寄生蟲卵電子殺滅方法研究課件

班級：測控技術(shù)與儀器授課：滕召勝第七章智能儀器設(shè)計方法本章內(nèi)容：智能儀器的低功耗設(shè)計智能儀器的抗干擾設(shè)計智能儀器的維修性設(shè)計智能儀器的可靠性設(shè)計智能儀器的工業(yè)設(shè)計1智能儀器的低功耗設(shè)計智能儀器的低功耗設(shè)計可以：提高儀器的可靠性，降低儀器干擾降低儀器功耗，延長儀器壽命減少能耗，利于環(huán)保減少儀器產(chǎn)生的干擾減少生產(chǎn)與使用成本1.1智能儀器的低功耗設(shè)計的意義1.2智能儀器低功耗設(shè)計原則

選用低功耗傳感器

簡化儀器功能

設(shè)計低功耗電路采用低功耗器件單電源、低電壓供電合理選用電池硬件方法

（1）降低電源電壓，壓縮電路動態(tài)范圍，降低功耗。例如LM324的單電源電壓工作范圍為5～30V

電源電壓為

5V時，功耗約為

15mW；電源電壓為

10V時，功耗約為

90mW；電源電壓為

15V時，功耗約為

220mW。

1.3智能儀器低功耗設(shè)計技術(shù)

低電壓供電還可以降低計算機(jī)的電流消耗。以Micrichip公司生產(chǎn)的PIC16C71低功耗單片機(jī)為例，其單電源電壓工作范圍為3～6V，在時鐘頻率4.0MHz下：

當(dāng)電源電壓為

3V時，功耗約為

3mW；當(dāng)電源電壓為

6V時，功耗約為

12mW。

（2）控制大電流器件的工作時間

有的電路設(shè)計不可避免地必須使用大電流器件時，這種情況下，應(yīng)采用軟件控制方式，設(shè)置開關(guān)電路，使大電流的電路單元僅僅在需要其工作的短時間內(nèi)工作，其余時間處于斷電狀態(tài)。這種電路設(shè)計時需要考慮電路的工作響應(yīng)時間。

（3）降低計算機(jī)的時鐘頻率

權(quán)衡計算機(jī)的運(yùn)算速度后，選用較低的時鐘頻率可以降低電流消耗。例如，PIC16C71有4種振蕩方式：標(biāo)準(zhǔn)晶體/陶瓷振蕩器XT、高速晶體/陶瓷振蕩器HS（4MHz以上）、低頻低功耗振蕩LP（32kHz）和低成本阻容振蕩RC。當(dāng)供電電壓為5V時：

時鐘頻率為

4MHz，功耗約為

10mW；時鐘頻率為

32kHz，功耗約為

0.15mW。

軟件方法

（1）睡眠方式

使用計算機(jī)睡眠方式可以減少計算機(jī)的工作時間，從而降低功耗。智能儀器在不進(jìn)行測量采樣和數(shù)據(jù)處理時，可讓單片機(jī)執(zhí)行一條“SLEEP”指令，進(jìn)入低功耗模式，此后看門狗定時器（WDT）被清零，重新開始計數(shù)，所有I/O口保持原來的狀態(tài)，振蕩停止，此時單片機(jī)系統(tǒng)的功耗極低。當(dāng)有中斷命令時，計算機(jī)即被“喚醒”，使智能儀器進(jìn)入工作狀態(tài)。什么是看門狗（WatchdogTimer，WDT）？單片機(jī)在工作時，都會或多或少的受到各種干擾，可能會使單片機(jī)系統(tǒng)的存儲器、寄存器發(fā)生狀態(tài)改變，而使其上存儲的數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯誤。其中以程序計數(shù)器PC的情況最為嚴(yán)重，因為PC每個時鐘周期都要被激活一次（或順序計數(shù)或改變整個計數(shù)值使程序發(fā)生跳轉(zhuǎn)），受干擾的幾率多于任何一個寄存器。干擾的結(jié)果通常會導(dǎo)致程序執(zhí)行的錯誤。而程序的錯誤往往會使執(zhí)行的時間變長。

看門狗是一個可控定時器（軟件的，硬件的；單片機(jī)自帶的，外部的)，它的作用是在不受控制的情況下，每隔一段時間就給單片機(jī)一個作用信號（高、低電平），使單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位或中斷。像一只狗一樣幫你看好系統(tǒng)。

而使用看門狗的單片機(jī)系統(tǒng)，通常要在程序的一定位置加入控制看門狗的指令。這樣，在程序正常執(zhí)行時，每隔一段時間（不超過看門狗的定時時間），都會去“關(guān)照”看門狗，使看門狗不產(chǎn)生作用信號。

程序不正常執(zhí)行時，看門狗在規(guī)定的時間內(nèi)得不到程序的“關(guān)照”，就會在定時時間到的時候產(chǎn)生信號，使單片機(jī)復(fù)位或中斷，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的錯誤處理程序，繼而恢復(fù)正常的程序執(zhí)行

