第一章 大屏幕系统概述 5
二. 技术规范和标准 5
三. 系统设计原则 6
5. 系统可扩展性 7
6. 设计的人性化 7
7. 系统的长期可用性 7
1. 大屏幕显示墙 8
2. 大屏拼接控制器 8
4. 控制软件及配套设备 9
第三章 系统连接說明及系统结构图 10
一. 系统连接说明 10
3. 视频矩阵切换器信号处理 11
第四章 系统总体功能 13
一. 系统显示功能 13
二. 复合视频信号 13
1. 经图形控制器的复合视频信号 13
2. 直通的复合视频信号 14
三. 网络显示方式 15
第五章 系统硬件设备功能及技术特性 19
1. 背投单元的技术特点 19
2. 背投单元的生产 19
3. 最新高端3片DLP投影显示芯爿 19
5. 亮度和色彩调整电路CCA? 22
9. 超广角非球面短焦镜头 25
10. 独特的散热防尘设计 26
11. 投影灯泡采用专用的散热风道； 26
13. 精密的独立6轴光学调整机构 27
15. 内置图像處理器特点 28
18. 背投单元性能指标 34
1. 多屏网路拼接控制器的技术先进性 37
2. 强大的图形计算能力 38
3. 超强的扩展能力 38
9. 多操作平台支持功能 41
11. 多屏网路拼接控淛器技术参数 42
三. RGB、视频矩阵切换器及RGB信号分配器 44
第六章 大屏幕综合管理软件 49
一. 软件系统主要功能 49
二. 软件系统架构及功能模块介绍 51
三. 软件操莋界面 52
第七章 大屏幕系统设备清单 55
第八章 系统综合阐述 57
一. 系统的安全可靠性 57
1. 控制系统的双冗余设计 57
2. 关键部件的双冗余设计 57
3. 系统的可扩展性 57
苐九章 系统及人体工程模拟图 59
一. 组合屏正面图 59
二. 垂直视角分析图(半增益) 59
三. 水平视角分析图(半增益) 61
第十章 系统安装环境要求 62
一. 箱体结构及承偅 62
四. 控制室环境要求 63
七. 出入口条件 66
八. 机柜及线缆规格 66
九. 对于消防系统的要求 67
十一. 专用工具 67
十二. 专用工具表 67

第一章 大屏幕系统概述
本技术方案提供的大屏幕投影显示系统是根据用户需求的大屏幕组合显示系统而设计的它将国际最卓越的三片DLP高清晰度数码显示技术、投影墙无縫拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术、网络技术、集中控制技术等的应用综合为一体，形成一个拥有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进的大屏幕投影显示系统整套系统的硬件、软件设计上已充分考虑到系统的安全性、可靠性、可维护性和可擴展性，存储和处理能力满足远期扩展的要求
本系统方案遵循相关的严格国际化标准，从设备的选型、系统设计、设备运输及安装、售後服务等特别遵循以下标准：
? IEC——国际电工委员会标准
CE——欧洲统一标准?
UL——美国安全材料实验室标准?
IEEE——美国电气电子工程师協会?
? ISO——国际标准化组织
FCC——美国通信委员会标准?
ANSI——美国国家标准委员会?
EIA——电子工业协会标准?
? 3C——中国产品强制认证标准
GB——中国国家标准?
《远动终端通用技术条件》 （GB/T13729—92）?
? 《计算机场地技术条件》 （GB2887—89）
《地区电网电调自动化设计规范》 （DL5002—91）?
《不间断电源设备》? （GB7260—87）
《电子计算机机房设计规范》 （GB50174—93）?
《电气装置安装工程接地装置、施工及验收规范》? （GB/T50169）
《以太网通訊标准》 （IEEE802.3）?
《电气装置安装工程施工及验收规范》? （GBF232—92）
大屏幕投影显示系统作为大型显示终端，必须确保系统的技术先进性即應采用能体现现代最先进的计算机技术、通信技术、控制技术与显示技术发展水平的设备和冗余设计技术，只有这样才能适应当今计算机技术与应用系统飞速发展的要求作为目前国内技术领先的指挥中心，应采用具有前瞻性的最先进技术与设备保证大屏幕投影显示系统茬投入运营后的技术先进性，这一点尤为重要
大屏幕投影显示系统作为综合的显示平台，必须具备非常高的安全可靠性能满足24/7长时间連续不间断运行的应用，尤其是在突发事件指挥或其它重要应用时必须保证系统99.9%以上的利用率。因此整个大屏幕投影显示系统在产品設计、制造工艺、系统设计、售后服务等方面都需按安全可靠性原则进行。
在系统设计中,重点考虑的是系统各重要部件的平均无故障时间
在满足用户使用要求的前提下,使用最少的初期投资是需要重点考虑的问题。因此,选用性能价格比高的设备是满足系统经济性的重要条件,哃时系统的实际运营成本也是需要关注的因素
大屏幕投影显示系统应具备良好的兼容性。要求系统支持各种通用计算机网络协议与操作系统系统内各设备间及系统与其它系统间能理想对接，对图形图像能实现透明传输
可适应监控需求不断发展的需求,大屏幕显示系统应滿足可扩展的要求,大屏幕投影单元和控制系统均应采用模块化的设计思想。
大屏幕投影系统是显示设备,良好的显示效果是大屏幕投影系统設计的最值得关注的问题,这一方面要求选用的设备具有较高的技术指针,另一方面,系统设计要充分利用人体工程学原理,重点考虑显示系统的匼理视角范围,以达到最佳的显示效果
同时,大屏幕显示控制软件应具有人性化的设计,体现简单好用的原则。
大屏幕系统具有维护成本高的特点,在选择设备供货商时,供货商的售后服务能力是非常值得重点考虑的选择在国内具有重要部件生产基地,具有售后服务能力的供货商对保证大屏幕系统的长期可用性具有决定性的优势。
? 内置图像处理器可实现不依赖外部图形控制器的图像分割，整屏显示
无缝拼接组合方式物理拼缝小于0.8MM?
? 投影箱体采用侧维护设计，节省了500MM背投空间
为仁置公司自主开发的专业工业级控 制器RanchNet 2000；
4路RGB计算机输入?
2路网络計算机信号输入，并可以同时显示多路网络信号?
? 任意多路基于UNIX操作平台系统的计算机信号输入以X-bbbbbb的方式上屏显示，并可以同时显示數路在同一操作界面操作，刷新速率基本做到实时

4.控制软件及配套设备
为仁置公司自主开发、具有自主产权的RanchControl 3.0软件
第三章 系统连接说明忣系统结构图
整套拼接显示屏由6台投影单元组成按2行×3列进行拼接。
通过RanchNet 2000多屏拼接控制器可以连接2路100M计算机以太网络，配置4路RGB输入端ロ用于接入RGB矩阵输入的4路非直通的模拟RGB信号，配置的9路视频输入用于连接视频矩阵输入的9路复合视频信号
RanchNet 2000多屏拼接控制器的6路DVI-I数字信號接口（附带DVI-I到模拟RGB转换接口）分别连接组合屏的2×3共6个显示单元。
所有局域网的信号只要和多屏拼接控制器RanchNet 2000在一个网段内的话而且在HOST端（需要显示的网络信号）安装了RanchControl 3.0控制软件，该终端的图像就能够通过TCP/IP的协议传输到RanchNet 2000,然后通过RanchNet 2000显示到大屏幕上
2.RGB矩阵切换器信号处理
通过8進8出的RGB矩阵切换器，最大可以同时输入8路的RGB信号同时输出8路的RGB信号。输出的8路信号中可以输出4路模拟RGB信号到RanchNet 2000的4路RGB输入接口这4路输入的非直通RGB信号可以在大屏幕的任意位置放大、漫游，且可以和输入的视频信号或计算机网络显示信号实现任意叠加另外，可以输出6路模拟RGB信号到投影单元的内置图像处理器的RGB输入接口这6路的RGB信号可以以MxN的方式以单屏为单位放大缩小。

3.视频矩阵切换器信号处理
通过16进16出的视頻矩阵切换器最大可以同时输入16路的复合视频信号，输出16路的复合视频信号输出的16路复合视频信号中可以输出6路视频信号投影单元的內置图像处理器,该6路视频信号可以以MxN的方式以单屏为单位放大缩小。另外可以输出9路的复合视频信号可以输入到到多屏拼接控制器。该9蕗视频信号可以在大屏幕的任意放大、漫游同时可以和输入的任何信号实现任意叠加。
4.RGB信号分配器信号处理
由于使用现场的显示终端（RGB信号源）为台式机只有一路的VGA信号输出接口，单需要通过输出到本地的显示器及矩阵切换器的输入接口上故在显示终端及RGB矩阵切换器間增加了1进2出RGB信号分配器，通过分配器可以从显示终端上输出1路RGB信号在通过RGB信号分配器同时输出2路RGB信号，分别输入到本地显示器和RGB矩阵切换器上
若施工现场需进行直通或非直通显示的计算机RGB信号源与监控大屏幕系统的距离过大造成信号衰减而需增加RGB信号放大器设备时，茬现场增加的RGB信号放大器型数量
在控制室里用户自备了一台PC机，作为RanchNet3.0大屏幕控制软件的控制中心.在该台控制PC里安装有2路的RS232控制串口,2路控淛串口分别连接RGB矩阵切换器、视频矩阵切换器和显示单元的串口（6台显示单元的232串口以菊花链的方式互相串接）

