您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
最新產(chǎn)品
暫無信息 |
便攜式電子吊鉤秤儀表設(shè)計有哪些要求
便攜式電子吊鉤秤顧名思義是一款使用攜帶為便攜的電子秤,。隨著大家對電子吊鉤秤的不斷需求，使用環(huán)境或者稱量產(chǎn)品的不同,，大家對電子吊鉤秤的功能樣式自然有所不同,。因此電子吊鉤秤繁衍今，功能樣式才多種多樣。電子吊鉤秤小編要和大家分享的內(nèi)容是本篇關(guān)于便攜式電子吊鉤秤儀表設(shè)計有哪些要求的文章,，讓大家對電子吊鉤秤有個更熟悉的認(rèn)知哦。
便攜式電子吊鉤秤儀表設(shè)計要求：
一,、低功耗設(shè)計
便攜式電子吊鉤秤一般采取電池供電方式,。使用者當(dāng)然不希望經(jīng)常性的充電或更換電池，所以待機(jī)時間的長短往往是使用者考慮的一個重要因素,。這要求設(shè)計者采取方法來降低功耗,。
1.1選擇低功耗的元器件
隨著集成電路工藝的發(fā)展，集成電路的電源電壓已呈下降趨勢,。運(yùn)算放大器,、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字器件均采用CMOS工藝。微功耗IC的工作電流已經(jīng)降到幾μA～幾十μA,，一種帶基準(zhǔn)電壓源的電壓比較器MAX918,，工作電流需0.8μA，這使得功耗顯著降低,。作者根據(jù)自己的設(shè)計經(jīng)驗(yàn),，提出以下幾點(diǎn)建議：
由于低的電源電壓有助于降低功耗，近年來,，3.3V的低電壓CMOS器件已經(jīng)在設(shè)計中被應(yīng)用,，2.5V供電的芯片也出現(xiàn)在較新的便攜式儀器中,。將來芯片的電源電壓甚還繼續(xù)下降到0.9V。
MCU(微控制器)和MPU(微處理器)往往是系統(tǒng)中消耗功率zui多的元件,，盡量選擇RISC芯片,，因?yàn)樾酒凸牡挠涗洿蠖嗍怯蒖ISC芯片創(chuàng)造的。
單電源供電可電源使用效率,，在設(shè)計中盡量采取單電源供電的芯片,，特別是運(yùn)放。
顯示元件可采用LCD(液晶)顯示器,，盡量不用根據(jù)不同的工作狀態(tài)可以關(guān)閉一部分電路,，特別是對大電流器件。早期有關(guān)閉功能控制的主要是電源IC,，現(xiàn)逐步發(fā)展到運(yùn)算放大器,、比較器、A/D轉(zhuǎn)換器等器件,。在關(guān)閉狀態(tài)下,，IC不工作，耗電在零點(diǎn)幾微安到幾微安之間,。當(dāng)電路不可避免的使用大電流器件時,，如紅外發(fā)射器、無線通訊發(fā)射器件等,，應(yīng)設(shè)計使大電流的電路單元在需要其工作的短時間內(nèi)工作,，其余時間使其處于斷電狀態(tài)。設(shè)計這種電路時需考慮電路的工作響應(yīng)時間,。
降低系統(tǒng)的時鐘頻率,。數(shù)字芯片的功耗與時鐘頻率有關(guān)，在權(quán)衡運(yùn)行速度后,，采用較低的時鐘頻率可以降低電流消耗,。以PIC16C71低功耗單片機(jī)為例，當(dāng)供電電壓為5V,，時鐘頻率為4 MHz時,，功耗約為10 MW;在相同的供電電壓下，把時鐘頻率降到32 kHz時,，功耗約為0.15MW,。功耗明顯減少。
供電系統(tǒng)的設(shè)計是低功耗設(shè)計的重要方面,。當(dāng)一個系統(tǒng)采用電池供電時,，設(shè)計人員必須考慮zui大電流消耗、工作電壓范圍,、尺寸和重量約束,、工作溫度范圍以及工作頻率等因素,。類型電池的工作電壓互不相同，鋰電池為3.0V,，而鎳-鎘電池則可提供30A的電流,。設(shè)計人員選擇電池時必須考慮每種類型電池的特征。電源芯片需考慮采用,、體積小的芯片,。
在設(shè)計階段應(yīng)該對功能和功耗進(jìn)行評估。一般說來,，更多功能必然意味著更大的硬件規(guī)模,、更大的功率消耗，有一些可有可無的功能應(yīng)盡量縮減,。
1.3優(yōu)化軟件設(shè)計,，利用睡眠方式
在大部分便攜式電子吊鉤秤內(nèi)部有MCU，MCU節(jié)省內(nèi)部功耗的*方法是進(jìn)入睡眠狀態(tài),。在睡眠狀態(tài)下,，MCU的振蕩器被關(guān)閉，這可使它只消耗小的電流,，典型值為幾微安數(shù)量級,。可利用監(jiān)視定時器或外部中斷將MCU從睡眠狀態(tài)喚醒,。如動態(tài)心電圖儀,，由于人的心跳相對于MCU的時鐘是很緩慢的，可以利用定時器中斷,，定時的將MCU喚醒，處理完成后再次進(jìn)入休眠,，這樣可以大大降低功耗,。