（1）硬件看門狗。就是一個能發(fā)出“復(fù)位”信號的計數(shù)器或定時器電路。

（2）軟件看門狗。就是通常所說的軟件陷井。在程序存儲器的空余地址中全部填上1條跳轉(zhuǎn)指令，一旦程序跑飛，只要程序指針指向這些地址，便立即被強(qiáng)行跳轉(zhuǎn)至程序開頭或其他指定地址處，從而使程序繼續(xù)正常運(yùn)行。

（2）完善軟件設(shè)計

1）減少A/D轉(zhuǎn)換工作時間；

2）盡量采用中斷或DMA采樣方式；

3）簡化程序設(shè)計，減少程序執(zhí)行時間。2智能儀器的抗干擾設(shè)計2.1干擾因素

對于智能儀器，干擾主要有：（1）空間輻射干擾；（2）儀器信號通道的干擾；（3）外接電源和儀器電源的干擾；（4）儀器內(nèi)部數(shù)字電路引起的干擾。2.2干擾因素空間輻射干擾空間輻射干擾是通過空間以電磁波形式傳播的電磁干擾。主要有：地球大氣放電，如雷電；宇宙干擾，如太陽無線電輻射；地球大氣輻射；水蒸汽、雨雪、灰砂、煙塵作用的靜電放電等自然干擾；高壓輸電線、內(nèi)燃機(jī)、熒光燈、電焊機(jī)等電氣設(shè)備產(chǎn)生的放電干擾。電荷如果靜止，則為靜電。

當(dāng)電荷向某一方向移動時，便發(fā)生了靜電放電，產(chǎn)生了電流，電流周圍便產(chǎn)生了磁場。如果電流的方向和大小持續(xù)不斷變化，就產(chǎn)生了電磁波。

電以各種狀態(tài)存在，把這些所有狀態(tài)統(tǒng)稱為電磁。空間輻射干擾的特點：

空間輻射源產(chǎn)生的輻射波頻率范圍廣，且無規(guī)律。譬如雷電干擾，其頻率從幾kHz

到幾百M(fèi)Hz

或更高頻域。GB9175-88電磁波的波段劃分：

100kHz~300kHz：長波或地波，主要沿地球表面繞射傳播；300kHz~3MHz：中波，沿地球表面繞射或經(jīng)電離層反射傳播；3MHz~30MHz：短波或天波，主要由電離層反射傳播，其次沿地球表面繞射傳播；30MHz~300MHz：超短波，主要是自由空間作直線式傳播，其次是電離層反射傳播和繞射傳播；300MHz~300GHz：微波，在自由空間作直線式傳播，沒有其他形式的傳播。空間輻射干擾的傳播途徑：

以電磁感應(yīng)的方式通過智能儀器的殼體、導(dǎo)線、敏感探頭等形成接收電路，造成對儀器系統(tǒng)的干擾。信號通道干擾

信號通道干擾主要有：（1）共模干擾：各種信號電流通過儀器電源內(nèi)阻和公共地線阻抗，都會產(chǎn)生干擾電壓，形成共模干擾；數(shù)字電路1數(shù)字電路2模擬電路1模擬電路2I2I1Z1Z2

（2）靜電耦合干擾：電路之間的寄生電容使智能儀器內(nèi)某一電路信號的變化影響其它電路，形成靜電耦合干擾。只要電路中有尖峰信號和脈沖信號等頻譜高的信號存在，就有靜電耦合干擾存在。因此，智能儀器的計算機(jī)部分和高頻信號模擬電路是產(chǎn)生靜電耦合干擾的直接根源。

（3）傳導(dǎo)耦合干擾：傳導(dǎo)耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過金屬導(dǎo)線或集總元件（如電容器、變壓器等）耦合至接受載體。脈沖信號在傳輸過程中易出現(xiàn)延時、變形并接收干擾信號，形成傳導(dǎo)耦合干擾。小知識：集總元件如果實際電路元件或部件的外形尺寸遠(yuǎn)比通過它的電磁波信號的波長小得多，可以忽略不計，這種元件和部件稱為集總元件。由集總元件構(gòu)成的電路模型，稱集總電路。電源干擾

（1）外接電源干擾

智能儀器如果采用工業(yè)用電網(wǎng)絡(luò)供電，工業(yè)系統(tǒng)中的某些大設(shè)備的啟動、停機(jī)等，可能引起電源過壓、欠壓、浪涌、下陷及產(chǎn)生尖峰干擾，通過電源內(nèi)阻耦合到智能儀器的電路。

