换为离散(Discrete Time)的格式,这种格式转换的目的是有利于后续数据的处理。
图3中,当V(e■)与H(e■)都成为已知后, I(e■)=V(e■)/H(e■)就可以被假设为内部同步切换电流的频域离散初始值。一般而言,电源传递网络多具有低通的特性,在电源/接地噪声V(t) 在卷积运算的过程(Convolution Calculation ),有些高频成分会被滤掉,因此造成求解之切换电流 I '(e■)将存在二组以上的存在解(Solution)。 因此,第一次电流转换结果,只能视为电流的初始值。利用优化的过程 (Optimization and Iterations),电源/接地噪声的频域解,可以被完整且精确的求得。 取得电源/接地噪声的频域解后,再利用逆傅里叶函数的技巧,就可以取得电源/接地噪声在时域上的最终解I(t)。 图7与 图8 中,“红色曲线” 是标准的IBIS 模型及其相关的电源传递网络所仿真的结果[5],而“蓝色曲线” 则是本文章所提供的方法所产生的电源/接地噪声电流。二曲线之间存在的差异即是我们希望补偿的电流。图8中,“绿色曲线” 即为希望补偿的电流值。
4验证结果
为了证明本文所提出的方法可以有效地强化标准IBIS模型对于电源/接地噪声的仿真预测能力,必须要执行还原模拟的实验。图9中,“蓝色曲线”代表独立的标准IBIS模型所仿真的噪声结果,“红色曲线”是示波器上量测曲线。而“绿色曲线” 则是IBIS 模型与补偿式的电流单元协同仿真(Co-Simulation)后的曲线。从三条曲线的结果可以明显地发现本文所提出的“补偿式切换电流单元”方法是有足够的精准度。因此,补偿式切换电流单元可以用来加强传统的IBIS 模型,特别是应用DDR2/DDR3 的系统层级协同设计(System Co-Design)。
5结论与展望
补偿式切换电流单元配合标准的IBIS模型,在协同仿真(Co-Simulation)后,可以增加同步切换电流对电源噪声的预测精准度。过程中,需要从PCB上量取动态的电压数据,再反推回芯片内部的切换噪声电流,进而求得补偿式切换电流单元。透过流程控制可以更有序地掌握相关的细节,未来可将流程程序化,以掌握更精准与效率的优化途径。除此之外,设法优化封装与电路板的电源网络阻抗以降低电源噪声,是对于DDR2/DDR3同步切换电流噪声最有效的抑制方法。而许多抑制切换电流噪声的技术也一直在相关的研究中进行,期待往更高速的传输速度前进时,能有效地减少同步切换电流噪声。
参考文献
[1] Dr. Broke JaMeres Kim,etc, “Characterization Methodology for High Fensity Microwave Fixtures” DesignCon2008,Jan. 2008.
[2] John Kane“Optimizing Power Delivery Performance through Chip-Package-Board Co-design” User Conference 2007, Taiwan
[3] Ralf Schmitt and Joong-Ho Kim,etc, “Analyzing the Impact of Simultaneous Switching Noise On System Margin in Gigabit Signal-Ended Memory Systems” DesignCon2008,Jan. 2008.
[4] Bernd Garben and Roland Frech, etc,“Frequency Dependencies of Power Noise” IEEE Transaction ON Advanced Packaging, VOL.25, No.2, MAY 2002.
[5] Kaladhar Radhakrishman, Yuan-Liang Li, etc , “ Integrated Modeling Methodology for Core and I/O Power Delivery” IEEE Electronic Component and Technology Conference, Jan. 2001.