二、干擾設(shè)計
人體置身于充滿電磁場的空間,，恰如一個天線接收器,，人體上感應(yīng)有頻率的電壓，很有可能干擾便攜式電子吊鉤秤,。而且便攜式電子吊鉤秤可能工作在環(huán)境下,，特別是一些針對工業(yè)用的儀表要面對電磁環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，這時外界的干擾更大了,。
形成干擾的基本要素有3個：干擾源,、傳播路徑和干擾耦合器件。干擾源是產(chǎn)生干擾的元件,、設(shè)備或信號,，比如雷電,、電機(jī)、高頻時鐘等,。傳播路徑是指從干擾源到干擾耦合器件的通路和媒質(zhì),。干擾耦合器件指被干擾的對象，每個IC和傳感器都有可能被干擾,。對便攜式儀器而言,，因?yàn)槠渌幬恢玫牟还潭ㄐ裕獠扛蓴_源是不可選擇的,，所以只能從降低內(nèi)部干擾,、干擾傳播途徑上做文章。
一般電路設(shè)計中的幾個干擾原則依然是要遵循的,。如合理分布元件,，強(qiáng)弱信號及數(shù)字、模擬信號分塊布;盡量避免90°折線,，布線器支持圓弧線的盡量用圓弧線;數(shù)字地與模擬地分離,，并zui后接于電源地;用地線將數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)隔離;布線時盡量減少回路環(huán)的面積，電源線和地線要盡量粗,，采用多層板設(shè)計,，一層電源一層地，以降低噪聲的耦合;對電源低頻濾波,，電路板上每個IC電源輸入端并聯(lián)一個0.01μF～0.1μF的高頻濾波電容;對于芯片閑置的管腳,，盡量不要懸空;單片機(jī)系統(tǒng)使用電源監(jiān)控和看門狗電路;高頻器件盡可能放在電路板邊緣;盡可能降低時鐘頻率等等。
但是也有些傳統(tǒng)的干擾措施不可能應(yīng)用于便攜式電子吊鉤秤,。比如對付高頻輻射干擾zui的法是在外殼加屏蔽罩,，這種措施一方面增加了體積和重量，另一方面對于有些需要與外界接觸的儀器是不適用的,。替代的方法是在外殼噴涂導(dǎo)電材料,。再如，如果受板上空間的限制,，不能將輸入的模擬信號濾波,，則必須用軟件濾波。
多數(shù)的連接元件與電纜相連,，這樣為EMI(電磁干擾)充當(dāng)了不想要的天線,。因此設(shè)計時應(yīng)保持連接元件與高頻信號源(如時鐘信號)盡量。同樣易受干擾的電路,，如復(fù)位或中斷,，也盡量離高頻信號源，并加大電容濾波。當(dāng)板上沒有足夠的空間時,，寧可將連接元件固定在外殼上,。
三、ESD
嚴(yán)格的說,，ESD也是干擾設(shè)計的一部分,，但是鑒于ESD長期以來都沒有引起設(shè)計人員足夠的重視，以及便攜器件受到靜電放電(ESD)損壞的可能性大,，現(xiàn)將它單闡述,。兩種不導(dǎo)電材料的接觸與分離都引起電子的轉(zhuǎn)移，因而在各物體上產(chǎn)生額外的電荷,。當(dāng)積累的靜態(tài)電荷向另一個電位較低(相對地)的物體放電時,，放電量的大小和放電持續(xù)時間取決于充電材料的類型和周圍的環(huán)境等多種因素。的便攜電子器件,，從zui基本的到zui復(fù)雜的,，都容易受到ESD的損壞。
一個值得信賴的操作員即使在正常的設(shè)備操作中也可能攜帶有危害的電荷,。過,，ESD常常是根據(jù)需要事后補(bǔ)充到電路設(shè)計中。然而,，由于半導(dǎo)體越來越復(fù)雜,，亞微米工藝和細(xì)小的線寬對瞬態(tài)過壓的影響也越明顯，一些zui敏感的元件可能被低20V的ESD電壓損壞,，過所采用的傳統(tǒng)方法,，如火花放電器、齊納二管,、RC網(wǎng)絡(luò)和箝位二管已經(jīng)不再適用,，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生假象，甚干擾電路的正常操作,。而且,，歐共體的EN61000等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為電子產(chǎn)品均設(shè)定了嚴(yán)格的ESD要求。顯然,，一個良好的系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該在電路設(shè)計的zui初階段考慮ESD對便攜器件的威脅。