（2）儀器電源干擾

智能儀器如果采用開關(guān)電源，電源電路也會產(chǎn)生干擾信號。數(shù)字電路引起的干擾

數(shù)字集成電路邏輯門引出的直流電流雖然只有mA級，但當(dāng)電路處在高速開關(guān)時，就會形成較大的干擾。

若門工作時電流5mA，截止?fàn)顟B(tài)下為1mA，在5ns（毫微秒）的時間內(nèi)其電流變化為4mA。如果在配電線上具有0.5μH的電感，當(dāng)門電路改變狀態(tài)時，配電線上產(chǎn)生的噪聲電壓為0.4V。2.3干擾信號的區(qū)分

干擾源不同，干擾信號的頻域不同，產(chǎn)生干擾的方式不同：高電壓小電流產(chǎn)生的干擾主要是電場干擾；低電壓大電流產(chǎn)生的干擾主要是磁場干擾；當(dāng)電壓或電流的頻率較高時，產(chǎn)生輻射電磁場，電場干擾和磁場干擾都必須考慮。2.4智能儀器抗干擾設(shè)計方法干擾的形成包括三個要素：干擾源、傳播途徑和接受載體。三個要素缺少任何一項，干擾都不會產(chǎn)生。1）干擾源產(chǎn)生干擾信號的設(shè)備被稱作干擾源，如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機(jī)、無繩電話和高壓電線等都可以產(chǎn)生空中電磁信號。雷電、太陽和宇宙射線也是干擾源。2）傳播途徑傳播途徑是指干擾信號的傳播路徑。電磁信號可在空中直線傳播，并具有穿透性地傳播——輻射；電磁信號也可借助導(dǎo)線傳入設(shè)備的傳播——傳導(dǎo)。傳播途徑是干擾擴(kuò)散、干擾無時不在、無處不在的主要原因。3）接受載體接受載體是指受影響的設(shè)備的某個環(huán)節(jié)吸收了干擾信號，并轉(zhuǎn)化為對系統(tǒng)造成影響的電氣參數(shù)。接受載體的接受過程即耦合。如前所述，耦合分為兩類：輻射耦合、傳導(dǎo)耦合。輻射耦合指電磁干擾能量通過空間以電磁場形式耦合至接受載體。傳導(dǎo)耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過金屬導(dǎo)線或集總元件（如電容器、變壓器等）耦合至接受載體。接受載體若不能感應(yīng)干擾信號或弱化了干擾信號使其不被干擾影響，就提高了抗干擾的能力。2.4智能儀器抗干擾設(shè)計方法硬件抗干擾設(shè)計措施：

屏蔽

隔離與耦合布線抗干擾設(shè)計接地軟件抗干擾設(shè)計

數(shù)字濾波睡眠與看門狗指令冗余、標(biāo)志判斷電磁干擾（ElectromagneticInterference，EMI）包括傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。傳導(dǎo)干擾通過導(dǎo)電介質(zhì)把一個電網(wǎng)絡(luò)上的信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡(luò)。輻射干擾是干擾源通過空間把其信號耦合（干擾）到另一個電網(wǎng)絡(luò)。在高速PCB及系統(tǒng)設(shè)計中，高頻信號線、集成電路的引腳、各類接插件等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發(fā)射電磁波并影響其他系統(tǒng)或本系統(tǒng)內(nèi)其他子系統(tǒng)的正常工作。屏蔽就是利用屏蔽體阻止或減少電磁能量的傳播。屏蔽體是為了阻止或減小電磁能傳輸而對裝置進(jìn)行封閉或遮蔽的一種阻擋層，它可以是導(dǎo)電的、導(dǎo)磁的、介質(zhì)的或帶有非金屬吸收填料的。屏蔽屏蔽前的場強(qiáng)E1屏蔽后的場強(qiáng)E2屏蔽作用的大小用屏蔽效能度量:SE=20lg(E1/E2)

（dB）屏蔽體屏蔽效能與場強(qiáng)衰減的關(guān)系屏蔽效能越高，每增加20dB的難度越大。民用設(shè)備的機(jī)箱一般僅需要40dB左右的屏蔽效能，而軍用設(shè)備的機(jī)箱一般需要60dB以上的屏蔽效能。屏蔽前場強(qiáng)屏蔽后的場強(qiáng)衰減量屏蔽效能(dB)10.10.92010.010.994010.0010.9996010.00010.99998010.000010.9999910010.0000010.999999120電屏蔽具有空腔的金屬導(dǎo)體在靜電平衡狀態(tài)下，不僅導(dǎo)體內(nèi)部場強(qiáng)為零，且腔內(nèi)場強(qiáng)也為零，因而置于腔內(nèi)的物體不受外界電場的影響，這種作用叫靜電屏蔽。導(dǎo)體不接地導(dǎo)體接地靜電屏蔽的一般方法是在電容耦合通道上插入一個接地的金屬屏蔽導(dǎo)體。由于金屬屏蔽導(dǎo)體接地，其中的干擾電壓為零，從而隔斷了電場干擾的原來耦合通道。C1sC1GC2GV1Vs磁屏蔽載流導(dǎo)體或線圈周圍都會產(chǎn)生磁場，如果電流是隨時間變化的，則磁場也隨時間變化，這變化的磁場會對其他元件或電路造成干擾；磁場屏蔽，主要依賴高導(dǎo)磁率材料所具有的小磁阻起磁分路作用。高導(dǎo)磁率材料的磁旁路效果H0H1R0RsH0RsR0H1SE=1+R0/RS磁屏蔽材料的頻率特性151015波莫合金金屬鎳鋼冷軋鋼