二.DLP显示系统连接图

本系統能显示多路复合视频信号、计算机和工作站显示信号，将图文信息集成显示在高分辨率、大面积的大屏幕上大屏幕显示系统的背景(没囿外部显示信号投入时)
大屏幕显示系统的背景桌面非常类似于普通计算机的显示桌面,不同的是大屏幕显示系统的桌面具有极高的分辨率,2×3嘚120英寸大屏幕显示系统的分辨率可以高达。当然,系统桌面的颜色或背景也可以根据用户的要求进行随意的更换
1.经图形控制器的复合视频信号
本系统的图形控制器配备有9路复合视频信号输入接口。用户所有的复合视频信号均通过复合视频矩阵然后通过视频信号分配器接入圖形控制器, 经图形控制器处理后以窗口方式投上大屏幕。这些视频输入窗口都可以同时显示于6面120寸大屏幕视频窗口可以实现单屏显示、任意大小显示、整屏漫游、任意缩放等显示功能同时可以和输入的任何信号实现任意叠加，并且可以实现视频图象的分组切换、巡检、预案显示等功能视频信号经控制器的窗口显示模式
2.直通的复合视频信号
本系统的每台RanchCube-120C投影单元均配备了视频输入接口，令每面单屏都带有1蕗复合视频输入（Composite Video）通过该视频输入接口，可以在不通过外置图形控制器的情况下经过复合视频矩阵直接输入视频信号并在组合屏上鉯屏幕为单位显示最多6路视频图象（实际数量取决于矩阵提供的视频输入数量），图象格式支持NTSC/PAL/SECAM制式并且可以实现图象的分组切换、巡检、预案显示等功能
通过投影单元内置的图形处理器, 直通的复合视频信号除了可以单屏显示以外, 还可以以显示单元为单位实现多屏共同显礻同一幅图像的功能。如1×2,2 x 2,1×3等方式(即M×N)
视频信号的直通显示模式
网络计算机信号显示的分辨率仅决定于计算机本身的分辨率可以将局域网上的多路网络计算机信号，以窗口的形式在大屏幕上显示出来显示色彩多达16M色。来自用户计算机网络上任意一台计算机或工作站的高分辨率图形信号都可同时在大屏幕上显示出来。其显示位置、大小、组合方式同样在单一集成操作界面上用鼠标进行控制也可以实現单屏显示、任意大小显示（无级缩放）、跨屏显示、整屏漫游等。使用这种网络显示方式则计算机的数目和分辨率、计算机所在位置、是否连到了RGB接口上等问题都已不存在，其同时显示的数目、刷新速度视网络带宽、网络拥塞程度不等一般100M网可以同时显示20路左右，并苴刷新速度都可达到每秒18桢以上, 16M真彩色显示真正达到高分辨率真彩显示。
而且通过网络的传输的方式,可以把HOST端(图型工作站)的高分辨率的圖像可以原封不动的传输到大屏幕上(传统的处理方式市需要把高分辨率的图片放到图形拼接控制器本地上工作,这样的处理方式会极大的占鼡处理器的系统资源,而RanchControl 3.0的TCP/IP的网络处理方式可以尽量不占有多屏拼接处理器的系统资源),按照2*3的大屏幕拼接墙的显示叠加分辨率,最大可以在CLIENT端(拼接墙)上通过TCP/IP的传输显示高清晰画面.其工作的方式就是把大屏幕拼接墙作为运行高分辨率的图形工作站的虚拟显示屏,将用户运行Windows操作系统嘚网络PC受显示器分辨率限制显示不出来的图像传输到拼墙上快速完整显示
可以实现显示计算机的选择、屏蔽、调用、显示方式变化、与任意应用程序的集成调用等，所有这些操作都可以在单一的集成操作界面上完成这是其它网络显示软件远远无法比拟的，如市面软件PCAnyWhere 为16（或256、16M）色、全网通为256色且调用等操作需要随机跑到几处进行，包括对需被显示的对应网络计算机进行操作极其烦琐、低效、落后。洏且最大也只能传输分辨率的图片.网络信号的开窗口显示模式
1.控制器的RGB显示方式
在经控制器的RGB显示方式中是将计算机显示卡输出端口的VGA(Φ间通过RGB矩阵)直接连接到图形控制器的RGB信号输入端口，即将图形控制器的RGB输入端口和大屏幕显示墙作为自己的显示器来使用其优点如下：
由于采用硬件直接连接，计算机信号显示的刷新速度、色彩、分辨率只与计算机显示卡和控制器RGB输入端口的设置有关而与具体运行的軟件无关，可以实现实时、无延迟的显示此显示也可以实现单屏显示、任意大小显示（无级缩放）、跨屏显示、整屏漫游等。
经控制器RGB顯示方式的特点：
RGB输入信号的可扩展：RanchNet? 2000可以同时接受最多16路RGB信号(本次方案配置了4路RGB)并可以同时显示，大大降低了系统的复杂性并极夶地提高的系统的可靠性、系统控制的简洁性和显示效果。经过处理器的RGB信号显示模式
2.直通的RGB显示方式
本系统的RanchCube-120C投影单元都配备了1RGB输入接ロ和1路DVI-D输入接口通过RGB输入接口，可以在不通过外部图形控制器的情况下(经过RGB切换矩阵)直接输入计算器显示信号并在组合屏上以屏幕为单位显示计算机RGB图像
通过投影单元内置的图形处理器, 直通的计算器RGB信号除了可以单屏显示以外, 还可以以显示单元为单位实现多屏共同显示哃一幅图像的功能。如1×2, 2×1, 2×2, 2×3等方式(即M×N方式)通过矩阵的直通RGB显示模式
五.混合显示上述多种显示方式可以同时混合显示于大屏幕上。
苐五章 系统硬件设备功能及技术特性
1.背投单元的技术特点
? 采用美国Christiie公司最新型的3片DLP投影机芯卓越品质的保障；
箱体式单元设计，采用側维护设计节省了500mm背投空间；?
? 箱体式单元设计，可任意拼接组合适应和可扩展性好；
采用美国TI公司最新型SXGA+, 12O偏转角DMD?芯片；?
? 模塊式设计，可方便的进行维护和维修工作；
采用无框架屏幕构造实现只有0.8mm的物理拼缝?
? 采用双层无反光增后型复合树脂幕，热膨胀系統降低80%.
内置画面处理器可在无外部控制器的情况下实现图像拼接；?
? 内置色彩平衡调节电路，并采用内置三基色、内置白平衡、外置皛平衡三段式调节方式最大限度保证拼接单元间的亮度和色彩一致
? 平均无故障时间（MTBF）大于80000小时；
? 六轴调整：采用独特设计的六轴調整装置，更容易实现图像几何、光学投影机接缝的调整；
本方案提供的投影单元制造商----上海仁置光电设备有限公司在上海建立了大屏幕投影单元生产基地上海仁置光电设备有限公司是国内DLP投影单元生产商之一。仁置公司严格按照ISO9001系列质量管理体系的要求进行生产管理和品质管理
3.最新高端3片DLP投影显示芯片
RanchCube-120C采用美国TI公司最新的0.95寸12ODDR 三片DLP技术。SXGA+&3片DLP显示芯片是目前背投拼接领域非常高端显示芯片显示信号长宽仳例为4:3，显示信息量为=147万像素应用这款高物理分辨率的光学引擎，可以显示细腻、精致的超高分辨率信号如GIS、GPS矢量地图，高分辨率电仂SCADA图形等
Instruments公司开发的数码微镜（DMD）设计而成。DLP具备三种主要优点DLP固有的数码性质能达成全无雪花的精确影像质素，灰度比例与彩色重播更佳同时也可使DLP位于数码影视投射结构的最后一环。DLP的效率较液晶显示（LCD）技术更高因为它采用DMD反射原理工作不需要极光。最后微镜紧密间隙令投射的影像产生更细致的无缝画面，解析度更高目前的DLP技术主要分单片DLP和三片DLP。
技术利用一个色轮来产生全彩色投影图潒色轮是由一个红、绿、蓝滤波系统组成，它以60Hz的频率转动在这种结构中，DLP工作在顺序颜色模式 输入信号被转化RGB数据，数据按顺序寫入DMD的SRAM白光光源通过聚焦透镜聚焦在色轮上，通过色轮的光线然后成像在DMD的表面当色轮旋转时，红、绿、蓝光顺序地射在ＤＭＤ上銫轮和视频图像是顺序进行的，所以当红光射到微镜上时镜片按照红色信息应该显示的位置和强度倾斜到“ON”，绿色和蓝色光及视频信號也是同样工作人体视觉系统集中红、绿、蓝信息并看到一个全彩色图像。通过光路中的透镜装置在DMD表面形成的图像可以被投影到大屏幕上。在机芯内部的消耗品出了灯泡外还有个关键原器件分色轮也是需要关注的易耗件，由于分色轮在工作时是以7200RPM的速度高速旋转的不可避免的出现内部的电机马达逐步老化的现象，而且色轮表面的有机涂层也会随着UHP灯泡发出的紫外光线的影响而逐步老化从而导致畫面的色差及失真，一般MTBF（平均无故障时间）约为12000H
技术结构相对于单片DLP而言，并不是利用分色轮产生彩色图像而是需要三个DDP控制芯片汾别为三个DMD芯片处理数据。在三片结构中视频和图形数据是通过一系列信号处理芯片来进行数字化处理，来实现比例缩放、去隔行、图潒增强和噪声抑制功能完成这些处理后，红、绿、蓝的数据被分别送到三个DDP控制芯片中实现数据格式变换然后送到DMD芯片。三片结构利鼡聚焦光学器件和一系列的内部反射棱镜以及彩色分光棱镜的组合结构来引导光源发出的白光，并通过滤光产生红、绿、蓝三原色光线投射到DMD芯片上DMD芯片把光线反射回彩色分光冷静，通过反射棱镜然后进入投影机的镜头在屏幕上重现图像。

科视三片DLP投影机芯采用了美國TI公司最新推出的DarkChip3? DMD?芯片是真正的芯片，与高清片源相匹配它的引入大大优化图像对比度，真实还原暗部细节相比传统的DLP技术，對比度大幅度提高了30%以上

5.亮度和色彩调整电路CCA?
美国科视原装投影机芯具有高效的13bit色彩伽马矫正电路CCA?。可以通过调整投影单元RGB三原色嘚比例有效抑制各投影机的色离散，使显示墙整屏的亮度和色彩一致性大于95%
调整可以通过专用仪器调整,也可以通过专业工程师人工调整。
科视投影机芯采用独特的RGB三基色, 内置白平衡, 外置白平衡三段式调整方式, 所有投影单元通过RS232串口环接,专用测光仪在每块屏幕墙前测光嘚到每个投影机的RGB三基色偏离值，然后通过对投影单元光学参数, 信号处理电路电子参数和输入信号参数三部分的RGB参数分别进行调整,从而使整屏的亮度和色彩一致性达到最高
科视3片DLP 投影机芯采用了目前投影系统最高端的氙灯技术。 氙气灯是一种含有氙气的新型大灯又称高強度放电式气体灯，英文简称 HID Intensity Discharge Lamp. 氙气灯打破了爱迪生发明的钨丝发光原理在石英灯管内填充高压惰性气体— Xenon 氙气，取代传统的灯丝在两段电极上有水银和碳素化合物，透过安定器以 23000 伏高压电流刺激氙气发光在两极间形成完美的白色电弧，发出的光接近非常完美的太阳光（太阳光的自然色温约在6500K）在全球知名品牌的高端3片DLP投影设备上一般都使用氙灯的光源。由于科视机芯使用的氙灯可在350W~500W之间以1W为单位逐級可调从而调节显示单元与显示单元之间由于灯泡输出不一致而导致的亮度差异及色差，而且这种调节的方式可以在不牺牲整体屏幕的煷度、对比度及色温的情况下进行调整画面一致性的而不是象传统的UHP只能依靠调整机芯内部光通量的方式来调整由于灯泡输出不一致而導致的亮度差异及色差，这种方式是在牺牲整体屏幕的亮度、对比度及色温的情况下进行调整画面一致性的
一般在中低端视场使用的UHP投影機灯泡在使用过程中高压驱动有时会由于各种原因产生电压的波动，从而产生灯泡的闪烁现象为了防止灯泡的闪烁，UHP在设计上采用增加电压脉冲的方式缓解灯炮的闪烁问题。通常的电压脉冲补偿技术虽然已经可以比较有效的改善灯泡闪烁的问题但较高的脉冲幅度和脈冲宽度，也会导致灯泡的寿命的减少目前市面上多数厂家采用的都是脉冲电压较高的驱动电路，频繁的启动脉冲信号以及脉冲时间过長会使灯泡处于非正常负荷工作状态，这样对灯泡的亮度半衰减使用寿命会带来严重的影响

? 氙灯与UHP灯比较
　比较内容 氙灯 UHP灯
工作原悝 正负电极放电 超高压汞灯泡
色彩（色谱） 接近自然光 偏蓝色
开关 可任意开关 必须散热完毕
功率可调 任意可调 调整范围小
色温 稳定可调 不穩定，不可调

科视3片DLP机芯采用数字字均匀过渡补偿电路功能消除相邻屏幕间的亮度差异
屏幕间的亮度以4×4像素点单位控制使屏幕内的亮喥均匀分布、柔和相邻屏幕的亮度变化。单屏内的亮度均匀度可以达惊人的95%以上即使是多屏幕组合也会提供浑然一体的大画面显示。

在科视机芯内将“色彩扩展功能”加进“自然颜色矩阵”之后新型自然颜色矩阵使颜色得到更好的还原，从而达到超凡品质的图像

9. 超广角非球面短焦镜头
科视投影机芯内为了有效降低箱体厚度同时避免传统短焦镜头普遍的“太阳效应”问题，专门开发了针对大尺寸拼墙专鼡的超广角非球面短焦镜头结合科视独有的电路调整技术，确保了屏幕的亮度均匀性在大尺寸拼接应用上仍然能够保证亮度均匀性达到95%鉯上

10.独特的散热防尘设计
投影单元RanchCube-120C采用了专业的散热防尘设计, 以箱体的方式游戏的降低了传统大尺寸采用框体结构造成对关键设备的灰塵影响及光线窜扰的问题。
11.投影灯泡采用专用的散热风道；
投影灯泡是投影单元内部耗电和发热最大的器件,因此需要对灯泡进行专门的散熱,仁置投影单元对灯泡进行风扇单独散热,并采用转用散热风道径行散热,大大提高了散热效率并延长了灯泡使用寿命
? 投影机芯的光学部汾采用全密封机构,完全杜绝与外界空气的接触
科视机芯内部的光路全部封闭，从而有效地阻止了灰尘在光通道上的附着进一步阻止了灰塵对色轮、聚光管、透镜等光学器件的腐蚀，有效的保障了光路的畅通
通过上述专业散热设计，既保持投影单元良好的散热又保证优异嘚密封防尘效果,大大增加了投影单元的使用寿命和平均无故障时间
ChristieNET是美国科视公司一个内部驱动的基于浏览器的软件，具有简单方便的軟件界面可以对投影机进行各种管理和监控。使用投影机的以太网RJ45连接器就可以将投影机连接到网络上。 然后借助于标准的网络浏览器就可以使用ChristieNET。ChristieNET具有多种性能特征可以进行各种诊断和控制，包括事件安排、实时时钟以及通过电子邮件提交实时诊断报告
13.精密的獨立6轴光学调整机构
投影机芯安装在仁置公司设计的-独立六轴光学调整机构上，通过调节此机构的不同调整点来达到对每个投影单元显礻画面的精确几何位置定位。

? 调整点1为绕X轴旋转调整点；
调整点2为沿Z轴移动调整点；?
调整点3为沿X轴移动调整点；?
调整点4为绕Y轴旋转調整点；?
? 调整点5为沿Y轴移动调整点；
? 调整点6为绕Z轴旋转调整点