作者简介
曾博民,设计发展部 协理 智原科技(上海)有限公司;
赖颍俊,设计发展部 经理 智原科技(上海)有限公司;
张哲玮,设计发展部 经理 智原科技(上海)有限公司;
篇6
关键词：EMC；设计流程；技术规范；测试
中图分类号： TN03 文献标识码：A
1 电子产品生产企业面临的困境和现状
在很多企业中，由于专业人才的缺失，并没有设置专门进行EMC设计的工作岗位。另外，在产品设计阶段，企业的研发流程中往往也没有专门针对产品的电磁兼容性进行评价的环节。对于EMC开发流程、设计要求，也没有明确的技术文件加以描述和要求。至于开发产品的电磁兼容性好坏，完全取决于个别开发工程师的相关技术水平和经验，不能在系统和流程上保证产品的质量。这样造成的后果是，相当一部分的电子产品在研发后期不能顺利地通过认证，影响产品的上市速度，或者由于生产出来的电子产品其EMC的一致性不能保证，在市场监督抽查时出现质量问题。这是企业在内部流程方面存在的缺陷。
2 EMC的设计流程和技术规范
2.1产品总体方案设计
在总体方案设计阶段，要对产品的总体规格进行EMC设计方面的考虑。主要内容有：产品销售目标市场，需要满足国家或地方制定的EMC标准、法规要求，客户要求的产品电磁兼容性以及潜在目标市场的EMC方面的标准和法规要求。基于目标市场或企业客户对产品EMC性能的要求，需要提出产品的EMC总体设计框图，并根据经验，制定产品EMC设计总体方案。总体方案的内容基本上包括：产品的结构如何设计，屏蔽如何设计，接地如何设计，滤波如何设计；新的国家或地区、或是新的客户，对于产品的EMC性能是否有新的要求；结合具体的测试要求，是否需要在产品设计阶段格外关注某一设计要点。
2.2产品详细方案设计
在产品详细方案设计阶段，产品的硬件实现方案已经确定，可以作为EMC设计的基础。我们可以依据产品的结构设计图和电路框图，提出产品总体的EMC设计方案，如：电源接口、信号接口、电缆选型和接口结构等关键部位的设计要求和方案。我们需要特别注意相关方面提出的、对于EMC方面的新要求，这些新的要求经常会使原有的设计有所改变。
2.3产品的原理图设计
从这个阶段开始，产品的EMC设计进入到关键阶段，原理图设计是关键阶段的第一个环节。在产品原理图设计阶段，需要进行的主要内容有：产品内部主芯片的滤波电路设计，晶振的滤波电路设计，时钟驱动电路的滤波电路设计，电源输入端的滤波电路设计，外接信号接口的滤波电路设计。在进行EMC设计时，由滤波和防护器件的选型开始，需要考虑电路板功能地和保护地属性的划分，滤波器件的位置和参数，单个电路板的接地位置等因素。
在这个阶段，我们经常会用到EMC设计检查表。检查表包含的内容，其基础和核心是产品在原理图设计阶段和PCB设计阶段，应遵循一整套的设计要求与规范，这些要求与规范应该是具体的和可操作的。检查表的内容应该得到不断丰富和完善，应该是随着产品的不断升级与更新换代，将研发工程师与EMC整改工程师的经验不断地融合和提炼后形成的。
在原理图设计阶段，检查表中涉及的核查内容举例如下：
a）电源部分
主要有：电源板输入端有没有预留Y电容；在变压器次级，各输出电压线路有没有预留滤波电感和滤波电容；电源输入端是否预留压敏电阻或稳压二极管。
b）主控制板
主要有：数据总线是否有匹配的电阻或排阻；晶振输出管脚是否有RC滤波电路；IC的电源管脚处是否有滤波电容；输出信号排线，在端子位置是否有磁珠或者电阻与电容组成滤波电路。
c）输入和输出口是否有电容—电感—电容（CLC）或电容—电阻—电容（CRC）滤波电路，信号线上是否有磁珠或者电阻；以太网口位置是否有防雷器。通过上述的核查，可以认为满足条件的原理图基本上符合EMC设计要求。
2.4产品的PCB设计
PCB设计是整个EMC设计流程中最为关键的一环，PCB设计的好坏与最终整机的EMC性能息息相关。在后续对整机采用问题解决法来整改时，PCB往往也是改动最多的地方。由此，可以看出PCB设计的重要程度。目前，随着研究的不断深入，关于PCB设计与整机EMC性能之间关系的著作和论述也多了起来。本文不对技术方面做过多解释，只着重从流程方面说明如何保证PCB设计符合EMC设计规范。