0.01

0.1

1.0

10

100kHzr103電磁屏蔽電磁屏蔽是對于高頻電磁場的屏蔽電磁波在通過金屬材料或?qū)﹄姶挪ㄓ兴p作用的阻擋層時，會受到一定程度的衰減，起到電磁屏蔽的作用。趨膚深度電磁屏蔽與靜電屏蔽電磁屏蔽指的是對電磁波的屏蔽，而靜電屏蔽指的是對靜電場的屏蔽。靜電屏蔽要求屏蔽體必須接地。影響屏蔽體電磁屏蔽效能的不是屏蔽體接地與否，而是屏蔽體導(dǎo)電連續(xù)性。破壞屏蔽體的導(dǎo)電連續(xù)性的因素有屏蔽體上不同部分的接縫、開口等。電磁屏蔽對屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。智能儀器屏蔽體的一些實際問題智能儀器機(jī)箱上有許多泄漏源：不同部分結(jié)合處的縫隙、通風(fēng)口、顯示窗、按鍵、指示燈、電纜線、電源線……通風(fēng)口顯示窗鍵盤指示燈電纜插座調(diào)節(jié)旋鈕電源線縫隙縫隙的泄漏低頻起主要作用高頻起主要作用縫隙處理電磁密封襯墊縫隙電磁密封襯墊材料金屬絲網(wǎng)襯墊(帶橡膠芯的和空心的)導(dǎo)電橡膠(不同導(dǎo)電填充物的)指形簧片(不同表面涂覆層的)螺旋管襯墊(不銹鋼的和鍍錫鈹銅的)導(dǎo)電布指形簧片螺旋管電磁密封襯墊屏蔽要點靜電屏蔽應(yīng)具有兩個基本要點：完善的屏蔽體、良好的接地。電磁屏蔽不但要求有良好的接地，而且要求屏蔽體具有良好的導(dǎo)電連續(xù)性，對屏蔽體的導(dǎo)電性要求要比靜電屏蔽高得多。實際屏蔽中，電磁屏蔽效能更大程度上依賴于機(jī)箱的結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)電的連續(xù)性。機(jī)箱上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源。穿過機(jī)箱的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。屏蔽要點解決機(jī)箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導(dǎo)電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導(dǎo)電連續(xù)性。常見的電磁密封襯墊有導(dǎo)電橡膠、雙重導(dǎo)電橡膠、金屬編織網(wǎng)套、螺旋管襯墊、定向金屬導(dǎo)電橡膠等。電磁屏蔽材料的種類：導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電布、導(dǎo)電泡棉、導(dǎo)電布膠帶、鈹青銅指形簧片、金屬網(wǎng)絲屏蔽條、金屬導(dǎo)電屏蔽膠帶、導(dǎo)電涂料、微波吸收材料。隔離與耦合儀器的的單片機(jī)與數(shù)字電路、脈沖電路、開關(guān)電路的接口，可用數(shù)字式光電隔離器進(jìn)行隔離，以切斷公共阻抗環(huán)路，避免長線感應(yīng)和共模干擾。較長的信號傳輸線可采用屏蔽與光電耦合配合使用的方法。前級放大和后續(xù)放大電路之間可采用光電耦合進(jìn)行隔離。發(fā)送接收RLVGVS光耦器件Cp不共地電路板布線抗干擾（1）走線原則

為防止長線傳輸中的竄擾，采用交叉走線。長線傳送時，功率線、載流線和信號線分開，電位線和脈沖線分開。在傳送0~50mV小信號時，尤其注意。電力電纜最好用屏蔽電纜，單獨走線，且與信號線不能平行，更不能將電力線與信號線裝在同一電纜中。（2）元器件空余輸入端的處理把空余的輸入端與使用輸入端并聯(lián)。這種方法簡單易行，但增加了前級電路的輸出負(fù)擔(dān)。把空余的輸入端通過一個電阻接高電平。這種方法適用于慢速、多干擾的場合。把空余的輸入端懸空，用一反相器接地。這種方法適用于要求嚴(yán)格的場合，但多用了一個組件。（3）數(shù)字電路的去干擾

每個數(shù)字集成塊的電源端，都要裝設(shè)高頻去耦電容（一般為0.01~0.02μF）。這些電容應(yīng)充分靠近集成塊。每塊印刷板上的電源引進(jìn)端（輸入端）應(yīng)加10～100μF的去耦電容。直流配電線的引出端應(yīng)盡量作成低阻抗傳輸線。（4）其他抗干擾措施