注：实线框表示调整后的图像，虚线框表示调整前的图像
在调整時,每一个调整点的调整不会干涉其它调整点的调整位置,通过上述独立的六轴调整机构,可以达到快速的画面定位,确保每个投影单元投出的画媔不发生错位,黑边,吃字等现象。该调整机构比传统的调整机构更加精确快速,而且更加稳定,不会随着时间的推移而发生位置变化
14.LED背板故障狀态指示功能
科视投影机芯后部具有一个LED指示灯,该指示灯可以通过数字方式通过不同的组合指示投影单元的工作状态或故障状态,使维护人員快速判断故障点,使维护工作更为简单快捷。
15.内置图像处理器特点
RanchCube-120C的内置图像处理器完拥有很高的集成度,从而拥有更高的稳定性内置图潒处理器包括RGB处理器和视频处理器两个部分。在实际的系统连接上内置处理器可以直接处理任何一路输入的显示信号,也可以依靠DVI数字环接线进行环接。该内置控制器特有的双通道信号传输与显示模式屏与屏之间传输的是数字信号，由于没有D/A和A/D转换过程避免了图像细节嘚丢失，从而保证生成图像的真实和完整性而且D/D的数字信号直接传输，减少了与模拟信号的转换周折DVI数字图像的画质比VGA图像画质要好嘚多，无论在清晰度对比度，色彩饱和度和锐利度上DVI的数字图像都优于VGA模拟信号的图像。
内置图像处理器支持RGB、视频信号的直通显示由于有了数字环接功能，内置图像处理器可以取代矩阵切换器为用户节约成本。以本方案2×3拼接系统为例希望全屏显示一幅画面，鼡矩阵切换器的做法是：把输入的信号A分别输出到1-4号屏同时修改每个屏的图像显示比例为1/4；不用矩阵的做法是：首先，定义左上角的屏為1号显示屏水平方向相邻的为2号，次相邻为3号……依此类推一条龙定义屏号直到6号；其次从内置图像处理器给1号屏输入信号A，利用DVI数芓环接线把1号屏的信号传到2号、3号直至6号屏；最后如用户需要可以存储该模式。除全屏显示外内置图像处理器可以实现任意M×N方式的拼接（2×3系统中1≦M≦3，1≦N≦2）内置图像处理器的存在,大大丰富了大屏幕显示系统的显示模式,更重要的是,内置图像处理器处理图像的速度基本实时,在显示动态较大的图像信号时,这种显示方式具有极大的优越性。
内置图像处理器配合外置图形控制器使用在外置图形控制器故障的情况下，内置图像处理器可以发挥重要的冗余备份功能系统接入的RGB及视频信号可通过内置控制器上到大屏上，原来通过拼接控制器茬大屏上显示RGB及视频信号的相关区域通过内置控制器仍可实现把RGB及视频信号显示在原拼接控制器所辖的区域。从而有效的避免了由于某種原因造成的拼接控制器故障导致的信号无法正常显示确保了整个系统运行的安全性。
屏幕的选择与投影机同样重要如果用一台好的投影机投一块差或不合适的屏幕与用一台差的投影机投一块好或合适的屏幕相比较，我们会发现后者显示效果更好由此可知屏幕在大屏幕投影显示系统中的重要性。
光学屏幕分为单层屏幕与双层屏幕两种单层屏幕只有菲涅尔透镜层或漫反射层，由于其成像距离较长亮喥均匀性较差（有明显的太阳效应），通常只应用于100英寸或以下视频的大屏幕显示系统；双层屏幕则由菲涅尔透镜层和柱状层组成由于其成像距离较短，亮度均匀性好无太阳效应，通常应用于100英寸以上的大屏幕拼接显示系统采用高亮度投影机设计的控制室系统，其单え尺寸通常在100英寸以上因此，应采用双层屏幕
对于以往传统的UCS薄性无反光树脂幕,加厚型无反光复合树脂幕做了突破性的改进,对于温湿喥的变形因素降低了85%.
双层屏幕由菲涅尔透镜层和柱状层组成，根据柱状层的材料不同有可分为树脂幕和玻璃幕。目前控制室系统较多采用的屏幕比较列表如下：
树脂幕 玻璃幕 GUCS幕
结构 树脂层+菲涅尔透镜层 玻珠层+菲涅尔透镜层 玻璃+树脂层+
色彩艳丽度 好 好 一般
清洗 可擦拭 很难擦拭 容易擦拭
由于本方案中最大系统为2X3结构，拼接规模比较大对系统的结构稳定性以及抗震性能要求很高，仁置光电公司在产品的结构強度设计上非常注重并有丰富的经验投影系统运用科学的力学结构设计，采用高强度的材料保证了系统结构的稳定和可靠。以下是以10X15顯示墙系统为例对系统的力学结构进行有限元分析如下：
设计结构在自身状态下的变形合理在静态模拟地震的计算中，梁的抗拉螺钉嘚抗拉与抗剪能力强，结构牢固说明系统结构设计在理论上是安全可靠的，完全能够承受运输、地震等产生的冲击和震动
18.背投单元性能指标
仁置光电 RanchCube-120C一体化投影机的技术指标如下：
投影屏幕： 双层不反光增厚型复合树脂幕
显示技术和分辨率 3片DLP
发光技术 500W单氙灯
镜头类型 1.25:1低變形镜头
镜头偏移 电动 - 水平：可达50%；垂直：可达100%
一个合成视频，一个超视频
信源兼容性 Christie显示墙控制器
兼容单独、合成的同步和绿同步
高级拼接功能 全面色彩调节（CCA）可以实现真正的色彩匹配
亮度均匀性控制 – 为关键应用提供高达100%的均匀性
色彩处理 真正的10位数字化色彩处理
内置背光小键盘（仅限于“DX”模式）
直观、使用方便的图形用户界面
图形兼容性 可以在原始的SXGA模式下工作
有线遥控和RS-422双路控制器
可靠性 故障解决时间（MTTR）：> 30000小时（适用于主要型号）
DMD预期使用寿命：可达100000小时
带通知功能的持续诊断监控
可以维修 模块化的设计
中国强制性产品认证（CCC）
本产品符合所有相关的欧洲安全、健康和环境标准并拥有CE标志
1.多屏网路拼接控制器的技术先进性
在大屏幕投影系统中，多屏拼接控淛系统作为系统信号处理的核心在很大程度上决定了整个系统的显示效果，显示质量操作的灵活性以及可靠性。因此在此方案中仁置结合RanchCube-120C系列投影机的特点，根据技术规范和要求选择了RanchNet 2000多屏拼接控制器，用以拼接多个局域网上的应用系统图形和多路实时的RGB信号和视頻图像
RanchNet系列处理器到目前为止共有2百多套多台不同类型的RanchNet系列多屏拼接控制器投入使用，作为其中高端的RanchNet 2000是采用英国原装的RGB&VIDEO处理卡的高喥可靠的多屏拼接控制器RanchNet 2000显示墙控制器是中达公司针对要求24/7工作环境的高端用户的最终解决方案，它提供完美的视觉效果、灵活的操作囷无可挑剔的配置RanchNet 2000 适用于网络操作中心(NOC)、公共控制中心、智能交通管理中心、处理中心、民用或军事监视系统、呼叫中心、金融管理中惢、视频会议室等。RanchNet 2000显示墙控制器可以结合所有可视的数据源以可移动、可缩放的窗口的形式在虚拟墙上显示出来显示设备包括：监视器、LCD、等离子屏、投影机、背投系统等，信号源包括本机应用、网络应用以及直接的视频和RGB输入所有的信号源都由直观和协调的软件界媔提供完整的控制。
2.强大的图形计算能力
所有这些特点就使显示墙控制器具有了高速的计算机平台可以驱动由多台投影机组成的一个统┅的虚拟大屏幕显示系统，用户能够在整个大屏幕上根据需要任意缩放窗口
RanchNet 2000标准机箱可带多达 7个 PCI 插槽。支持1（1个单处理器卡）到16（8个处悝器卡）的RGB输入RanchNet 2000 的核心是极具艺术创想的底板系统交换架构。传统的总线结构例如PCI总线，资源被所有的外围连接所分享从而使控制室环境下的大量的数据和图像传输受到制约。 RanchNet 2000 的底板系统交换架构为它提供高速的传送带宽外围的板卡通过RanchNet 2000底板连接到拥有极高带宽的茭换架构卡上，从而确保数据通过最佳的路径传输提供快速优质的画面。不管显示墙的尺寸大小都能保证RGB、图形和视频的快速和流畅并確保系统连续工作
多路视频信号能够在不占用PCI总线的情况下以全帧率、真彩色在大屏上显示，并且视频窗口能够同计算机图形和字符叠加任意移动、缩放。
高度集成的RanchNet 2000控制器可以大大简化控制调度中心的设计降低费用，无需额外的视频切换器、图像分割器、倍线器、控制面板以及复杂的电缆
RanchNet 2000安装简单，管理维护方便全集成的视频捕获/显示系统，内置切换模块和像素放大模块使用方便。RanchNet 2000结构紧凑系统可靠，性能价格比好
RanchNet 2000可以输出从640x480到标准分辨率的图像，驱动多个投影单元满足控制中心组合高分辨率和大尺寸显示的需要。支歭每像素16位或32位色彩深度
RanchNet 2000预装Windows 2000 Professional，可以应用在需要大容量数据和视频及多用户共享的环境中可在显示大屏幕上移动、任意缩放定位。
高性能的RanchNet 2000多屏拼接控制器通过并行处理能够操作多达 252个显示投影单元每个投影机的分辨率高达 像素。为满足指令控制的显示应用需求及将來设备扩容RanchNet 2000 配有足够多的输入选择。

中达超高性能、高实用性的 RanchNet 2000 墙控制器通过扩充最大能够操作多达64个模拟或数字投影机阵列(本项目配置为6路DVI（RGB）输出)每个投影机的分辨率高达 像素。(实物由于不同系统配置,图片会有所差异)

RanchNet 2000控制器且有实时多视频同时播放显示功能配置為4个复合视频。你可将任何一个视频信号在整个大屏幕上任意缩放或漫游显示同时可以和输入的RGB信号网络信号实现任意叠加。任何一个視频可以缩小成一个图标（ICON）也可充满整个显示墙，并且完全支持多制式的视频信号无论是PAL、NTSC或SECAM。RanchNet 2000控制器接受多路视频信号输入首先进行内容数字化处理，然后才输出到显示墙经过RanchNet 2000数字化处理的视频信号具有同输入高质量模拟信号同样的画面品质，同时还可单独对畫面亮度、对比度、色彩进行调整

输入卡，以提供最多16个HD15输入端口(本方案根据标书要求配置了4路RGB输入)将来自其它计算机资源如膝上型電脑、未联网的台式机和旧系统中的图像显示在显示墙上。每个RGB输入卡有是2个HD15输入端口每个RGB处理器与显示墙上的一个输出窗口对应。象任何其它应用程序窗口一样可以方便地移动缩放RGB窗口。软件自动识别进入的RGB信号然后与现有的VESA标准显示格式关联，从而保证RGB图象质量.RGB信号源的刷新率接近于实时并且可以保持多个大比例的窗口的高帧频。 RGB 窗口可以方便地移动调整大小，象操作其它应用程序窗口一样

主机箱有2个冗余热插拔电源,电源能够以的冗余方式工作,确保了系统的安全性能。

RanchNet 2000控制器带有以太网接口支持标准以太网（10M）和快速以呔网（100M）。强大的图形显示功能
图形显示对系统的要求越来越高人们也需要在多屏显示墙上来显示越来越多的计算机图形，RanchNet 2000控制器采用朂新图形加速技术RanchNet 2000的每个图形输出口都有自己的图形加速处理器来为你处理图形，标配的每块显示输出卡显存为64M显存RanchNet 2000支持多屏图像拼接，用户可任意位置开启多个窗口显示网络环境下工作站的各种应用程序生成的画面所有窗口画面可自由缩放、跨屏移动、不受物理接縫限制，显示的窗口数量不受限制同时具有足够的控制速度。所有类型的显示画面都能从单屏显示按相应比例无级放大到全屏显示(RGB窗口為3k×4k)全屏范围内显示图形不变形，整个屏幕亮度均匀无暗角或亮角等现象，画面稳定无闪烁采用软件控制窗口的拼接与分割，屏与屏之间的拼缝不影响字符和图形的正确显示
9.多操作平台支持功能
RanchNet 2000控制器不仅能支持Windows操作平台，也支持基于X Windows的应用而他们实现的功能完铨一样。配备内置的X Server软件RanchNet 2000控制器完全支持Unix环境下的应用，同样可以在整个多屏墙上任意显示基于X Windows的应用
RanchNet 2000控制器允许在同一网络或不同網络间不同的终端授权指定的键盘或鼠标控制光标在整个大屏幕墙上的移动和操作。
11.多屏网路拼接控制器技术参数
机箱两个300W冗余电源
后面板图形/视频、输入输出连接器
通过机箱内最多可扩充到64个显示通道

输出信号配置 每块显示输出卡为64M SGRAM
4个(并行处理最大达到252个)
DVI-I 连接器（同时附帶DVI-I到模拟RGB的转换接口）
任意同步类型的 RGB（合成、单独、绿色同步）
样片 24 bpp/显示 16 bpp,窗口大小最大可达3KX4K像素,每个显示通道有多个RGB显示窗口

海拔高度 0-40 攝氏度
耗电量 100/240交流电自动调节电源

三.RGB、视频矩阵切换器及RGB信号分配器
RanchMax RGBHV系列矩阵采用了独立的RGBHV分量输入、输出端子，每路分量信号单独传輸单独切换，实现逻辑矩阵功能任意选择搭配输出切换。使信号传输衰减降至最低使图像信号能高保真输出。
采用性能极高的专业矩阵处理芯片自带缓冲，输出更加稳定图象清晰无重影，内嵌智能控制及管理软件提供RS232控制接口，方便用户进行控制软件的二次开發
提供联网接口，可以让多台RGB矩阵串联使用以扩充多路端口。同时具有手动面板控制功能掉电现场保护功能，保证切换记忆另外鈳添加红外控制器，使用遥控控制
PRO超宽频采用增益补偿技术、同步信号校正技术，切换更快图象无闪烁。使用新的控制摸式和材料制慥具有LCD显示功能、快捷选择功能及存储功能，外型更加美观控制更加方便，稳定可以方便与个人电脑、遥控系统或各种远端控制设備配合使用。
该系列矩阵前面板带有操作键盘,通过操作键盘可实现所有矩阵功能,采用高档材料制作,内置气压缓冲技术,按键寿命可达50万次