在PCB设计阶段，需要考虑采取何种层叠结构，建议对高速信号板尽量采用4层以上的多层板。多层板的中间至少有一个地层，这样可以保证为高速信号提供较小的回流路径，同时为晶振提供完整的镜像平面。在PCB设计阶段，需要格外注意PCB上关键器件的摆放，如晶振、主芯片、驱动电路和外接端子，这些器件的位置决定了时钟走线的方向和长度。如果这些器件走线不正确，那么就会使时钟走线弯曲或者过长，易造成比较大的辐射干扰或接收到外界的干扰电磁波。
PCB上“地”的划分，也对整机的EMC性能有很大的影响。对EMC来讲，建议将数字地、模拟地分开，信号地与电源地分开。在布置地线时，最核心的思想是借助地线或者地平面，利用耦合电容对高速时钟信号进行滤波或者提供尽可能短的回流路径，最大限度地减小可能的射频干扰。采取的措施有：在高速时钟线的两侧铺设地线，在主芯片和晶振的镜像位置保证完整的平面，地层和电源层尽量少走信号线等方法。
在PCB设计阶段，检查表中涉及的核查内容举例如下：
a）电源板
电源板次级是否有预留到地的固定螺丝锁合孔的位置。
b）主电路板
时钟线上如有过孔，则时钟的换层过孔附近是否有到地层的过孔存在；主芯片和存储芯片是否在PCB的同一层；数据总线的走线是否在同一平面上；电源线是否与数据线、时钟线有相邻的平行布线现象，如有平行，则应尽量使其走线满足3W原则（即走线间距的大小一般为2倍之线宽）；晶振外壳是否留有接地点，且晶振与芯片的回路应尽量小；电源层是否比地层内缩20H，H为电源层与地层之间的距离；PCB布线时，是否是地线宽度﹥电源线宽度﹥信号线宽度；不同的PCB之间，互联排线的端子是否在相邻的一方。
2.5产品结构试装（工程样机）阶段
在这个阶段，产品的工程样机已经做好。我们可以利用这个样机来验证产品的EMC性能。验证的主要方法是进行EMC测试。在测试之前，我们还需要进行一项工作，主要是对样机的结构进行检查。需要检查的内容有：不同PCB板之间的互联排线，其长度是否过长；PCB的接地点选择是否合理，接地电阻大小是否满足要求；屏蔽层是否接地。当然，这些内容也可以列入EMC设计检查表中，将来作为标准的核查事项。通常在这个阶段的检查当中，会发现一些结构和工艺设计方面存在缺陷，或者是内部电缆走线方面的错误。这些缺陷和错误需要采取措施尽可能地消除。
2.6确认或验证测试
在上述的设计检查完成后，需要对样机进行一次EMC方面的全项目测试，以便找出所有的潜在问题。因为即使使用目前先进的仿真设计软件，其结果也代替不了实际的测试。产品的EMC性能还是取决于实际的测试情况。经测试发现问题后，依据EMC三要素方法进行整改，寻找干扰源，切断传播途径，或者降低敏感设备的敏感度。整改的方法，大致可分为滤波、接地和屏蔽等措施，具体的技术细节不在本文中讨论。
结语
本文中介绍的电磁兼容设计开发流程，可以帮助企业从源头上解决电磁兼容问题，同时省去许多人力、物力和金钱成本。
参考文献
篇7
【关键词】地采；露采；供配电系统
1 中国铁矿资源情况
中国铁矿石的总储量虽然不小，但是整体品位低，富矿只有两个百分点左右，而且八成以上都是贫矿甚至极贫矿。前几年铁矿石价格高涨，给钢铁行业造成了不小的压力，而且不断涨价，给国家的经济发展也造成了不少影响，所以铁矿资源开发和利用迫在眉睫。但同时铁矿矿山企业作为经济实体，不可能不考虑成本和投资的平衡，在中国现有铁矿资源的情况下，只能朝着大型化发展，也就是说扩大规模，降低单位产品的成本。而且有些露天矿山，经过多年的开采，露天资源已经枯竭，只能继续往地下发展了。
2 铁矿矿山工程供配电负荷等级
依据GB 50052-2009，电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在对人身安全、经济损失上所造成的影响程度进行分级，具体分为如下负荷：一级负荷，二级负荷，三级负荷。一级负荷中又含有特别重要的负荷。
针对负荷等级的不同，供配电系统的要求也不同，具体如下：
一级负荷应由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏。
一级负荷别重要的负荷供电，还应符合下列要求：