印制電路板要合理區(qū)分。通?？煞秩齾^(qū)：模擬電路區(qū)(怕干擾)，數(shù)字電路區(qū)(怕干擾、又產(chǎn)生干擾)，功率驅(qū)動區(qū)（干擾源）。印刷板按單點接電源、單點接地原則送電。三個區(qū)域的電源線、地線由該點分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些。時鐘振蕩電路、特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來。讓周圍電場趨近于零。I/O驅(qū)動器件、功率放大器件盡量靠近印刷板的外邊，靠近引出接插件。能用低速的就不用高速的，高速器件只用在關(guān)鍵的地方。使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時鐘，時鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該時鐘的器件。石英晶體振蕩器外殼要接地，時鐘線要盡量短，且不要引得到處都是。使用45°的折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻信號的發(fā)射。單面板、雙面板，電源線、地線要盡量的粗。信號線的過孔要盡量少。4層板比雙面板噪聲低20dB。6層板比4層板噪聲低10dB。經(jīng)濟(jì)條件允許時盡量用多層板。關(guān)鍵的線盡量短并要盡量粗，并在兩邊加上保護(hù)地。將敏感信號和噪聲場帶信號通過一條扁帶電纜引出的話，要用地線-信號-地線......的方式引出。石英振蕩器下面、噪聲敏感器件下面要加大地的面積而不應(yīng)該走其它信號線。任何信號線都不要形成環(huán)路，如不可避免，環(huán)路應(yīng)盡量小。時鐘線垂直于I/O線比平行于I/O線干擾小，時鐘線要遠(yuǎn)離I/O線。對A/D類器件，數(shù)字部分與模擬部分寧可繞一下也不要交叉。噪聲敏感線不要與高速線、大電流線平行。單片機(jī)及其它IC電路，如有多個電源、地端，每端都要加一個去耦電容。單片機(jī)不用的I/O端口要定義成輸出。每個集成電路要加一個去耦電容，要選高頻信號好的獨石電容或瓷片電容作去耦電容。去耦電容焊在印制電路板上時，引腳要盡量短。從高噪聲區(qū)來的信號要加濾波。繼電器線圈處要加放電二極管。可以用串一個電阻的辦法來軟化I/O線的跳變沿或提供一定的阻尼。用大容量的鉭電容或聚脂電容而不用電解電容作電路充電的儲能電容。因為電解電容分布電感較大，對高頻無效。使用電解電容時要與高特性好的去耦電容成對使用。需要時，電源線、地線上可加用銅線繞制鐵氧體而成的高頻扼流器件阻斷高頻噪聲的傳導(dǎo)。弱信號引出線、高頻、大功率引出電纜要加屏蔽。引出線與地線要絞起來。印刷板過大，或信號線頻率過高，使得線上的延遲時間大于等于信號上升時間時，該線要按傳輸線處理，要加終端匹配電阻。盡量不要使用IC插座，把IC直接焊在印刷板上，IC插座的引腳間有較大的分布電容。接地（1）接地目的

消除儀器各電路電流經(jīng)一公共地線阻抗時所產(chǎn)生的噪聲電壓；避免磁場和地電位差的影響，不使其形成地環(huán)路；避免噪聲耦合。地球是導(dǎo)體，體積非常大，其靜電容量也非常大，電位比較恒定，它的電位可以作為基準(zhǔn)電位，即零電位。（2）接地分類

保護(hù)接地：保護(hù)接地是為了避免工作人員因設(shè)備的絕緣損壞、或下降時遭受觸電危險和保證系統(tǒng)安全而采取的安全措施。工作接地：工作接地是為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，防止地環(huán)路引起干擾而采取的防干擾措施。

接地阻值應(yīng)小于10Ω，最好在4～5Ω之內(nèi)。地線電位示意圖2mV200mV2mV~10mV10mV~20mV20mV~100mV100mV~200mV（3）接地要求一點接地和多點接地：低頻電路中，元件間的電感影響不大，接地電路形成的環(huán)路干擾影響大，應(yīng)以一點作為接地點。高頻電路中，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時各地線之間又產(chǎn)生電感耦合，容易形成干擾，應(yīng)多點接地。在超高頻時，地線長度應(yīng)小于25mm，且地線鍍銀。頻率在1MHz以下，可用一點接地；高于10MHz時，應(yīng)多點接地。在1～10MHz之間，如用一點接地，其地線長度不得超過波長的1/20。否則，應(yīng)采用多點接地。單點接地串聯(lián)單點接地優(yōu)點：簡單缺點：公共阻抗耦合并聯(lián)單點接地優(yōu)點：無公共阻抗耦合缺點：接地線過多123I1I2I3ABC123I1I2I3ABCR1R2R3串聯(lián)單點、并聯(lián)單點混合接地模擬電路1模擬電路2模擬電路3數(shù)字邏輯控制電路數(shù)字信息處理電路繼電器驅(qū)動電路馬達(dá)驅(qū)動電路線路板上的地線噪聲模擬數(shù)字多點接地R1R2R3L1L2L3電路1電路2電路3混合接地~Vs地電流Rs~Vs安全接地Rs安全接地地環(huán)路電流交流地與信號地：交流地和信號地不能共用。