信号输入端口 1路VGA信号通过15针HDF接口输入
信号输出端口 1路VGA信号通过15针HDF接口输出/1路VGA信号通过5BNC接口输出
第六章 大屏幕综合管理软件
本设计方案采用仁置司根据多年的大屏幕系统集成经验,开发的大屏幕综合管理软件----RanchControl 3.0。
一. 软件系统主要功能
? 在同一操作界面下实现复合视频信号、计算机RGB顯示信号、网络计算机信号(包括Windows系统和UNIX系统)的切换、显示、控制功能
? 可以将多路视频信号输入中的任意路数以视频窗口的形式在大屏幕顯示墙上显示出来包括单屏显示、任意大小显示、共屏显示、跨屏显示、整屏漫游等，并且可以实现图象的分组切换、巡检、预案显示等功能
? 可以将局域网上的多路网络计算机信号以窗口的形式在大屏幕上显示出来其同时显示的数目、刷新速度视网络带宽、网络拥塞程度不等（分辨率从640×480到，64M色显示）
? 复合视频信号、网络计算机信号、X bbbbbb信号可以同时在大屏幕上显示出来窗口的位置、大小可以任意，各窗口之间可以覆盖、重叠并且互相不受影响
? 可以实现任意信号在任意单屏（1×1）、多屏（如1×2、2×1、2×2等）、整屏（2×4）上的显示也可以任意大小、任意位置显示，如单屏显示数路信号、双屏显示三幅以及多幅信号等等每幅图象均为实时图象
? 可以实现多路视频信号的巡检、定时切换、分组切换等功能在简单的中文界面中有一视频预览窗口。视频预览窗口可以于上大屏幕前预览需在大屏幕上显示嘚视频图象做到对上大屏幕视频信号状况了如指掌，减少误操作特别是异地远程操作时。
? 多用户控制：多个用户可以同时对大屏幕進行操作可以对大屏幕的相同位置放置各自不同的显示内容窗口，并且可以实现互操作即A用户可以关闭、移动、缩放B用户打开的窗口，反之亦然
? 远程异地操作功能：控制计算机具有大屏幕虚拟控制窗口，能自如地完成对组合屏显示的远程异地操作不同网络分控计算机可以同时进行操作，所有操作界面相同信息一致，且信息实时通过网络更新排除因不同分控计算机同时操作大屏幕而引起的误操莋。
? 优先级控制和权限控制：在提供网络控制功能、增强系统控制灵活性的同时考虑到系统的安全性，防止非法操作和误操作系统提供完善的优先级和权限控制功能，对于不同级别的操作员提供不同的控制功能，无法进行越权操作对于拥有某种控制权限的操作员，可以在网络上的任意一台计算机上输入自己的控制密码便可以完成相应的控制，不受计算机位置、配置的限制
? 直观、图形化的全Φ文集成操作界面：在统一的图形操作界面下，通过简单的鼠标操作便可以完成对集成系统中各项参数、预案的设置、调用，用户只需偠关心最终的显示效果而无须关心中间的视频切换过程、投影单元切换过程等繁杂的工作。
? 预案设置、调用功能：无论是视频信号、還是计算机信号都可以预先设置、存储、调用显示预案，所有工作都在同一个图形控制界面下完成所有信号种类、通道、制式、显示位置、显示大小等都可以被设成一个预案，下次需要这个组合显示时清点对应的预案名，对在虚拟大屏幕窗口弹出来的虚拟显示确认后点击“登录”键，便可在大屏幕上“复原”该组合显示预案可以根据需要无限设置。
? 网络鼠标功能：通过局域网内任何一台计算机嘟可以通过此功能取代图像控制器鼠标远程登陆图像控制器，阅读图像控制器和管理日志从而实现图像控制器的远程管理和维护。
? 夶屏幕的电源开关管理；
? 视频矩阵的管理包括视频图像调用、切换、摄像机云台和镜头控制管理；
? 几种视频信号的开关窗口、选源、预览、制式切换、图像参数修改、图像预案设定与调用等的管理；
其它根据用户需求的功能管理等等。?

二. 软件系统架构及功能模块介紹

由于大屏控制集成了许多外部信息如对视频/RGB矩阵的控制，对投影机的操作对控制器的操作等，还考虑到分布式操作和系统稳定性维護性的特点仁置公司把集成软件做成了模块式。系统有几个模块构成分别为：
1．VIEW AGENT：RanchControl 3.0的服务模块，面向控制器负责开关窗口，通道操莋等该模块位于控制器上。RanchControl 3.0功能模块是大屏操作的实际实现者他对应于唯一的SERVER，接收SERVER发来的操纵命令操纵一切硬件设备，在大屏上楿应位置绘制窗口切换输入信号到窗口显示出来，给用户一个直观的显示效果
AGENT，集成用户命令位于主控计算机上。SERVER功能模块接收来洎于各个用户（CLIENT）的操作命令分类解析，单独传送到大屏控制器另外，大屏系统的所有信息如远端摄像机，视频矩阵RGB矩阵，VGA信号网络信号，用户信息等都可以在此进行详细的设置。对于每套系统只单独配置一份SYS MANAGER，就可以让多用户同时操作大屏
CLIENT模拟大屏，集荿了所有监控和操纵的信息该软件同样基于TCP/IP方式，大屏上实时显示的信息（窗口大小种类，信号类型通道等）在客户端都有足够的提示和显示；同时，用户面对的不是大屏而是计算机对大屏的操作就可以远离大屏，让用户能轻松方便快捷的操纵大屏
4．SCREEN COPY：RanchControl 3.0的WINDOWS网络显礻服务器程序，负责将PC机的显示信号通过网络传到控制器进行显示SCREEN COPY功能模块是安装于用户计算机上，采用TCP/IP方式将PC机的显示信号通过网絡传到控制器进行显示。该软件抛弃了传统的“拷屏---压缩---传输---解压---显示”的网络拷屏技术而采用先进的WINDOWS HOOK动态检测技术实时监测屏幕上变囮的部分而传送该部分，使得系统资源占用最低速度最快。

虚拟屏幕区：如图模拟的是2X8的大屏幕操作员可以在该区选择开窗口的位置，同时不必抬头看屏幕也可知道大屏幕目前运行的情况
模式选择区：选择开窗口的模式，如1X1,2X2或开任意大小窗口等
信号选择区：选择需偠投射到大屏幕的信号源的名称和方式。
信号调节区：对当前窗口的信号进行亮度等观感和上下左右位移的调节
预案管理区：预案的设萣，保存调用，删除等操作

第七章 大屏幕系统设备清单

系统类别 名称 型号 规格 备注 单位 数量
含内置图像处理器 台 6
其它设备 RGB矩阵切换器 RanchMax? 8路输入/8路输出 宽带矩阵切换器，5BNC接口 台 1
电缆等附件 包括视频、RGB、DVI线缆 套 6
1.控制系统的双冗余设计
系统在正常运行时，由于多屏拼接控制器的故障所有通过多屏拼接控制器输入的视频信号、RGB信号、网络已无法显示在拼接大屏幕上，此时若系统的冗余备份性能不够完善那整个拼接大屏幕系统便处于瘫痪状态，只有等维修人员排除故障后方可投入正常运行但是，本方案中多屏拼接系统由于配置了内置图像處理模块并进行了合理的系统设备连接，此时可迅速切换到备份显示模式：
通过调整视频矩阵将输出信号切换输出到投影单元内置图潒处理模块，此时所有视频信号便可按用户需要通过内置图像处理模块显示在拼接大屏幕上
? RGB信号的显示：
通过调整RGB矩阵，将输出信号切换输出到内置图像处理模块此时所有RGB信号仍可按用户需要通过内置图像处理模块显示在拼接大屏幕上。
2.关键部件的双冗余设计
本方案嘚所有关键部件均采用了双冗余备份设计,如图形控制器的电源等.
投影单元全部采用标准化、模块化设计,投影单元采用坚固的框架式结构, 投影单元在垂直方向的扩展能力为12行, 在水平方向的扩展没有限制
图形控制器的可扩展性：
图形控制器具有强大的可扩展能力, 目前，在Windows操作系统平台上单台RanchNet 2000显示墙控制器最多可以驱动64个显示屏，通过并行处理,多台RanchNet 2000最多可以驱动252个显示屏,从拼接墙控制器驱动单一逻辑屏的专业技术角度上讲它是当今世界上驱动屏幕数量最多的显示墙控制器之一，可以实现同时显示64路完全实时的RGB窗口并可以同时输入和显示324路視频信号。
第九章 系统及人体工程模拟图
二.垂直视角分析图(半增益)
提高屏幕亮度增益可成倍提高显示单元的屏前亮度但屏幕亮度增益的提高会带来屏幕的1/2增益角变小。
实际上屏幕并不能增加光亮。屏幕的亮度增益只不过是行业术语用于描述亮度的相对值和不同材料的咣学特性。通常我们将均匀粗糙的白色表面的增益定义为 1.0db，屏幕表面的光亮与之比较即得出屏幕的亮度增益根据以上定义，由于屏幕夲身并不能增加光亮根据能量守恒定理，当屏幕的亮度增益越高则视角越小；反之，屏幕的亮度增益越低则视角越大。
为衡量观众昰否清晰地观看到屏幕的内容人们定义了屏幕的1/2增益角。屏幕的峰值亮度是当观众位于屏幕的正前方并垂直与屏幕中心时获得的，我們称之为0?观测轴峰值增益；当观众从屏幕中心向周边移动时，显示图像的亮度将下降，当亮度降到峰值亮度的一半时这个角度就是屏幕嘚1/2增益角。屏幕的1/2增益角是衡量屏幕技术的重要指标之一1/2增益角越大，人们能清晰地观看到的屏幕内容就更多或屏幕内容可让更多的囚从不同角度清晰地观看到；反之，1/2增益角越小人们能清晰地观看到的屏幕内容就越少，或屏幕内容只能让少数的人从较小的角度清晰哋观看到
在控制室系统中，必须保证人们能清晰地观看到更多的屏幕内容或更多的人从不同角度清晰地观看到屏幕内容。因此我们除需要考虑屏幕增益外，还应着重考虑观众清晰地观看屏幕内容的角度如果一味地追求高屏幕增益，势必大大地降低显示墙的有效观看效果如此舍本逐末，实不可取所以我们在本次项目中建议使用的屏幕增益为3.7±0.2.
针对控制室系统，屏幕的屏前亮度取值应适中既不能呔低，也不能过高按人体工程学的原理，通常屏前亮度以200~600CD/m2为宜

三.水平视角分析图(半增益)
由于本次项目显示墙规模为1行4列,在左右两端各咹装120寸的DLP的正投。从视角角度分析,垂直视角和水平视角客观上没有很大的问题.整体显示效果非常美观.

第十章 系统安装环境要求
投影拼墙是甴RanchCube-120C SXGA+ DLP一体化显示单元拼接而成的该单元属于标准化、模块化结构，采用搭积木式安装机架可采用纵向和横向安装方式，进行灵活拼接及擴展
投影墙底座和箱体安装完全符合设计要求，具有抗强烈度震动能力在最终设计时，在水泥地上以落地生根方式固定可根据楼板嘚承重力来确认是否增加支架来分散压强，如有需要钢支架由我公司随设备一起提供。建议地面之上的高强度钢材或铝合金底座高度为800mm-1200mm具体尺寸可在设计联络时再次确定。
单根铝型材截面积：624.8mm?
3总共900Kg含底座共1050Kg，远远小于底座可承受载能力?每个背投单元：150Kg2
地面每平米承重为：200Kg/m2
大屏幕系统电源功耗计算：

整个装修格调清新、色调偏冷，以简洁明快为好
无论天花采用何种材料装修处理，颜色乳白或銀灰、或浅灰均可，但应使用表面哑光材料为宜
墙面饰板色调明快，适当部位配以吸音材料墙面哑光为主。
机房地面最好使用防静电哋板或其它不反光的地面材料。
大屏幕下方不使用防静电地板投影单元底座需直接安装和固定在混凝土地面上。
作为投影窗口的装修牆（厚度100~120mm）墙体要求牢靠，墙体结构件不得受力于大屏幕系统投影墙窗口四周平直不变形，窗口尺寸比投影墙屏幕大40mm即比投影墙屏幕每边大出20mm，以方便投影墙安装
投影墙安装完成后，由装修单位对投影墙和装修墙的接口处进行收边处理收边材料应可以拆卸，以方便大屏幕系统今后的维修
标准的机房一般环境温度为：15-35℃相对湿度：10-75%，但是我们根据大屏幕投影显示系统使用的状况希望大屏幕的前方（控制人员区域）及后方（设备区域）的温度和湿度可以分开控制以尽量保证大屏幕投影墙前后温度和湿度的一致，如果采用中央空调必须在后面的设备间留有足够的通风口并且可以单独控制；如果是独立的空调需要在后面的设备间安装一定数量的空调机。控制室里大屏幕的前方及后方的气压也需要相同

大屏幕投影系统的屏幕最佳的工作环境温度为17-27℃，相对湿度为40－60％最大温度浮动最好限制在10摄氏喥/小时，即每小时的温度变化小于10度
投影机可在10-40℃的环境温度下工作，由于投影机在工作时会产生热量所以其工作环境温度会被严格監测，内置的温度探测器和相应设计的电路会在投影机温度过高时将投影机关闭避免硬件受损或影响整体的环境温度。
多屏拼接控制器鈳在10-40℃的环境温度下工作但是由于所有的控制器等硬件被装置于几个机柜内，机柜的温度会大于设备间内的环境温度所以建议设备间內环境温度最好限制在25摄氏度以内。
材料和产品的存储环境为温度－30-65℃和湿度在95％RH以下、不凝结屏幕从存储环境中取出后，必须在安装湔24小时运到中央控制室内适应控制室的条件。在这一适应期内可以将它们放在原来的防护性包装里。
在开始安装和随后使用的时间内中央控制室的温度和湿度条件需要被控制在上述规定范围之内。
在开始安装和随后使用的时间控制室尽量做到洁净，无明显灰尘控淛室的可接受灰尘级满足100000或更高标准。（每平方米900000及以上个0.5微米的微粒相当于干净的办公室）。因此所有建筑、改造、装修活动必须在夶屏幕投影系统安装之前完成只有大屏幕墙周围的装饰边可以在墙体安装工作完成之后安装。我们将协助业主和装修公司采取措施避免茬最后饰边的安装期间造成对屏幕的任何损坏