1）除应由双重电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其他负荷介入应急供电系统；
2）设备的供电电源的切换时间，应满足设备允许中断供电的要求。
二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线供电[1]。
铁矿矿山工程，根据 GB 50052-2009[1]和GB 50070-2009[2]，一级负荷主要有如下负荷：
1）选矿流程：
a）焙烧回转窑及其配套冷却风机；
2）采矿流程：
a）井下有淹没危险环境矿井的主排水泵；
b）井下有爆炸或对人体健康有严重损害危险环境矿井的主通风机；
c）矿井经常升降人员的立井提升机；
d）有淹没环境露天矿采矿场的排水泵。
3 供配电系统的主接线
为了更方便的描述，将35kV、110kV统称为高压，6kV、10kV统称为中压。
根据露采和地采的不同特点，以及开拓方式的不同特点，供电负荷等级不相同，供配电主接线也有很多种方式。从电源数量来说，一般有单电源、双电源、三电源等等，本文仅讨论一级负荷或特别负荷的供电，故只讨论双电源和三电源。具有一级负荷铁矿矿山供配电系统的主接线主要有以下几种：
3.1 高压双电源桥型接线[3]
变压器相对来说故障率低，而且铁矿矿山工程不需要经常切换变压器，故铁矿矿山一般采用内桥接线。根据主变压器的设置台数，又可以分为双电源内桥+两台变压器以及双电源内桥扩大+三台变压器两种。前面已经叙述，中国铁矿品位低，为了提高经济性，只能扩大规模，负荷相应也很大，但对于中压断路器来说，额定电流一般最大只有3150A规格，那么变压器一般只做到50MVA，而对于有些特大型铁矿矿山，计算负荷超过50MVA，为了能够在检修变压器等情况下矿山能够继续正常运行，故采用三台主变压器。中压采用双电源单母线分段或者三电源单母线分段。
3.2 高压双电源单母线分段
对于有些项目，直接35kV高压电缆进线，高低压侧都采用单母线分段，设置高压配电室和中压配电室室，有些铁矿矿山项目是综合项目，不仅选铁还选钛等，场地分散，高压和中压设置配电室，可以更灵活，以适应相对分散的场地布置。各段母线分开运行，但一段母线故障的情况下，另外一段母线可以承担所有负荷。
3.3 中压双电源单母线分段
对于有些项目，业主负责实施总降压站，然后送电至铁矿矿山工程配套的中压配电室。中压配电室采用单母线分段。各段母线分开运行，但一段母线故障的情况下，另外一段母线可以承担所有负荷。
3.4 中压双电源单母线一工一备
一级负荷基本为一工一备模式下或者一级负荷为单流程设备下采用。中压双电源进线，单母线，工作模式为一工一备，可以减少投资，而且可靠性也能满足负荷等级要求。
3.5 中压三电源单母线分段
设置三台主变压器的情况，或者项目设置了两台主变压器，再从附近取得第三回电源。
作为一级负荷的备用电源或者作为项目的局部备用电源。一般这类情况下，正常工作的两段母线分开运行相互备用，但是第三段母线只是作为局部备用电源或者一级负荷的备用电源，并不能作为项目的备用电源，如果工作的两段母线均故障的情况下，矿山正常的生产是受影响的。
3.6 双电源单母线分段+柴油发电机组
虽然有双电源，但是两回电源独立性不强或者电源的容量不够，为了给一级负荷供电，加入柴油发电机组。
4 主要一级负荷和个别负荷的供电设计
4.1 回转窑供电
回转窑辅助传动电机如果供电中断，会给设备带来重要影响和损坏，而且维护时间也比较长，所以我们定义回转窑辅助传动电机为一级负荷中的重要负荷，所以在满足中压双电源供电的前提下还设置柴油发电机组。中压不同母线段馈出一回电源给一台变压器，每台变压器馈出一回低压电源给一台双电源切换开关，自投手复，双电源切换开关出口经过一台断路器接至重要负荷母线段。
重要母线段接至柴油发电机组的并机柜，当检测到双电源转换开关出口断路器QF下失电，延时5S启动柴油发电机组，并且切断双电源转换开关出口断路器QF，防止市电和柴油发电机组并列运行。当然，重要负荷母线段，还接有其他负荷，比如冷却风机，消防泵等等。
4.2 露天采场供电