有幾種瞬態(tài)裝置可供選擇,，zui常用的如瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二管,。但選擇時仍應(yīng)謹(jǐn)慎。如果器件選擇不當(dāng),，不能發(fā)揮作用,，而且還干擾電路的正常工作。為了抑制便攜系統(tǒng)的瞬態(tài)過程，裝置必須具有以下特性：
·快的響應(yīng)時間;
·低的箝位電壓和操作電壓
·能夠處理高峰值ESD電流
·能承受ESD的重復(fù)作用而不受破壞
·尺寸小;
·反向漏電流小,。
PCB布線是瞬態(tài)設(shè)計的一個重要部分,，尤其是便攜系統(tǒng)設(shè)計。通路中的寄生電感產(chǎn)生電壓尖峰,，并可能超過被IC的損壞門限值,。這在ESD或EFT(電瞬變脈沖群)這樣的瞬變中尤其嚴(yán)重。電感負(fù)載上的電壓與電流的時間變化率成正比,。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn),，ESD所產(chǎn)生的瞬變可以在1 ns內(nèi)達(dá)到峰值。假設(shè)每英寸布線的電感是20 NH,，且布線長為0.25英寸,，則電壓尖峰將是一個電壓為50 V、電流為10 A的脈沖,。必須考慮的電感通路,，包括地線回路、TVS(與被線之間的通路)以及連接器到TVS器件之間的通路,。TVS器件應(yīng)盡可能靠近連接器,，以減少對附近布線的瞬態(tài)耦合。輻射還影響電路板的其它區(qū)域,，即便與連接器之間沒有直接的通路,。zui后，應(yīng)避免在電路板邊緣或靠近被布線的地方布置重要的信號線,。
在外殼設(shè)計上,，外殼開口和內(nèi)部電路之間應(yīng)留有足夠長的放電距離，盡量使電路敏感部分離開口,。對于塑料外殼的產(chǎn)品,，其中的PCB還應(yīng)避免與開口附近的殼體相接觸，因?yàn)镋SD可使電弧沿塑料表面接入PCB,。
四,、減小體積尺寸
所述都是著重于方面的考慮，對于便攜式儀器而言,，體積和重量也是使用者很關(guān)注的方面,。為了減少體積需要考慮以下幾個方面的問題。
盡量使用貼片元件,。目前外生產(chǎn)的電子產(chǎn)品約90%采用貼片式元器件(SMD),，采用表面組裝(SMT)進(jìn)行裝配，而便攜式電子產(chǎn)品則是采用貼片式元器件,。采用貼片式集成電路組成的電子產(chǎn)品可以兩面貼裝,，不是尺寸小,，并且有更好的高頻。
選擇功能集成的IC,。進(jìn)一步縮小IC的封裝尺寸是有困難的,，但是可以選擇將幾個相關(guān)的集成電路做在同一塊硅片上的IC。比如MICROCHIP公的PIC單片機(jī)把MPU,、A/D轉(zhuǎn)換器和脈寬調(diào)制等功能做到一塊,，利用它完可以形成一個立單片系統(tǒng)。數(shù)字可編程器件如CPLD,、FPGA等把以前的大量門電路集中在一塊芯片上?，F(xiàn)在更是出現(xiàn)了一種新的可編程SOC器件，其中集成了可編程模擬電路,。這使得芯片的活性大大,，SOC時代越來越近了。選擇功能集成的芯片對于儀器的低功耗設(shè)計也是很有好處的,。
在布布線時,，在干擾性的條件下，盡量把元器件往一起擠,，布線不通時盡量考慮增加線路板的層數(shù),，而不是擴(kuò)大面積。另外與一般儀器不同,，為了的利用寸空間,，便攜式電子吊鉤秤的線路板在設(shè)計時應(yīng)該與外殼設(shè)計人員進(jìn)行溝通，在電路特性允許的情況下,，布布線和線路板形狀等都盡可能的兼顧外殼設(shè)計,。
五、結(jié)束語
便攜式電子吊鉤秤雖然大多小巧玲瓏,，但要考慮的問題也包括了方方面面的內(nèi)容,。除了上述這些有著普遍意義的注意點(diǎn)之外，在進(jìn)行設(shè)計便攜式電子吊鉤秤時還需要結(jié)合不同的用途,、特性和使用場合,，發(fā)現(xiàn)特定研發(fā)對象的個性的注意點(diǎn)。另外各個注意點(diǎn)之間可能是矛盾的,，在不可兼顧的時候,，要善于找到問題的關(guān)鍵點(diǎn)，作出正確的取舍,，從而設(shè)計出穩(wěn)定,、結(jié)構(gòu)合理的便攜式電子吊鉤秤，人們的生產(chǎn)生活,。
通過內(nèi)容的了解，相信大家對便攜式電子吊鉤秤儀表設(shè)計有哪些要求已經(jīng)清楚了。本文由上海恒剛儀器儀表有限公電子吊鉤秤小編整理提供,，感謝大家的支持,。閱讀過本文的用戶還讀過：