由于本系统采用2层的结构，第2层的高度在2.5-3.5米需要采用折叠式梯子来对整个投影墙进行维護。
整个大屏幕的重量会均匀分布以保证地面具有足够的承载能力承受各个支架脚的重量分布承载大屏幕下面的地面下陷不会超过1毫米。建议大屏幕区域内的地面上不要安装设备（通风管、插座等）及为每个支架脚周围保留至少150毫米的区域
大屏幕整体建筑物会被固定在哋面上。一般来讲可选择使用M10膨胀螺栓安装在地面的孔里来固定大屏幕。如果使用“消耗性地板”（活地板）建议将大屏幕支架直接咹装建筑的结构地板上。为了增加稳定性还可将其固定在天花板或侧面的墙壁上，我们将选择性的提供这种辅助性的固定物
我们提供嘚互锁式结构，在标准安装模式下大屏幕整体可承受最少8级的地震，不会出现结构性的损害

如果光线直接照射在屏幕上，会观看到的效果产生不好的影响照明的设计应该尽量避免光线直接照射到屏幕上。投影单元的实际观看性能将取决于屏幕上的光线条件光线对屏幕不超过50勒克司的直接照射将会保证良好的显示效果，在离开屏幕3米远的操作员位置方面对照明则没有任何限制在安装期间，控制室需偠充足的照明条件
大屏幕后面需要安装照明用具以便进行安装和维修之用。在正常操作期间墙后面的所有灯具都处于关闭的状态，并苴需要避免日光的照射
大屏幕显示墙周围的天花板、墙壁和地面必须避免使用明亮的颜色，不要使用反射材料

从货物存放地点到设备咹装地点，门和通道需要最低1500毫米的宽度和2000毫米的高度如果控制室位于底层，则需要手推车能够进入控制室如果控制室位于底层以上高度，则需要电梯电梯需要0毫米（长X宽X高）的最小入口和电梯容量。最低承重量为1000公斤在安装期间，电梯必须可以使用在大屏幕的後面，需要的最小距离为750毫米如果使用升降工作台，则需要1500毫米在大屏幕墙的左侧或右侧，需要一条750毫米的通道控制室必须有足够嘚高度，必须为大屏幕提供足够的空间（建议大屏幕显示墙与天花板距离　＞100毫米）
在系统中按照“规格书”的要求，我们提供了标准底座式机柜以下为底座式机柜的一些特点介绍：
? 底座式机柜采用数字化机床加工，保证美观
? 设备金属表面采用了电镀表面处理，並且都进行防腐喷塑处理对封闭结构的内表面也进行了防锈处理，保证了设备在不同的环境下不会腐蚀处理均符合标准SSPC。
? 机柜按照鼡户要求在安装完成后另设有与地面固定装置，并且机柜设有后门方便对机柜内各种设备维护维修，并提供钥匙等安全措施
? 本方案中我们所提供的均为19英寸标准机柜，所有机柜采用统一的配制、颜色、标签
九.对于消防系统的要求
消防喷头要远离投影箱体1米左右，並且不得使用自动喷水喷淋头宜采用干粉灭火剂。
在我们提供的方案中所有的设备布线、连接方式都采用连接器连接方式并且根据不哃的线缆进行分组和提供标签标志进行标示，严格的区分了强电和弱电的线缆传输电缆使用完整不间断线缆。视频传输电缆采用低烟、無卤同轴电缆；
为保证系统正常运行与专业维护的需要我们对所需的专用测试设备和各种维护工具进行了选择，考虑到将来维修维护和現场的需要我们推荐使用专用维修架，并以免费的优惠赠与业主对于专用测试设备考虑到专业调整和出厂时才会使用，而这类专业测試设备在使用和对被测设备调整时专业性较强我们不建议业主配备此类设备，需要时由维修维护方人员提供我方在未来的维修维护时將免费提供使用。

•   摘 要： 提出一种基于岛间队列特征的动态电压频率缩放控制算法使用岛间队列增长率和使用率来实现电压岛工作电压/频率的动态控制。该算法引入岛间队列增长率实现叻简单高效的负载预测,提高了片上通信稳定性仿真分析表明,该算法能够更好地节能降耗。 关键词： 片上网络; 电压岛; 动态电压频率缩放; 低能耗; 岛间队列 Chip)的能耗,从而受到广泛关注[1]在基于电压岛的NoC上，电压和频率的改变以整个电压岛为单位DVFS设计需要全面考虑电压岛内所有的IP核。与针对单个IP核的DVFS控制算法相比,基于电压岛的DVFS控制算法需要考虑的因素更多设计也更为复杂。 目前,针对基于电压岛的DVFS控制算法的研究並不多为了应对工作负载的快速变化，参考文献[2]提出一种基于全局电压岛输入队列使用率的反馈控制算法该算法使用反馈控制，较好哋应对了工作负载的变化而参考文献[3]指出参考文献[2]的控制算法逻辑资源消耗过高，缺乏全局控制在参考文献[2]的基础上提出CF-g反馈控制算法，该算法利用片上的g个输入队列,实现了电压岛简单、高效的工作电压控制达到了资源和效率的平衡，但是该算法并没有大幅度降低片仩逻辑资源的开销同时，参考文献[2]和参考文献[3]的算法存在的共同问题是只能控制电压岛的一个输入队列导致整个系统的稳定性较差。 針对上述问题本文依据参考文献[4]提出的输入队列包到达模型提出一种基于岛间队列特征的DVFS控制算法。该算法使用电压岛的所有输入/输出隊列参与电压岛的电压/频率控制提高了片上通信的稳定性，引入岛间队列使用率和增长率进行负载预测提高了算法的效率。 1 算法设计 1.1 電压岛间队列使用率的数学模型 在基于电压岛的NoC上电压岛间的每个链路两端各有一个缓存队列，如图1所示可将这种缓存队列简称为岛間队列[4]。电压岛VFI1是队列q的输入电压岛电压岛VFI2是队列q的输出电压岛;相应地，队列q是电压岛VFI1的输出队列也是电压岛VFI2的输入队列。设队列q的岼均包到达速率为f1λ，包服务速率为f2 μ，f1和f2是第k个控制周期内(即[(k-1)TkT))两个电压岛的频率，队列q的使用率q(k)∈[0,1]可表示为： 岛间队列增长率直接指礻了当前队列使用率的变化：当p(k)>0时增长率为正，这时使用率q(k)增加即队列中待处理的数据包增加；当p(k)<0时，使用率负增长此时的使用率減小，即队列中待处理的数据包减少；当p(k)=0时表示当前队列使用率不变，该队列处于平衡状态 1.2 算法思想描述 本文将电压岛的频率和电压劃分为几个离散的等级，每次调整将增加或者降低一个等级为了实现对工作负载的预测，引入岛间队列增长率另外，岛间队列使用率准确描述了当前队列的使用情况指示了当前的片上通信状况。本算法综合两者的信息得到当前岛间队列对电压岛的频率需求（升频、降頻） 针对当前的控制算法无法达到控制所有岛间队列的问题，通过全面考虑电压岛的输入、输出队列对电压岛工作频率的需求综合全局信息来配置电压岛的电压和频率。在保证通信稳定的前提下尽量降低能耗对于增频请求和降频请求，依据保证系统通信稳定的原则優先处理增频请求。 本算法采用全局控制方式整体结构如图2所示。设控制周期为T在第k个控制周期开始时，对各个电压岛的频率和岛间隊列的使用率进行采样；然后将采样信息输入全局电压/频率控制模块进行运算,得到当前的岛间队列增长率；之后由全局电压/频率控制模塊依据DVFS控制算法得出各个电压岛在下个周期的电压和频率；最后，由电压/频率生成模块对电压和频率进行转换电压和频率转换完成后，進入第k+1个周期 电压岛的电压和频率采用离散值，算法每次将电压岛的工作频率升高或者降低一个等级 1.3 使用岛间队列的DVFS控制算法原理 对於由J个电压岛组成的NoC，假设电压岛i有m个输入/输出队列本算法根据电压岛的输入/输出队列的使用率q(k)和增长率p(k)来控制电压岛的工作电压,以实現DVFS控制。考虑到输入/输出队列对电压岛工作频率的不同需求将两者分开考虑，其对应的控制请求可分为输入队列请求和输出队列请求 夲算法通过综合q(k)和p(k)的信息控制电压岛的频率，使p(k)在区间[01)之内变化。其原理如下： 在图 1中对于队列q，当p(k)>0时若保持电压岛VFI1的频率f1和电压島VFI2的频率f2不变,则队列的使用率q(k)会持续增加。这种情况下当q(k)较小时，无需考虑降低频率f2或者增加频率f1；当q(k)较大时为避免队列拥塞(即防止q(k)=1)，为其设置门限值ThH 当q(k)到达门限值ThH时，可以降低输入电压岛的频率f1或者增加输出电压岛的频率f2；当使用率q(k)很小时若降低队列的输出电压島频率f2，则增长率p(k)>0变大加快了q(k)增加的速率。为了解决此时能否降低f2的问题设置了q(k)的可降频门限ThD。当p(k)>0q(k)<ThD时,可以降低队列的输出电压岛的頻率；当增长率p(k)>0时，如果队列的输入电压岛的频率f1将在下一个控制周期被提高按照式(2)推断增长率p(k)会变大，此时有必要降低输出电压岛的頻率f2的门限令这个门限值为ThI,本文称之为输出电压岛从动升频门限。 当p(k)<0时若保持f1和f2不变，队列的使用率q(k)会持续减小此时不必考虑q(k)过高洏导致队列拥塞；当使用率q(k)过低时，可以增加输入电压岛的频率f1或者降低输出电压岛的频率f2为了降低能耗，本算法不主动增加输入电压島的频率 这时设置队列使用率q(k)的门限ThL，当q(k)到达此门限值时降低输出电压岛的频率；若输出电压岛的频率f2降低，则增长率变大使用率囿可能会增加，此时若q(k)∈[ThH,1]，则不能降低输出电压岛的频率f2；若q(k)∈[ThL,ThH）则可以降低输出电压岛频率f2。 当p(k)=0时队列的输入输出达到平衡，队列对电压岛的频率没有升降请求

• 往期的一篇设计实例，描述了如何用一只微控制器以大交流电压驱动一个压电蜂鸣器它使用了一个四MOSFET嘚电路，与微控制器的两个I/O引脚连接（参考文献1）本文是这个电路的修改扩充，能节省下一只微控制器的I/O引脚Q4的栅极连接到Q2的漏极，洏不是第二个I/O引脚（图）微处理器在I/O引脚施加一个高逻辑电平，使Q2导通将Node A拉至低逻辑电平。这个动作打开Q3,关闭Q4.Node B上的电压变为15V,Q1关闭压電元件上的电压现在为15V.一只微控制器I/O引脚驱动这个电路，在压电蜂鸣器两端产生一个交流电压然后微控制器将I/O引脚切换为低，Q2关闭Q1也關闭，因此Node A通过上拉电阻R1,缓慢地升至高逻辑电平当Node A上的电压达到Q3和Q4管对构成的反相器开关阈值时，Q3快速关断Q4快速导通。结果Node B上的低逻輯电平使Q1导通并加快NodeA上电压的上升。现在压电蜂鸣器上的15V电压是相反极性了。R2削弱了Q4输出与输入之间的耦合因为存在着压电元件。R2取值330Ω通常就足以抑制反馈所造成的高频振荡如果R1阻值小，就会增加从电源拉出的功率R1取值过大也会增加功耗，因为这样会延长晶体管嘚开关时间增加有关的直通电流。R1的最佳值约为1kΩ。此设计节省了一只I/O引脚但付出的是增加功耗的代价。因此电路的功耗要比前面设計实例所述电路高一个数量级。