采场供电主要给采场工作的设备，比如废石移动破碎机，矿石移动破碎剂，钻机，破碎机，以及排水泵等等。如果采场纵深不大，可以设置环形架空线供电网；如果采场纵深大，设置两回架空线（共杆或者不共杆）供电，然后设置环网柜，两个电源进入一个电源馈出，这样可以更好的满足采场生产要求。
4.3 废石和矿石运输开拓系统供电
废石或矿石运输开拓系统，一般为单流程设备，外部供电采用双回不共杆架空线。
如果有高压设备，采用双电源进线一工一备；如果没有高压设备，可以采用环网柜供电，两个电源进入一个电源馈出给变压器。
4.4 副井提升系统供电
副井提升主要作为人员，废石和辅助材料等提升之用，按照规范要求，属于一级负荷，必须双重电源供电。副井提升的供电可以由具有双电源进线的中压配电室馈出一路中压电源给副井提升系统，也可以由具有双电源进线的中压配电室不同母线段馈出两回电源给副井提升系统，副井提升系统设置双电源切换。载人提升系统供电中断，会造成困在提升机和滞留在井下人员的恐慌，所以新规范将载人提升机负荷等级提高了。对于某些供电条件不够的矿山，如果没有双重电源，那么必须设置柴油发电机组，作为载人提升机的备用电源。
4.5 井下排水泵
有淹井危险的井下排水泵，是要按照一级负荷供电的。如果淹井，井下设施恢复时间很长，不仅影响生产，还会对设备造成损坏，更有可能造成滞留井下人员的恐慌，甚至淹死。
井下排水泵一般根据几种涌水情况来设置：一般涌水，最大涌水，极限涌水。设计时一定要考虑好极限容量，要不然极限情况下电源不满足排水泵运行要求。对于某些供电条件不够的矿山，如果没有双重电源，那么必须设置柴油发电机组。根据开拓方案的不同和排水泵电压等级的不同，选择合适的柴油发电机组的电压等级。这里面又分几种情况：
A.没有载人提升机
排水泵电压等级为低压，可以直接在地面设置低压柴油发电机组，然后下井。
排水泵电压等级为中压，可以采用低压柴油发电机组+升压变压器或者直接采用中压柴油发电机组。一般说来，低压柴油发电机组+升压变压器投资相比节省，但是增加了故障点，而且由于引入了变压器，增加了系统的阻抗，对排水泵的启动不利。到底选择那种模式，需要根据系统和设备的具体参数进行技术经济综合比较。
B.有载人提升机且不需要和排水泵整体考虑柴油发电机组
这个和A方案一致，根据系统和设备的具体参数进行技术经济综合比较。
C.有载人提升机且需要和排水泵整体考虑柴油发电机组
载人提升机一般为中压供电。
如前所述，可以采用两种方案：低压柴油发电机组+升压变压器或者直接采用中压柴油发电机组。
还有一点需要引起重视的是，如果排水泵电压等级为低压，排水泵数量比较多，而且极限情况下工作台数多，负荷容量比较大，这个时候需要选择两台变压器（可以提高可靠性，减小单台变压器的容量），因为受运输通道的限制以及传统做法，井下的变压器不会做得特别大，相比于变压器，排水泵的功率是比较大的，这个时候就要考虑软启动了。
排水泵是非常适合软启动的，但是必须要考虑直接启动和软启动的转换，刚开始，负荷较小。直接启动排水泵，更快的投入排水，随着负荷的增加，再直接启动排水泵，系统可能承受不了，这个时候软启动排水泵，但是需要设置相对较高的启动电流，这样可以减少启动时间，具体如何设置，需要根据工程实际参数来确定。
4.6 通风风机
铁矿矿山和煤矿矿山不同，没有瓦斯以及有毒气体，所以负荷等级不是一级负荷。
但是通风风机需要设计正转和反转，以满足送风和抽风的要求；而且有些风机是对旋风机。
一台风机配备两个电机，电机启动和运行需要同步。
4.7 牵引变电所
牵引系统的供电中断本身不会造成设备的损坏以及人员的伤亡，但是会造成生产的中断。
矿石废石运输会有问题，所以牵引变电所宜设置两台变压器（来自于不同母线段）或中压单母线分段，整流器一般备用一台。
5 结束语
现在中国的铁矿矿山工程越来越大型化，工程负荷容量也越来越大，供配电系统的主接线也越来越复杂，采用何种主接线形式，需要和业主以及当地供电部门反复交流，并做详细的技术经济评价。至于一级负荷，需要严格遵守国家规范，双重电源供电甚至柴油发电机组作为备用电源。至于有些非一级负荷，从生产的连续性以及性价比综合考虑，来确定是否提高供电等级。
【参考文献】
[1]GB 50052-2009 供配电系统设计规范[S].