浮地：浮地就是將儀器與大地浮置起來，即浮空。儀器與地的絕緣電阻不能小于50MΩ。數(shù)字地：印刷板中的數(shù)字地線應(yīng)做成網(wǎng)狀，其他布線不要形成環(huán)路，特別是環(huán)繞外周的環(huán)路。印刷板中的條狀線不要長距離平行。屏蔽地：電場屏蔽解決分布電容問題，接大地；電磁場屏蔽主要避免雷達(dá)、短波電臺等高頻電磁場輻射干擾，屏蔽材料要利用低阻金屬材料，最好接大地；磁路屏蔽以封閉式結(jié)構(gòu)為妥，并且接大地；

高增益放大電路最好用金屬罩屏蔽起來。放大電路的寄生電容會使放大電路的輸出端到輸入端產(chǎn)生反饋通路，易使放大電路產(chǎn)生振蕩。將屏蔽體接到放大電路的公共端，將寄生電容短路防止反饋，避免放大電路的振蕩。

若電路有一個不接地的信號源和一個接地的（即使不是接大地）放大電路相連，輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大電路的公共端。相反，若接地的信號源與不接地的放大器連接，即使信號源接的不是大地，放大電路的輸入端也應(yīng)接到信號源的公共端。（4）接地方法

接地方法主要有埋設(shè)銅板法、接地棒法、網(wǎng)狀接地法和水管接地法。

1）埋設(shè)銅板法

把面積約為1m2，厚為1～2mm的銅板埋在地下1m深處。銅板和導(dǎo)線連接處可以用焊接的方法，也可以在銅板一邊剪開10mm左右寬的邊條（但不切斷），拉出地面作為引線。在銅板上下放上木碳，吸水，以減少接地電阻。埋好填土?xí)r，要使銅板正上方地面稍凹一些，這樣可以保持雨水，使土質(zhì)保持潮濕狀態(tài)。2）接地棒法

簡單的接地用長30～40cm的一頭尖的金屬棒。除了臨時作用外，一般不用這種地線。若要長期使用，則用立桿施工方法，鉆一個10～30m、直徑約6cm的坑洞，將接地導(dǎo)體埋入。由于接地棒和導(dǎo)線的接地部分會受雨露等的影響而氧化腐蝕，所以要求采取防腐措施，例如在鋁上涂以阿酪?。╝lodine）導(dǎo)電漆或酪酸鹽等。對長期使用的接地導(dǎo)體來說，防腐處理是非常重要的。3）網(wǎng)狀地線法

將許多段直徑為2mm的裸銅線，埋在挖掘成輻射狀的溝道中，并且把每根線的一端集束在一起（焊接）作為接地電極。這種方法需要相當(dāng)大的地方，而且施工量大。地溝約為1m深。這種接地方法適用于較為重要的智能系統(tǒng)。4）利用給水排水管道作為地線

這種方法簡便易行，而且接地電阻也小。但由于在接地線上時有電流流過，因此易引起電化腐蝕。有的水管不全是金屬材料，而使用硬乙烯樹脂管接頭，這種水管就不能作為地線使用。3智能儀器的維修性設(shè)計3.1維修性設(shè)計的定義維修性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時，保持或恢復(fù)到其規(guī)定狀態(tài)的能力。維修性指的是產(chǎn)品維修的難易程度，它是產(chǎn)品的一種質(zhì)量特性，是產(chǎn)品設(shè)計所賦予的一種固有屬性。

3.2維修性設(shè)計的必要性

維修性設(shè)計具有巨大的經(jīng)濟(jì)價值

據(jù)美國儀器儀表行業(yè)統(tǒng)計，維修性設(shè)計的投入與產(chǎn)品的后期效益比約為150，即投入1美圓的改進(jìn)維修性設(shè)計費(fèi)用，可以取得50美圓的間接效益。維修性設(shè)計是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，失效后的智能儀器必須具有便于維修，并能恢復(fù)產(chǎn)品性能的能力，即具有良好的維修性。

智能儀器維修性設(shè)計的任務(wù)是，一旦儀器發(fā)生故障，能盡可能地維修好，最好在出現(xiàn)故障前就能夠預(yù)先發(fā)現(xiàn)故障隱患，通過預(yù)防維修消除隱患，從而提高儀器的可靠性。維修性設(shè)計是工作效率的重要保證

智能儀器的正常與否，直接關(guān)系到使用單位和使用人員的工作效率。為保證用戶的工作效率，智能儀器必須工作可靠，在發(fā)生故障后維修簡便，能很快恢復(fù)正常工作狀態(tài)。維修性設(shè)計是保障儀器維修性的關(guān)鍵