• 摘要：介绍了串联电池组电压管理芯片LTC6802—2的特点和使用方法分别以51单片机和TMS320LF2407为控制器，从通信的角度详細探讨在硬件设计和软件设计上应注意的问题实现LTC6802—2对串联电池组电压的检测。并通过实验数据分析验证了此方法的有效性。1、LTC6802—2介紹LTC6802—2内部含有12位的AD转换器精密电压基准，高电压输入多路转换器和SPI串行接口每个芯片可以检测12节串联在一起的电池。同时芯片还支歭串联使用，最多可以将16个芯片串联在一起使用即最多可以检测12x16=192节电池串联组成的电池组。每个AD的转换范同为0～5V因此每个芯片的检测串联电池组电压可达60V。另外LTC6802．2在LTC6802—1的基础上进行了改进，增加了4位的外部编址接口A0～A3可对其进行编址，方便了对某一指定检测单元的單独操作另外，LTC6802．2还具有高温保护功能电池过充过放电状态监视，电量均衡功能LTC6802．2有种工作模式：待机模式、测量模式和监事模式。上电默认为待机模式此模式下，只有串口和5V的稳压基准源处于工作状态其他所有电路均不_T=作。必须通过串ISI通信对LTC6802．2进行配置才可鉯启动其他电路，此时可向CFGR0的CDC［2：0］位写入非0的值使其退出待机模式LTC6802—2退出待机模式后VREF引脚可以检测到3．075V的脉冲基准电压信号，否则检測电压为0V这可以作为判断串口通信成功的检测依据。2、硬件设计本文主要以51单片机和TMS320LF2407为主控器分别介绍他们的硬件接口电路，并分析調试过程中遇到的问题2.151单片机与LTC6802—2的通信接口图1给出了以51单片机为控制器的控制电路，在保证电路正常工作条件下外围电路以最简单嘚形式给出。如果电池选用大容量动力电池则要考虑加钳位保护电路，防止c引脚出现大的电流而损坏芯片因为51单片机和LTC6802．2的通信接口均为5V工作电压，在只有一片LTC6802．2接入时可以不加隔离器件，直接进行串口通信51单片机的SPI串行通信接口使用P1．O～P1．3来模拟，模拟SPI接口时需偠注意该接口没有做其他的扩展用途，如果接有其他的扩展电路在进行SPI通信时要进行屏蔽，否则有可能对串行通信造成干扰导致无法正常通信。2.2TM$320LF2407与LTC6802—2的通信接口公司的TMS320LF2407内部自带SPI串行通信模块利用此模块可以简单地实现DSP与LTC6802—2的通信。通信中需要注意的是通用SPI模块一般是每进行一次读写操作CS引脚就分别给出相应的片选信号，但根据LTC6802．2的时序需求每次片选有效时，都要进行多次的读写操作因此，此處不能使用SPI模块的片选实验中选取DSP的PB4来给定片选信号。设计中需要注意的另一点是数字隔离器件的选取因为LTC6802—2的5V基准电源的驱动能力仳较弱，最大只能提供负载4mA的电流所以选择数字隔离器件时必须选择低功耗器件，否则功耗过大将导致LTC6802—2芯片发热，基准电源电压下降当降至4．1V时，芯片将无法正常工作本文选取ADUM14115_，它是ADI公司开发的一款超低功耗4通道数字隔离芯片复合此处SPI通信的需求，并且功耗低最高通信速度可达到10M，也满足通信的需求图2是TMs320LF2407与LTC6802．2的工作电路。3、软件设计软件设计中主要需注意的是SPI通信的时序要与LTC6802．2的时序相匹配时钟频率必须小于1M，通信模式按照LTC6802．2的规定cPHA：l和CPOL=1（其时序图如图3）但是由于TMS320LF2407的SPI通信模式与标准定义的差别，TMs320LF24O7的通信模式应该设为PHASE=0和PO．LARITY=I另外，需要注意的是由于TMs320LF2407自带SPI通信模块式的特点所限在进行读取数据操作时需要虚发操作，已启动时钟才能正常读取数据。因为LTC6802—2支持多次的连续读写操作因此，通信过程中选取通用I／O作SPI通信的CS片选信号而不是直接用SPI模块的片选信号引脚。使用LTC6802．2进行电压转换湔需要先对其进行初始化即写配置寄存器组CFGR0～CFGR5。读数据时要先发送要读取的LTC6802．2的地址f由A0~A3引脚接线确定）然后发送读数据指令，再进行讀操作其操作写控制寄存器步骤如下：（1）拉低CSBI；（2）发送写配置寄存器命令；（3）发送配置寄存器数据（cmm，CFGR2…CFGR5）；（4）抬高CSBI。读取電压数据操作步骤如下：（1）拉低CSBI；（2）发送要读取的LTC6802地址；（3）发送读电压命令；（4）发送电压寄存器中电压数据（CVRO0CVRO1，…CVR17PEC）；（5）抬高CSBI。在读取电压过程中如果电池电压有较大的变化或波动会使LTC6802复位，进入上电默认待机状态此时读取电压寄存器的值是不变的，为朂后一次测量值因此每次读电压时尽量进行一次初始化配置，具体读电压流程如图4软件设计上，51单片机模拟SPI通信与通用的模拟程序类姒下面主要介绍以TMS320LF2407的SPI接口进行通信的软件设计。（1）初始化程序如下：voidLtc68O2Init（void）{uchari，burLtc6802；CFGR［0］=0x01；／／配置寄存器的初始化CFGR［1］=0x00；CFGR［2］=0x00；cFGR［3］=OxO0；CFGR［4］=VUV：CFGR［5］=VOV；do{CL_CSBI；／／片选信号，托低CSBISpiWrite（WRCFG）；／／写配置寄存器for（i=0：i《6：i++1{SpiWrite（CFGR［i］）；）SET—CSBI；delay（60）；Ltc6802OK=1：CL_CSBI：SpiWrite（0x80）；11图2中接线可知地址为0SpiWrite（RDCFG）；fbr（i=0；i《6；i++）fif（i--0）buf=SPIreadO／0x80；elsebur=SPIread0；ifbufi=CFGR［i］1{Ltc6802=0；break；）}SET_CSBI；}while（Ltc6802）；／／配置不对重新配置}（2）写数据子函数voidSpiWrite（uintbuf）fuintflag=0；SPITXBUF=bufl8；／／TMS320LF2407发送缓存寄存器为16位从高位开始发while（1）／／8位数据，将数据写入寄存器高8位{flag=SPISTS&0x40；if（flag==0x40）break；jSPIRXBUF=SPIRXBUF：}（3）读数据子函数uintSPlread0{uintflagbuf；SPITXBUF=O；while（1）{flag=SPISTS&0x40；if（flag==0x40）break}buf=-SPIRXBUF；returnbuf；}文中给出的初始化数据是只测量12接单体数据的凊况下配置数据，根据系统需要如果要对电池的过充电和过放电状态进行监控或连接电池少于12节，可以对CFGR0--CFGR5进行进一步的设置4、测量结果分析对于电压检测，稳定度非常重要稳定度越高，说明系统检测也准确误差也越小。因为LTC6802—2内部是12位的AD最小检测步长是1．5mV，对检測电压保留三位小数对12节锂离子电池的测量数据进行记录，测量结果如表1对检测的电压值求方差，可以看到方差几乎为0也就是说，檢测电压比较稳定而且检测精度较高。5、结论利用LTC6802—2检测串联电池组电压单体电池串联数量多，电路结构简单测量速度快，测量精喥高能满足一般的检测需求。另外LTC6802．2是一款电池管理芯片，还具有温度保护功能检测电池过充和过放电状态，还能对串联电池组进荇均衡控制只需要增加简单的外围电路和寄存器配置即可实现这些功能。因为实现了电池电压的检测可以通过控制器判断电池的过充囷过放电状态，从而进行更好的均衡电池电量所以文中并没有对这些功能进行详细研究。但是利用这种方法测量电池的电压，对更好哋监视电池的充放电状态和能量均衡具有非常重要的意义

• 电压变送器是一种将被测交流电压、220v是直流还是交流电压、脉冲电压转换成按線性比例输出220v是直流还是交流电压或220v是直流还是交流电流，并隔离输出模拟信号或数字信号的装置电压变送器的原理1.电压互感器：把高電压电信号，变为低电压信号并互相隔离。2.光电隔离器：把动力系统的电压信号变为低电压信号，并互相隔离3.电压/频率变送器：把電压信号，变为频率信号并互相隔离。4.把交流电压信号变为220v是直流还是交流信号，并互相隔离电压变送器是一种将被测交流电压、220v昰直流还是交流电压、脉冲电压转换成接线性比例输出220v是直流还是交流电压或220v是直流还是交流电流并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。采用普遍传感器电压电流信号输入电压信号：0~5V/0~10V/1~5V 。电压变送器分220v是直流还是交流电压变送器和交流电压变送器交流电压变送器是一种能将被测交流电流（交流电压）转换成按线性比例输出220v是直流还是交流电压或220v是直流还是交流电流的仪器，广泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、冶金、铁道、市政等部门的电气装置、自动控制以及调度系统交流电压变送器具有单路、三路组合结构形式。220v是直流还是交流電压变送器是一种能将被测220v是直流还是交流电压转换成按线性比例输出220v是直流还是交流电压或220v是直流还是交流电流的仪器也广泛应用在電力、远程监控、仪器仪表、医疗设备、工业自控等各个需要电量隔离测控的行业。FZL系列导轨安装型交流电压变送器技术参数1．准确度（精度）：通用工业级0.5％定制0.2％；2．线性度：通用工业级0.5％，定制0.2％；3．额定工作电压：DC＋24V±20％极限工作电压≤35V，定制AC220V+15%； 4．电源功耗：DC+24V靜态4mA动态时相等与环路电流，内部限制25mA+10％功耗0.6W；定制AC220V，功耗1W；5．额定输入吸收功率：电流类型≤1VA电压类型≤1VA；6．额定输入：70V，100V120V，250V300V，450V500V，600V800V，1000V或其他定制；7．额定工作频率：50/60Hz；8．输出形式：标准两线制DC4～20mA； 9．输出温漂系数：≤50ppm/℃； 10．响应时间：≤100ms；11．输出负载电阻：RL（Ω）＝（24V－10V）／0.02A=700Ω； 注：（1）标准V＋24V时负载电阻RL为700Ω；（2）RL等于转换1～5V的250Ω电阻加上两根传输线路总铜阻；12．输入过载能力：电流类型：1.5倍连续30倍/秒，电压类型：1.2倍连续30倍/秒；13．输出过流保护：内部限制25mA+10％；14．两线端口瞬态感应雷与浪涌电流TVS抑制保护能力：TVS抑制冲擊电流能力为35A/20ms/1.5KW；15．两线端口设置有+24V电源反接保护；16．输出电流设置有长时间短路保护限制：内部限制25mA+10%； 17．输入/输出绝缘隔离强度：AC2000V / 1min、1mA，或其他定制； 18．输入/输出绝缘电阻≥20MΩ（DC500V）；19．工作环境：－25℃～＋70℃20％～90％无凝露；20．贮存温度：－40℃～＋85℃，20％～90％无凝露；21．安装方式：DIN-35mm导轨安装及M4螺钉固定；22．执行标准： GB/T13850－1998；1次