篇8
[关健词]PCB 设计流程 设计输出 网表输入
一个优秀的电子工程师不但要求在原理设计要完美，在电路板设计时也要求完美。原理上再完美，在设计上有缺陷，一样是前功尽弃，更严重的是电路根本不能工作，还有可能烧坏电路板。在设计中，我总结了一下PCB的一些细节和需要注意的地方，希望大家参考。原理图设计是前期准备工作，经常见到初学者为了省事直接就去画PCB板了，这样将得不偿失，对简单的板子，如果熟练流程，不妨可以跳过。但是对于初学者一定要按流程来，这样一方面可以养成良好的习惯，另一方面对复杂的电路也只有这样才能避免出错。 在画原理图时，层次设计时要注意各个文件最后要连接为一个整体，这同样对以后的工作有重要意义。由于，软件的差别有些软件会出现看似相连实际未连（电气性能上）的情况。如果不用相关检测工具检测，万一出了问题，等板子做好了才发现就晚了。因此一再强调按顺序来做的重要性，希望引起大家的注意。PCB的设计流程主要分为网表输入、布局、布线、检查、复查、输出六个步骤。
一、网表输入
网表输入有两种方法，一种是使用powerlogic的ole powerpcb connection功能，选择send netlist，应用ole功能，可以随时保持原理图和pcb图的一致，尽量减少出错的可能。另一种方法是直接在powerpcb中装载网表，选择file->import，将原理图生成的网表输入进来。有时候会因为误操作或疏忽造成所画的板子的网络关系与原理图不同，这时检察核对是很有必要的。所以画完以后切不可急于交给制版厂家，应该先做核对，后再进行后续工作。
二、布局
如果在原理图设计阶段就已经把pcb的设计规则设置好的话，就不用再进行设置这些规则了，因为输入网表时，设计规则已随网表输入进powerpcb了。如果修改了设计规则，必须同步原理图，保证原理图和pcb的一致。除了设计规则和层定义外，还有一些规则需要设置， pcb设计规则、层定义、过孔设置、cam输出设置已经作成缺省启动文件，名称为default.stp，网表输入进来以后，按照设计的实际情况，把电源网络和地分配给电源层和地层，并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好以后，在powerlogic中，使用ole powerpcb connection的rules from pcb功能，更新原理图中的规则设置，保证原理图和pcb图的规则一致。网表输入以后，所有的元器件都会放在工作区的零点，重叠在一起，下一步的工作就是把这些元器件分开，按照一些规则摆放整齐，即元器件布局。powerpcb提供了两种方法，手工布局和自动布局。手工布局应应注意：（1）先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接件之类，这些器件放置好后用软件的LOCK功能将其锁定，使之以后不会被误移动。再放置线路上的特殊元件和大的元器件，如发热元件、变压器、IC等，最后放置小器件。（2）元件布局还要特别注意散热问题。对于大功率电路，应该将那些发热元件如功率管、变压器等尽量靠边分散布局放置，便于热量散发，不要集中在一个地方，也不要高电容太近以免使电解液过早老化。尽可能缩短高频元器件之间的连线设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰易受干扰的元器件不能相互挨得太近输入和输出元件应尽量远离。（3）重量超过15g的元器件应当用支架加以固定然后焊接那些又大又重发热量多的元器件不宜装在印制板上而应装在整机的机箱底板上且应考虑散热问题热敏元件应远离发热元件。（4）对于电位器可调电感线圈可变电容器微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求，若是机内调节应放在印制板上方便于调节的地方，若是机外调节其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。
三、布线
布线是很重要的一环，总结下认为应该注意：（1）两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合；作为电路的输人及输出用的印制导线应尽量避免相邻平行，以免发生回授，在这些导线之间最好加接地线。（2）走线拐角尽可能大于90度，杜绝90度以下的拐角，也尽量少用90度拐角，尽量走在焊接面，特别是通孔工艺的PCB尽量少用过孔、跳线。（3）器件和走线不能太靠边放，一般的单面板多为纸质板，受力后容易断裂，如果在边缘连线或放元器件就会受到影响（4）电源线设计根据印制线路板电流的大小尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻，尤其要注意使电源线地线中的供电方向与数据信号的传递方向相反，即从末级向前级推进的供电方式，这样有助于增强抗噪声能力。（5）对模拟电路来说处理地的问题是很重要的，地上产生的噪声往往不便预料，可是一旦产生将会带来极大的麻烦，应该未雨绸缎。对于功放电路，极微小的地噪声都会因为后级的放大对音质产生明显的影响；在高精度A／D转换电路中，如果地线上有高频分量存在将会产生一定的温漂，影响放大器的工作。这时可以在板子的4角加退藕电容，一脚和板子上的地连，一脚连到安装孔上去（通过螺钉和机壳连），这样可将此分量虑去，放大器及AD也就稳定了。（6）对一些重要信号，如INTELHUB架构中的HUBLink，一共13根，频率可达233MHZ，要求必须严格等长，以消除时滞造成的隐患，这时，蛇形走线是唯一的解决办法。（7）完成布线后，要做的就是对文字、个别元件、走线做些调整以及敷铜（这项工作不宜太早，否则会影响速度，又给布线带来麻烦），同样是为了便于进行生产、调试、维修。