智能儀器的設(shè)計一旦完成，其固有維修性便確定下來，生產(chǎn)、管理和售后服務(wù)都只能起保障作用。因此，智能儀器的維修性設(shè)計重點應(yīng)放在儀器的設(shè)計階段，遵循預(yù)防為主、早期投入的原則，完善設(shè)計方案，改進(jìn)、消除元器件、電路、材料、工藝的隱患與薄弱環(huán)節(jié)，保證和提高智能儀器的固有可靠性和維修性。3.3智能儀器維修性設(shè)計原則

（1）通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計原則

通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計有利于提高產(chǎn)品的互換性，降低產(chǎn)品成本，簡化生產(chǎn)工藝，便于維修過程中的拆、拼、換、裝，提高產(chǎn)品的維修速度和維修質(zhì)量。（2）簡化電路設(shè)計原則

簡化設(shè)計有利于智能儀器維修過程中的檢查、分析、判斷和故障排除。簡化電路設(shè)計，盡量用軟件實現(xiàn)儀器功能，可以大大降低智能儀器的生產(chǎn)成本，有效地提高儀器的可靠性，減少失效。（3）維修可達(dá)性設(shè)計原則

所謂維修可達(dá)性，是指產(chǎn)品維修時，能夠迅速方便地達(dá)到維修部位的特性。進(jìn)行巧妙、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使智能儀器檢查、裝拆方便，維修迅速。因此，維修可達(dá)性設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮的內(nèi)容。（4）易損件的易換性設(shè)計原則

儀器中有一部分零部件（如電池、保險管等）屬于易損件，需要經(jīng)常代換。在儀器設(shè)計時，易損件應(yīng)設(shè)法采用機(jī)殼外設(shè)加蓋窗口的安裝方法，使易損件在代換時不必打開儀器機(jī)殼，更換方便。（5）貴重件的可修復(fù)性設(shè)計原則

儀器的關(guān)鍵零部件、貴重零部件如傳感器、信號傳輸線、電路板等，具有其特殊性，使用失效后不易找到通用件或標(biāo)準(zhǔn)件代換。關(guān)鍵、貴重零部件應(yīng)具有可修復(fù)性，失效后可調(diào)整、修復(fù)至正常狀態(tài)，以便降低儀器的維修費(fèi)用，減少維修時間，提高維修效率。（6）測試性設(shè)計原則

智能儀器的測試性是指儀器能夠及時而準(zhǔn)確地確定其工作狀態(tài)，并隔離其內(nèi)部故障的一種設(shè)計特性。測試性設(shè)計有利于維修過程中故障檢診斷，提高維修效率，為改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計提供依據(jù)。（7）其他設(shè)計原則

低功耗設(shè)計有利于延長電池供電時間，延長元器件的使用壽命，提高儀器的可靠性。電路設(shè)計充分考慮溫度、濕度等環(huán)境因素影響，保證一定的工作裕量和可靠性裕量，有利于提高儀器的維修性。選擇性能穩(wěn)定、可靠性高、技術(shù)成熟、采購方便、供貨周期短的零部件和元器件，是提高儀器維修性的重要原則。3.4智能儀器維修性設(shè)計方法

（1）硬件維修性設(shè)計方法

合理選用元器件設(shè)置儀器故障自檢功能預(yù)留測試點采用組合部件給出預(yù)防維修提示增加儀器的自校功能（2）軟件維修性設(shè)計方法

智能儀器的程序存在彈飛、進(jìn)入死循環(huán)、死機(jī)等故障現(xiàn)象，其可靠性設(shè)計是保證儀器可靠工作的重要內(nèi)容。智能儀器可采用睡眠方式、看門狗定時器、標(biāo)志設(shè)置等方法，提高軟件運(yùn)行的可靠性。對于無法運(yùn)行的軟件故障，一般采用更換程序存儲器件的方法排除。智能儀器中的程序存儲器件宜采用插座安裝，以便取拔、更換。（3）簡單故障用戶排除指南

智能儀器的使用說明書中，可列出儀器可能出現(xiàn)的簡單故障，給出排除（維修）方法，如更換電池、檢查接地、清潔傳感器等。儀器的包裝中，最好配備少量的易損件，如電池、燈泡等，方便用戶更換。此外，要說明易損件的規(guī)格型號和質(zhì)量要求。4智能儀器的可靠性設(shè)計4.1可靠性設(shè)計的必要性可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成所規(guī)定功能的能力。在導(dǎo)致產(chǎn)品不可靠的原因中，設(shè)計約占70%，元器件、制造工藝、環(huán)境、使用等因素約占30%。其中相當(dāng)一部分還是由于設(shè)計不合理引起的。因此，產(chǎn)品的可靠性保障重點在設(shè)計階段。通過完善的設(shè)計，改進(jìn)、消除隱患與薄弱環(huán)節(jié)，在技術(shù)指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間進(jìn)行綜合平衡，達(dá)到儀器的最佳設(shè)計。4.2智能儀器可靠性設(shè)計原則