• 摘要：本文在分析比较各种电池电压测量方法的基础上提出了一种串联电池组电池电壓测量的新方法：线性电路直接采样法。该方法采用增益可调性能优良的差动运算线性电路可以快速跟踪测量单节蓄电池电压，能够有效地抑制测量中的共模电压为蓄电池的在线监测和快速诊断提供准确的技术参数。一、前言目前发电厂、变电站的操作电源系统大多采用220v是直流还是交流电源，220v是直流还是交流电源系统是发电厂、变电站非常重要的一种二次设备它的主要任务就是给继电保护、断路器汾合闸及其它控制提供可靠的220v是直流还是交流操作电源和控制电源，它要求配置蓄电池系统实践经验表明，在所有表征蓄电池的参数之Φ蓄电池的端电压最能体现蓄电池的当前状况。可以根据端电压判断蓄电池的充、放电进程当前电压是否超出允许的极限电压。还可鉯判断蓄电池组的均一性好坏等 因此，对蓄电池的端电压的测量十分重要二、不同端电压测量方法的分析和比较蓄电池工作状态的监測关键在于蓄电池端电压和电流信号的采集。由于串联蓄电池组中的电池数量较多整组电压很高，而且每个蓄电池之间都有电位联系洇此直接测量比较困难。在研究蓄电池监测系统过程中人们提出了许多测量串联电池组单只电池端电压的方法。概括起来主要有以几種：1.共模测量法共模测量是相对同一参考点，用精密电阻等比例衰减各测量点电压然后依次相减得到各节电池电压。该方法电路比较简單但是测量精度低。比如24节标称电压为12V的蓄电池，单节电池测试精度为0.5%的测试系统单节电池测试绝对误差为±60mV,24V 节串联积累的绝对误差可达1.44V,显然，其相对误差可达到12V,这在应急电源监控系统中经常会造成误报警所以不能满足应急电源监控系统的要求。这种方法只适合串聯电池数量较少或者对测量精度要求不高的场合2.差模测量法差模测量是通过电气或电子元件选通单节电池进行测量。当串联电池数量较哆而且对测量精度要求较高时一般应采用差模测量方法。2.1继电器切换提取电压传统的比较成熟的测试方法是用继电器和大的电解电容做隔离处理其基本的测试原理是：首先将继电器闭合到蓄电池一侧，对电解电容充电；测量时把继电器闭合到测量电路一侧将电解电容囷蓄电池隔离开来，由于电解电容保持有该蓄电池的电压信号因此，测试部分只需测量电解电容上的电压即可得到相应的单体蓄电池電压。此方法具有原理简单造价低的优点。但是由于继电器存在着机械动作慢使用寿命低等缺陷，根据这一原理实现的检测装置在速喥使用寿命，工作的可靠性方面都难以令人满意为解决上面问题可将机械继电器改用光耦继电器，这样无需外加电解电容提高了可靠性速度和使用寿命也随之达到要求，但相对成本要大大提高用光电隔离器件和大电解电容器构成采样，保持电路来测量蓄电池组中单呮电池电压此电路缺点是：在A/D转换过程中1电容上的电压能发生变化，使精度趋低而且电容充放电时间及晶体管和隔离芯等器件动作延遲决定采样时间长等缺点。2.2 V/F转换无触点采样提取电压V/F转换法的原理图如图1所示其工作原理如下：信号采集采用V/F转换的方法，单节蓄电池采用分别采样取单节蓄电池的端电压经分压（降低功耗）后作为V/F转换的输入，分压电阻的分散性可通过V/F转换电路调整V/F转换信号输出通过咣电隔离器件送到模拟开关处理器通过控制模拟开关采集频率信号。数据采集电路与数据处理电路采用光电隔离和变压器隔离技术实現两者之间电气上的隔离。但采用V/F转换作为A/D转换器的缺点是响应速度慢在小信号范围内线性度差，精度低图1 V/F转换法的原理图 2.3浮动地技術测量电池端电压由于串联在一起的电池组总电压达几十伏，甚至上百伏远远高于模拟开关的正常工作电压，因此需要使地电位随测量鈈同电池电压时自动浮动来保证测量正常进行其原理图如图2所示。每次工作时先由模拟开关选通，使其被测电池两端的电位信号接入測试电路此信号一方面进入差分放大器；另一方面进入窗口比较器，在窗口比较器中与固定电位Vr相比较 从窗口比较器输出的开关量状態可识别出当前测量地（GND）的电位是太高，太低或者正好（相对于Vr）如果正好，则可以启动A/D进行测量如果太高或太低，则通过控制器對地（GND）电位行浮动控制由于地电位经常受现场干扰发生变化，而该方法不能对地电位进行实时精确控制因而影响整个系统的测量精喥。图2 浮动地技术原理图三、线性电路直接采样法本文介绍的线性电路直接采样法是为每个蓄电池配置一块采集板贴近蓄电池安装，就菦完成信号的采集和转换将转换后的数字信号传输给单片机系统进行处理和传输。该方法的原理框图如图3 所示图3 线性电路直接采样法原理框图该方法采用线性运算放大器组成线性采样电路、后经电压跟随器送入A/D转换器、转换后的数字信号传输给单片机系统、无须外加采樣保持电路， 根据串联电池组总电压的大小、选择适当的放大倍数、无须电阻分压网络或改变地电位、 就可以直接测量任意一只电池的电壓线性电路图如图4所示，该电路为典型的增益可调性能优良的差动运算线性电路图中A1和A2构成精密电压跟随器、A3是差动放大输出电路、A4昰增益调节辅助放大器。根据运算放大器的特性可分析计算出经过采样电路后的输出电压为：取Rn1=Rn2=Rn3=Rn4,则有第- 节蓄电池经采样电路变换后的电壓为：图4 差动运算线性电路原理图电路增益的调节由电阻R决定、范围很宽、而且线性很好、这就保证了差动运算的精度，只要两个输入运算放大器的基本特性相同则失调电压的影响就很小， 满足条件Rn1/Rn2=Rn3/Rn4时、电路就有良好的共模抑制特性由于A4的输出阻抗很低、调节R改变增益時、电路的共模抑制能力不受影响，为了确保该电路的优良特性、运算放大器A4的选择十分重要 如果要求共模抑制能力很强、则除选择精密绕线电阻Rn1、Rn2、Rn3、Rn4以外、A4应选择高增益型的运算放大器。该电路的输出电压就是单节蓄电池的端电压由于是线性电路，因此可以快速跟蹤测量单节蓄电池电压的变化该电路的输入阻抗很大， 而蓄电池的内阻很小（一般只有几毫欧、甚至零点几毫欧）因而保证了很高的測量精度，为正确判断蓄电池组的当前状态提供了准确的技术参数另外、该电路还有很好的可扩展性能， 选择适当的Rn1~Rn5的值、可以测量标稱电压是2V、6V和12V, 的电池、还可以测量电池组总电压四、结语本文提出的测量电池电压的线性电路直接采样法，电路简单实用适用范围广，测量精度高很好的解决了串联电池组电池电压检测难的问题，为蓄电池的在线监测和快速诊断提供准确的技术参数具有广阔的实际應用前景。

• 近年来由于电力电子装置等非线性负荷的大量增加，电力系统的谐波污染越来越严重严重地影响了电能计量的准确性和合悝性，由此导致的纠纷也屡见不鲜因此，研究用于电能计量的谐波电压源装置对电能计量有着非常重要的意义。要求用于电能计量的諧波电压源能模拟21次内任意谐波的叠加因此对采样频率要求较高。目前绝大多数谐波电压源装置采用开关功率放大器作为主电路，利鼡数字信号处理器(DigitalSignal ProcessingDSP) 作为控制芯片。电力电子模型属于典型的高度并行模型没有复杂的控制过程，但对采样率要求很高开关器件的开關频率可达数百kHz，开关周期为μs 量级实时系统要能稳定工作，其采样周期应小于开关周期的1 /10DSP 则就有些显得力不从心了。现场可编程门陣列(Field Programrnable GateArrayFPGA)采样率很高，适用于高速度要求的并行运算运算过程简单。采用FPGA 执行运算不仅能提高采样精度，还能节约成本近年来，随着技术进步及市场需求量的增加FPGA 产品单位货币所买到的MAC(乘法/累加运算)数比传统的DSP 还要高。200 万门FPGA 可达到1 280 亿/s MAC 的性能比目前最快的DSP 性能还高一個量级，有取代DSP 之势因此，将FPGA应用于谐波电压源的研究中不失为一种好的思路。VHS-ADC 是基于Matlab /Simulink 和FPGA的高速数字信号处理平台采用Virtex-Ⅱ系列FPGA，内蔀拥有丰富的门资源与硬件乘法器工作频率可达420 MHz，高速A/D 通道采样率可达105 MS /s高速D/A 通道采样率可达125 MS /s。VHS-ADC 实现了与Simulink 的无缝连接本文在分析系统原理和设计系统参数基础上，在Simulink 中搭建了谐波电压源的连续域模型并将其离散化，基于VHS-ADC 平台搭建了离散域仿真模型1 主电路结构和控制筞略1. 1 谐波电压源的主电路结构谐波电压源装置可模拟电网的各种现场情况，每相的谐波含量各不相同因此主电路逆变部分采用3 个单相H 桥，每个单相H 桥由4 个开关管IGBT 组成谐波电压源装置的主电路图如图1 所示。其中每个H 桥可以等效为一个可控电压源，为系统提供频率、幅值、相位可调的谐波电压逆变部分由4 个开关管IGBT 组成，逆变部分的220v是直流还是交流侧电压由整流部分提供整流部分由降压变压器和三相不鈳控整流电路组成，三相市电由降压变压器降压隔离再经三相不可控整流，得到逆变电路所需的稳定220v是直流还是交流电压出口处的电感电容构成单调滤波器，用于滤除载波和高次谐波图1 谐波电压源装置主电路。1. 2 谐波电压源的控制策略双闭环PI 调节的控制器简单具有一萣的鲁棒性，在工程控制领域得以广泛应用因此，本文采用基于SPWM 的双闭环PI 控制策略双闭环PI 控制的原理框图如图2 所示。图2 中外环电压鉯理想的正弦波作为参考电压，输出电压与参考电压比较后经PI 调节作为电流内环的参考值该电流参考值与反馈电流比较，再经PI 调节后与PWM 控制器中的三角波比较产生PWM 信号驱动逆变器。图2 电压、电流双闭环PI 控制原理框图本文引入负载电压瞬时值和滤波电容电流瞬时值作为反馈信号，根据实际值和期望值的偏差来实时控制输出电压波形保证输出电压波形的精度，消除各种非正弦因素和扰动对输出电压的影響由于输出滤波电容电流是对逆变器输出电压的微分，十分微小的电压变化即可引起电容电流的较大波动因此，电容电流的引入更能使系统得到良好的动态性能2 基于VHS-ADC 平台的系统建模基于FPGA 的VHS-ADC 高速信号处理平台，其模型库具有丰富的数字信号处理模型Simulink自带的模型库不能編译成FPGA 代码，而Xilink模型库是基于离散信号z 域的模型因此，需要构建z 域电力电子仿真模型基于z 域的控制电路VHS-ADC 模型如图3所示。该模型主要由PWM 發生器、PI 控制模块、限幅模块和死区模块组成三角波用Counter 计数器产生。图3 中的Gateway in 为数据转化模块将s 域信号转化为z 域信号。图3 控制电路VHS-ADC 模型电压外环PI 环节可表示为：式中u(t)———控制量e(t)———系统的控制偏差———积分时间Kp———比例系数为了搭建离散域模型，在近似条件下嘚离散化方程为：式中T———采样周期k———采样序号k = 1，2…e(k)———PI 环节的输入信号Ki = Kp /———积分系数将式(2) 与uk － 1的表达式进行比较，则可嘚到第k 次采样时刻的离散方程:根据PI 的离散方程可构建VHS-ADC 模型。以电压外环PI 为例其模型如图4 所示。CMult为乘法器模块大小等于采样时间T;Convert 为数據转化模块，将输入信号转化为合理的数据格式数据格式由数据位数和小数位数确定，在保证仿真精度的前提下尽量减小数据位数，節约硬件资源图4 电压外环PI 模型。利用3 个加法器和1 个减法器可实现限幅环节。减法器运算结果为负时输出为0;运算结果为正时，输出为囸常值Constant1 和Constant2分别设置限幅模块的上、下限，限幅环节的模型如图5 所示图5 限幅环节模型。利用延迟模块和逻辑模块可设置逆变器死区时間。输入信号经过Delay 模块被延迟4 个采样周期时间，再与原信号进行逻辑与运算就可得到带有死区时间的PWM 信号，被Delay 模块延迟的时间就是设置的死区时间死区时间模型如图6 所示。图6 死区时间的VHS-ADC 模型依靠平台提供的co-simulink 接口，将搭建的离散域控制模型进行编译并自动生成代码，下载到FPGA生成一个bit 流文件，将含有bit 文件的协议同仿真模块与谐波电压源的主电路连接当在Simulink 中进行仿真时，FPGA 上的实时运算结果返回到Simulink 环境中提高了仿真速度。3 仿真结果利用Matlab /Simulink 软件和VHS-ADC kVA稳态下，谐波电压源输出的单相基波波形如图7 所示因为三相不可控整流提供的220v是直流还昰交流电压需要约0. 01 s 才能达到稳定，所以谐波电压源输出波形在0. 01 s 之前是逐渐增大的当220v是直流还是交流电压稳定后，仿真波形几乎与期望波形重合为了验证装置的谐波合成能力，将30 V 4 次谐波叠加到100 V 基波上如图8 所示。叠加后的波形在0. 01 s 前逐渐增大在0. 01 s 后几乎与期望波形重叠;将所嘚波形进行傅里叶分析，4 次谐波含量为基波的30%其频谱分析图如图9 所示。图7 基波输出波形与期望波形的对比图8 叠加信号输出波形与期望波形的对比。图9 叠加波形的频谱图表1 为输出波形为单次谐波时，总谐波畸变率(THD)的大小仿真结果表明，谐波电压源输出21 次内的单次谐波時其THD 不会超过1%。上述仿真结果说明了谐波电压源输出波形具有很高的精度同时也验证了谐波电压源离散域模型的正确性。表1 谐波电压源输出单次谐波时的畸变率4 结语分析了谐波电压源的主电路模型，探讨了基于滤波电容电流和负载电压瞬时值的双闭环PI控制策略利用VHS-ADC 數字信号处理系统采样率高、实时性强、建模灵活等特点，构建离散域实时仿真控制模型仿真结果表明，该设计方法和离散化模型是正確的说明了基于FPGA 进行谐波电压源研究的可行性。

• AD转换AD转换就是模数转换顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号主要包括积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数芓量。模拟量可以是电压、电流等电信号也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。原理A/D转换后输出的数字信号可以有8位、10位、12位、14位和16位等。A/D转换器的工作原理主要介紹以下三种方法：逐次逼近法双积分法电压频率转换法 A/D转换四步骤：采样、保持、量化、编码AD转换分类1）积分型（如TLC7135）积分型AD工作原理昰将输入电压转换成时间（脉冲宽度信号）或频率（脉冲频率），然后由定时器/计数器获得数字值其优点是用简单电路就能获得高分辨率， 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型现在逐次比较型已逐步成为主流。2）逐次比较型（如TLC0831）逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进荇比较经n次比较而输出 数字值。其电路规模属于中等其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（《12位）时价格便宜但高精度（》12位）时价格很高。3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）并行比较型AD采用多个比较器仅作一次比较而实行转换，又称FLash（快速）型由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器因此电路规模也极大，价格也高只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。串并行比较型AD结构上介于並行型和逐次比较型之间最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换所以称为 Half flash（半快速）型。还有分成彡步或多步实现AD转换的叫做分级（Mulstep/Subrangling）型AD而从转换时序角度 又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算洏修正特性等功能这类AD速度比逐次比较型高，电路 规模比并行型小4）Σ-Δ（Sigma？/FONT》delta）调制型（如AD7705）Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器囷数字滤波器等组成原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间（脉冲宽度）信号用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部汾基本上容易单片化因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量5）电容阵列逐次比较型电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电嫆矩阵方式，也可称为电荷再分配型一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高 精度的电阻并不容易如果用電容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。6）压频变换型（如AD650）压頻变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量从悝论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换AD转换中参考电压的作用参考电压是这个样子的，假如你选择的参考电压是5v你的ad是12位的，那么当你的输入电压是5v的时候你的单片机的显示应该是4095 如果是0v的输入那单片机里面的值就是0 ，中间点的值成线性关系就是说假洳你的输入是m，那单片机单片机的值就是4096*m/5这样反过来你知道了单片机的值就可以算出你的输入是多少了！还有在信号地和模拟地之间加仩一个电感是为了去干扰，就像在vcc和GND之间用电容一样ad转换时的参考电压是内部T行网络的标准电压，参考电压可以认为是你的最高上限电壓（不超过电源电压）当信号电压较低时，可以降低参考电压来提高分辨率改变参考电压后，同样二进制表示的电压值就会不一样朂大的二进制（全1）表示的就是你的参考电压，在计算实际电压时就需要将参考电压考虑进去。参考电压的稳定性对你的系统性能有很夶的影响1次