四、检查
检查的项目有间距（clearance）、连接性（connectivity）、高速规则（high speed）和电源层（plane），这些项目可以选择tools->verify design进行。如果设置了高速规则，必须检查，否则可以跳过这一项。检查出错误，必须修改布局和布线。On-line选卡：主要用于绘制PCB图过程中随时进行规则检查。另外设置完成后，单击RunDRC按钮，即生成设计规则检查报告。注意：有些错误可以忽略，例如有些接插件的outline的一部分放在了板框外，检查间距时会出错；另外每次修改过走线和过孔之后，都要重新覆铜一次。
五、复查
复查根据“pcb检查表”，内容包括设计规则，层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置；还要重点复查器件布局的合理性，电源、地线网络的走线，高速时钟网络的走线与屏蔽，去耦电容的摆放和连接等。复查不合格，设计者要修改布局和布线，合格之后，复查者和设计者分别签字。
六、设计输出
篇9
关键字：单片机；报警；系统；信号
中图分类号，TP368.1 文献标志码：B 文章编号：1006-8228(2011)09-25-02
0 引言
随着经济的发展，人们对防盗、防劫、防火保安设备的需求量大大增加，对偷盗、抢劫、火灾、煤气泄漏等事故进行监测和报警系统的要求也愈来愈高。对于这种情况及电话网络覆盖面越来越广的趋势，我们采用单片机控制技术，将MCS51单片机、ISD2560集成语音芯片、HTl621液晶显示驱动芯片及集成电路组成的双音多频拨号电路等有机地结合在一起，研制成一种实用、成本低廉的智能防盗报警器。该报警器能与电话网络组成自动寻呼报警系统，当任一被监测点有事故发生时，该点的传感器将信号送入该系统，系统将自动通过电话网络向警讯中心或用户寻呼，对所指定的机构或人员发出警情信号。
1 硬件设计
1.1系统总体设计
防盗报警系统是由红外收发电路、振荡复位电路、电源模块、电话报警、报警电路和显示模块等构成。系统总体设计见图1。
当主人不在家时有人闯入，则报警器通过红外感应，将感应到的信息传入单片机内部，在单片机控制下系统将发出声光报警来威慑入侵者，同时自动拨打预先存好的电话号码，以便我们采取防盗措施避免财产损失。
1.2震荡电路
时钟的选择对于系统功耗相当敏感。单就时钟方案来讲，使用外部晶振且不使用锁相环是功率消耗最小的一种。MCS-Sl内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为新片引脚XTALl，输出端为引脚XTAL。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。
1.3复位电路
MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位电路接RST复位输出口。当振荡器工作时，RST引脚出现两个周期以上的高电平使机器复位。
1.4电源设计
由于本设计不需要高功率电源，所以采用三端稳压器足以满足要求。用lm78／lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的元件极少，符合低功耗设计的要求。电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。电路设计见图2。
LM7812主要用途：适用于各种电源稳压电路。主要特点：输出稳定性好，使用方便，输出过流、过热自动保护。LM7812的外形图与LM7805区别不大，最大电流也为1.5A，但是输出电压最多只能达24V。使用LM7805和LM7812能使电源稳压。
1.5报警电路
为使设计简便同时发出的音效逼真，音频信号发生器采用集成的语音电路；为了使报警的音量足够大，在音频信号发生器后面又增加了一级功率放大器。LM386是款不错的音频功放电路，其工作电压为5～18V，功率为1.25W,频率响应的上限为300kHz,增益可达50dB，而且电路简单，易于设计，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,符合低功耗需要。
1.6ISD2560集成语音芯片
P／R录放音控制端在高电平时，为放音状态，低电平时为录音状态；P3.5、P3.7端用于录放音时的启停控制，通常与P／R端配合使用；P3.4端为每段信息结束信号输出端，该信号为负向信号，时间为12.5ms，其上升沿标志信息结束。一般情况下，可将单片机的PI口、P3.4和P3.5与ISD2560的地址线相连，用以设置语音段的起始地址。P3.0～P3.3用以控制录放音状态。P3.7为扩展录音键，可供录音时使用。电路设计如图3所示。