（1）簡潔化設(shè)計原則

在滿足儀器必須功能的基礎(chǔ)上，簡化儀器功能，簡化儀器電路，有利于提高產(chǎn)品的可靠性，而且有利于降低儀器的功耗。將定型的儀器電路做成專用芯片或厚膜電路，可大大提高可靠性，簡化生產(chǎn)工藝。（2）低功耗設(shè)計原則

采用低功耗、微功耗器件、設(shè)計低功耗電路，有利于提高儀器的可靠性，減少失效。

（3）易操作設(shè)計原則

智能儀器在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)儀器的使用環(huán)境和使用條件，考慮儀器的易操作設(shè)計，避免誤操作，提高儀器的可靠性。

（4）抗干擾設(shè)計原則

抗干擾設(shè)計是提高儀器工作性能的重要內(nèi)容，是保障儀器可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。（5）其他設(shè)計原則元器件應(yīng)選用時注意性能穩(wěn)定、可靠性高、技術(shù)成熟、采購方便、供貨周期短。電路設(shè)計應(yīng)考慮溫度、濕度、粉塵、振動等環(huán)境影響，保證一定的工作裕量。維修費(fèi)用可靠率費(fèi)用總費(fèi)用使用費(fèi)用可靠率與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系

4.3智能儀器可靠性設(shè)計方法

（1）硬件可靠性設(shè)計方法

電源設(shè)計：要求測量精度高的儀器可選用線性電源供電；要求電源適應(yīng)范圍寬的儀器可選用開關(guān)電源供電；便攜式智能儀器應(yīng)選用充電電池或干電池供電?？垢蓴_設(shè)計

元器件的選用固定電阻器盡量選用金屬膜電阻，精度與穩(wěn)定性要求高可選用線繞電阻；電容主要選用陶瓷電容、獨石電容和鋁電解電容，精度與穩(wěn)定性要求高可選用固體鉭電容。電位器可選用金屬陶瓷多圈電位器。顯示器宜選用LCD5智能儀器的工業(yè)設(shè)計國產(chǎn)電子天平國產(chǎn)電子天平進(jìn)口電子天平電子天平比較5.1工業(yè)設(shè)計的定義工業(yè)設(shè)計是產(chǎn)品技術(shù)功能設(shè)計和美學(xué)設(shè)計的有機(jī)結(jié)合與統(tǒng)一，是人機(jī)工程學(xué)、技術(shù)美學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)和現(xiàn)代科技發(fā)展的綜合產(chǎn)物。智能儀器的工業(yè)設(shè)計更應(yīng)從人體工程學(xué)與技術(shù)美學(xué)的角度充分考慮，它與企業(yè)文化、產(chǎn)品特征、使用環(huán)境密切相關(guān)。5.2智能儀器工業(yè)設(shè)計的必要性

工業(yè)設(shè)計直接影響使用人員的操作舒適感、讀數(shù)準(zhǔn)確性和視覺疲勞度。產(chǎn)品的市場競爭力取決于產(chǎn)品性能、外觀創(chuàng)意、銷售價格和售后服務(wù)等幾方面因素。5.3智能儀器工業(yè)設(shè)計原則

智能儀器的工業(yè)設(shè)計應(yīng)堅持實用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則，使儀器在節(jié)省造價的前提下，實現(xiàn)悅目、精致、獨特、雅觀的外形設(shè)計。（1）實用性設(shè)計原則儀器的功能設(shè)計要體現(xiàn)出功能的科學(xué)性與先進(jìn)性，同時要具有操作合理性、使用可靠性和維修可行性。在滿足儀器必需功能的基礎(chǔ)上，簡化設(shè)計，可以提高儀器的可靠性，有利于儀器的工業(yè)設(shè)計?？紤]儀器的易操作設(shè)計，避免誤操作，提高產(chǎn)品的使用可靠性。智能儀器的外觀應(yīng)反映儀器精確的計量性能，切忌方頭大腦、粗糙笨拙的外觀設(shè)計。

（2）造型美設(shè)計原則

智能儀器的美觀是儀器的形式美、結(jié)構(gòu)美、工藝美、材質(zhì)美和風(fēng)格美的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。設(shè)計人員通過實際操作和學(xué)習(xí)、交流，逐漸具有創(chuàng)造美、創(chuàng)造價值的能力。設(shè)計人員應(yīng)有敏銳的視覺判斷力，在儀器的造型設(shè)計中，充分考慮工藝可行性和市場流行需求。

（3）低成本設(shè)計原則

必須用價值工程理論來指導(dǎo)智能儀器的工業(yè)設(shè)計，在滿足產(chǎn)品性能要求的前提下，降低制造成本，以盡量