1.7HS0038B红外接收头
HS0038B是一个一体化红外接收芯片，它集光电转换、解调和放大于一体，只需少量外接元件就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作。HS0038平时输出为高电平，当有遥控信号输入时，其输出为高低电平脉冲，故接收时一个码由一个低电平后跟一个高电平构成。利用不同长短高低电平的组合，可构成不同的码。其电路图可见图4。
1.8电话报警模块
DTMF信号收发芯片MT8880以其功能强、功耗低、工作稳定、可靠等优点在须同时具备DTMF信号接收和发送功能的系统中倍受人们青睐。我们利用单片机的YO口与芯片MT8880的接口信号线(包括RAV，CS，CP，RS0共4根)直接连接并模拟产生芯片MT8880的各个接口信号，完成DTMF信号的收发以及对通信线路中各种信号音的识别等功能。电路设计见图5。
2 程序流程图
2.1总程序流程图
篇10
消防设备供电与控制的设计中，主要设计到以下的几个常用规范：
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95（2001年版）
《建筑设计防火规范》GBJ16-87（2001年版）
《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98
消防设备供电与控制流程上的合理性是保证消防设备在发生火灾时，其功能的正常发挥的重要保证；是将火灾损失减小到最小程度比较有效的方法。因此，对消防设备的供电和工艺控制流程进行讨论是非常必要的。
2．消防设备的供电
2.1.消防设备的供电负荷等级：
根据《民用建筑电气设计规范》、《建筑设计防火规范》、《高层建筑设计防火规范》等规范的规定，消防用电的负荷等级与建筑物中供电负荷的最高等级相同。
一类建筑的消防用电按一级负荷供电，二类建筑的消防用电按二级负荷供电，除此而外的建筑采用三级负荷供电。
火灾事故照明和疏散照明指示标志在外部电源不能保证时，可采用蓄电池作为备用电源，但连续供电时间不应少于20分钟。
火灾自动报警系统应设有主电源和直流备用电源。主电源应采用消防电源，备用电源宜采用火灾报警系统控制器的专用蓄电池或集中设置的蓄电池。在设CTR显示器、通信设备等时，宜由UPS装置供电。
2.2.消防电气的供电线路
消防用电设备应采用单独的回路供电，并当发生火灾切断生产、生活用电时，应仍能保证消防用电，其配电设备应有明显的标志。建筑物内不设配电柜室，消防电源应单独接引，单独配线穿管；室内设配电柜室，消防电源可从配电柜单独专线配出。
一、二级负荷供电的消防电源线路，应采用双源双回路供电，并在线路末端设置双电源自切自投装置，两个供电线路不能穿同一钢管、线槽、电缆桥架。
消防电源线路若采用普通电线电缆时，必须穿穿管暗敷设在非燃烧结构体内，明敷设时，必须穿金属管并采取防火保护措施。在电缆沟、电缆桥架内敷设时，应采用阻燃型电线电缆。
随着社会经济的发展和进步，电线电缆绝缘层着火发出的要害气体逐渐为人们所重视，因此，电线电缆的低烟无卤要求逐渐提上日程，对于地铁车站等人员密集的场合，电线电缆必须要求低烟无卤，对于地上建筑至少应保证低卤低烟。
3．常见的消防电气设施
在民用建筑中，常见消防电气设施主要有以下集中：
3.1.消火栓及其消防泵
这是最常规的消防电气设施，设置于大多数可以使用水消防的场合，主要用于火灾时灭火。该系统一般采用手动触发。
3.2.自喷消防泵
设置于可以使用水消防且面积较大、人流较密的场合，如高层、大型商场等，主要用于火灾时大面积的灭火。该系统一般采用压力开关进行触发。
3.3.防火卷帘门及电动防火门
主要设置于高层建筑、空间面积比较大的商场等，主要用图是放火、防烟，缩小火灾事故范围，防止火灾的蔓延。该系统一般采用安装于卷帘两侧的探测器触发。
3.4.正压送风机
发生火灾时，向火灾层输送正压新鲜空气，一方面为火灾层的人员提供足够逃生的氧气，以免因空气中氧气缺少而窒息，另一方面阻止因烟囱效应使火灾向上层蔓延。该系统一般由火灾报警联动控制器触发。
3.5.排烟风机
火灾扑灭后，排出火灾层的烟雾和有害气体，保持火灾救护人员能够呼吸到足够的新鲜空气。该系统一般由火灾报警联动控制器触发。
3.6.消防电梯
火灾发生时，帮助人们从火灾发生层快速逃生至底层，离开发生火灾的建筑物。
3.7.火灾自动报警系统
利用火灾早期的一些现象，如各种烟雾、火光等信息，及时反映火灾信息，做到先期预防，讲火灾发生的可能消灭在萌芽状态，最大限度的减少火灾损失。该系统一般由探测器、控制器、消防设备执行机构和相关的控制线路组成。
3.8.气体消防系统
该系统集火灾探测、气体灭火为一体，主要适用于一些不便用水消防的含有贵重设备的场合。该系统一般自成体系，它包含必要的火灾探测和相应的执行机构，在保护区域发生火灾时，自动释放灭火气体。该系统由保护区域内配套的火灾探测器进行触发。
3.9.消防广播和声光报警器
该系统主要用于发生火灾时，组织和疏导人员疏散和快速撤离，该系统触发由消防控制中心(消防值班室)完成。
3.10火灾应急照明
该系统用于发生停电事故时(包括火灾事故)，帮助人员逃生与疏散。