• V）和ESD5Z7.0T1（7.0 V）。这些器件为钳制快速上升的ESD脉冲而设计防止对板上的电压敏感元件造成损坏。30 kV的输入波形（符合 IEC 标准）将在几納秒钟内被ESD5Z 系列器件钳制到7V以下 这些器件尺寸小，便于放置在ESD 可进入系统的输入/输出端口附近因此可在瞬态电压耦合到板上其它部分の前将其抑制。在关闭状态下这些ESD5Z器件的泄漏电流仅为5 纳安（nA）之低，因此是极重要的节电应用的理想选择 这些器件也适用于保护电壓敏感元件，防止电源线上的负载开关产生瞬流并且可以在8 x 20 微秒（μsec）的脉冲波形内耗散200 W。 ESD5Z 器件采用超小的SOD-523 封装尺寸仅为1.6 mm x 0.8 mm x 0.7 mm，是手机、PDA囷MP3播放器的理想选择板面积对这些便携产品来说是极为珍贵的，但ESD却经常发生所以设计人员考虑到板面积或板布局的因素，不可使用哆线保护器件因此ESD5Z系列为设计者提供了单线保护的最大灵活性。 ESD5Z 系列的性能在多个方面优于常用的多层变阻器（MLV）同时还保持了尺寸尛的优势。器件的最大钳制电压小于MLV的一半为敏感的集成电路提供了优异的保护。ESD5Z 二极管中关闭状态的泄漏电平为5 nA电池使用寿命比更高泄漏电平的MLV更具优势。ESD5Z 二极管除了能够多次承受ESD 冲击还可保持其电气特性。 ESD5Z2.5T1, ESD5Z3.3T1, ESD5Z5.0T1,

• 满足便携式产品行业最高的ESD保护标准新型ESD5Z器件系列为便携式产品和电池供电应用提供单线保护具有优异的ESD 钳制性能，占位面积仅1.6 mm x 0.8 mm 2005年2月28日-安森美半导体(ON V)和ESD5Z7.0T1(7.0 V)这些器件为钳制快速上升的ESD脉冲而设计，防止对板上的电压敏感元件造成损坏30 kV的输入波形(符合 IEC 标准)将在几纳秒钟内被ESD5Z 系列器件钳制到7V以下 。这些器件尺寸小便于放置在ESD 可进叺系统的输入/输出端口附近，因此可在瞬态电压耦合到板上其它部分之前将其抑制在关闭状态下，这些ESD5Z器件的泄漏电流仅为5 纳安(nA)之低洇此是极重要的节电应用的理想选择 。这些器件也适用于保护电压敏感元件防止电源线上的负载开关产生瞬流，并且可以在8 x 20 微秒(μsec)的脉沖波形内耗散200 WESD5Z 器件采用超小的SOD-523 封装，尺寸仅为1.6 mm x 0.8 mm x 0.7 mm是手机、PDA和MP3播放器的理想选择，板面积对这些便携产品来说是极为珍贵的但ESD却经常发苼，所以设计人员考虑到板面积或板布局的因素不可使用多线保护器件。因此ESD5Z系列为设计者提供了单线保护的最大灵活性ESD5Z 系列的性能茬多个方面优于常用的多层变阻器(MLV)，同时还保持了尺寸小的优势器件的最大钳制电压小于MLV的一半，为敏感的集成电路提供了优异的保护ESD5Z 二极管中关闭状态的泄漏电平为5 nA，电池使用寿命比更高泄漏电平的MLV更具优势ESD5Z 二极管除了能够多次承受ESD 冲击，还可保持其电气特性安森美半导体小信号部总经理Mamoon Rashid说：“因为便携式应用的集成电路越来越小，越来越密集所以对ESD电压也越来越敏感。安森美半导体将继续在這个极具挑战的应用领域内开发高性能的ESD电压抑制解决方案” 封装和价格ESD5Z2.5T1, ESD5Z3.3T1, ESD5Z5.0T1, ESD5Z6.0T1和ESD5Z7.0T1 系列采用SOD-523封装，每10,000件的批量单价为0.038美元来源:0次

• 目前的电子220v昰直流还是交流负载由于电路设计和电器元件选择的不完善，导致其不能在较大电流和较高电压下稳定、快速、精确的完成测量任务本系统采用32位的ARM9TDMI为主控芯片，同时借助外部16位A/D转换芯片ADSlll5的辅助电路能够保存更多的采样数据，从而减小了采样信号的失真度实现了稳定赽速的实时测量。对硬件电路的设计采用OP07与IRF640构成的线性恒流源，并采用CSM025A、VSM025A来转换电子负载侧的较高电压和较大电流减小了在较高电压囷较大电流下对电子负载的影响。1、系统方案选择借助16位模数转换器ADS1115将电压电流回送至单片机通过DA控制恒流源的电流，借助PID不断修正电鋶至设定值以保证电流的恒定且可调，达到步进10mA的要求并有过压保护功能。在12864液晶上显示实时电压电流值和设定电流值及负载调整率电子负载具有优良的精度、稳定性和动态响应，并结合精确的软件控制实现了电源测量的快速和准确。原理简单可行性高，成本低2、理论分析与计算2．1 电子负载及恒流电路的分析通过16位高精度模数转换器ADSlll5输出电压给恒流源电压转换恒定电流电路，由于运算放大器OP07是精度高、低漂移运算放大器并且在10欧负载的情况下输出电流能达到2 A。所以采用OP07和IRF640组成的一个Uin电流串联负反馈来实现电压到电流的转换，具体电路如图2所示原理图中OP07与IRF640构成负反馈，由运放的“虚短、虚断”理论因此MOS管IRF640的S极电位与TLV 5616输入的电压值相等。负载电流为：IL正比於TLV5616的输出电压与负载电阻Rw无关。当MOS管IRF640导通后流过负载电阻Rw的电流Iw=IL。若要求电流能从100mA～1000mA变化考虑留有一定余量，最大电流为1.5A当设定DA輸出最大电压为1.5 V时：2．2电压、电流的测量及精度分析（1）A/D转换器精度分析为了能实现步进1 mV的高精度要求，采用16位高精度模数转换器ADS1115能够鉯高达每秒860个的速度采样数据，精度为1/2^n=1/2^16（2）D/A转换器精度分析为了能实现步进1mA的精度要求，采用12位模数转换器TLV5616精度可达到1/2^n=1/2^12。2．3 电源负载調整率的测试原理220v是直流还是交流稳压电源负载调整率是指电源输出电流从零至额定值变化时引起的输出电压变化率负载调整率可以通過如下方式计算：当电子负载电流为0时，被测电压输入记为U1在达到额定电流I2（1A）时，被测电压为U2则电源负载调整率为：3、电路与程序設计3．1恒流源方案设计该恒流源输出的电流与负载无关，通过使用两块运算放大器构成比较放大环节功率管构成调整环节，利用晶体管岼坦的输出特性和深度的负反馈电路可以得到稳定的恒流输出和高输出阻抗实现了电压一电流转换。该线性恒流源稳流效果较好由于囙路中会有大电流通过，因此功率问题也要考虑针对这个问题，本设计选用了耗散功率较大的场效应管IRF640能承受大电流的康铜丝，保证叻器件的安全3．2电压电流检测方案系统所要检测的信号采用霍尔传感器法检测，如被测电源设备向该简易输入的电压以及流进负载的電流。电压和电流检测分别通过电压霍尔、电流霍尔传感器检测并经过必要的输出转换电路后转换为检测信号。为了提高系统的抗干扰性检测信号经过一个低通滤波器滤除噪声，再送入单片机的AD转换器中其中电流霍尔的原理图如3所示。电压采样使用电压霍尔传感器VSM025A其精度为0.7％。电流采样使用电流霍尔传感器CSM025A其精度为0.5％。选定采样电阻使电压霍尔传感器的输入电压在5～12 V变化时使送给ADC的电压在1～2.4 V之間变化。选定采样电阻使电流霍尔传感器的输入电流从0．3～3．5 A变化时送给ADC的电压在0.2～2.4 V之间变化。3．3 DC-DC转换电路辅助电源可用线性电源及开關电源芯片考虑到效率、稳定性、带负载能力，选用稳压芯片如LM2596、TLV2543MC34063分别将+15 V输入电压稳到+12 V，+5 V一12 V，+3.3 V以方便ARM9TDMI、CSM025A、VSM025A、ADSlll5、TLV 5616等芯片供电使用原悝图如图4所示。3．4过压保护电路设计如图5所示通过三极管$8050和继电器，蜂鸣器构成简单的过压保护电路当检测到输入电压大于18 V时，开关器件三极管导通输人断开，同时声光报警为保证可靠断开还采用了软件保护法，使得当输入电压大于18 V时单片机迫使UDAin。输出为03．5程序设计软件设计中特别为电路的过压保护编写了相应的程序，当负载电压过大时会通过蜂鸣器和发光二极管来实现报警同时也会自动启動继电器，实现过压保护功能具体的流程图如图6所示。4、测试方案与测试结果测试所需仪器：高精度电压表型号DP59（1）一PDV20；高精度电流表，型号DP59（1）-PAA5；可变电阻Rw以及被测电源当该设备正常工作时，用高精度电压表电流分别测试该电子负载的电压、电流。用电压表直接並在被测电源两端记下相应示数。将电流表串在被测电源和Rw之间并记录相应电流值。将电压电流值和显示器显示值进行对比改变Rw电阻值，计算相对应的负载调整率4．2测试结果测试结果如表1、表2所示。5、结论根据表1和表2的测试结果可知：负载的变化对电流的影响很小说明设计中恒流实现的很好。负载调整率SR不断变化但都达到≤4％的目标。纹波电流为14mA基本上达到输出噪声纹波电流≤15mA的目标。而整機效率为86.7％达到了整机效率≥80％的目标。由此说明该电子负载的设计方案是可行的具有优良的精度、稳定性和动态响应，结合精确的軟件控制快速和准确地实现了电源测量。

• 1概述在电子和自动化技术的应用中，数字信号转换模拟控制信号输出是电子设计中常见的问題然而许多单片机内部并没有集成数摸转换器（DAC）。当然市场上也有一些专用的D/A转换芯片但这类芯片价格昂贵，并且需要多个处理器功能管脚来控制这对一般的简单应用是不适合的。所以在有些应用中由单片机的PWM输出（或者通过定时器和软件一起来实现PWM输出），经過简单RC滤波电路实现DAC来得到模拟电压是一种比较好的选择然后，这种方法的一个缺点就是电平转换时间过长本文提出了一种新的方法來克服该问题。2 RC滤波电路图1是传统的RC滤波电路，PSoC通过GPIO口和RC滤波产生模拟电压图1RC滤波电路产生模拟电压在这种方法中，PWM通过Px[y]输出Vout即是需要的模拟电压。PWM的输出在电压VDD和0之间变换PWM的占空比（DC）决定Vout的输出值。增加DC输出电压也会跟着增加（当DC=0%时Vout=GND; 当DC=100%时，Vout=VDD）这种方法比较簡单，但缺点是电平转换时间长例如，当DC从一个值变到另一个值时可能要几个ms才能使Vout从一个电压变换到最终的稳定电压，如图2所示圖2，RC滤波电路的电平转换时间较长的电平转换时间在有些应用中是不适用的下面我将提供一个新的方法来减小该时间。当然也可通过減小电容电阻（RC）值并提高PWM频率来缩短电平转换时间，但有些单片机的固有缺陷而没办法提高PWM频率时就没办法了3， 电压跟随器电路本文介绍一种新的方法能把转换时间减小到几十us该方法除了RC滤波外，还使用了电阻、三极管以及另外一个GPIO口三极管设计为电压跟随器模式，如下图3所示：图3电压跟随器电路产生模拟电压三极管T是模拟电压Vc到Vout的开关。在空闲状态下设置Pa[b]为“strong drive”模式并置为高电平（逻辑1），這样Vout = VDD, 下列步骤将使Vout从空闲状态变换到指定的电压状态。1）使能PWM并设定为指定的占空比DC在计算PWN占空比时要考虑到三极管be间的压降(Vbe)。Vc = Vout + Vbe得絀DC = (Vout + Vbe)/VDD.2) 做足够长时间的延迟以使Vc稳定在指定的电压，注意在这延迟的时间内Vout保持高电平VDD3) 设置GPIO口Pa[b]的驱动模式为“High-Z analog”,这将导致三极管T工作状态并苴Vout将立即变为指定的最终电压（只需要几十个微秒）。下列步骤将使Vout从指定的电压变换到空闲状态（Vout = VDD）1) 设置Pa[b]的驱动模式为“strong drive”并置该PIN为高電平Vout 将立即变为VDD.2) 如果需要，此时可停止Px[y]口的PWM以减小功耗电平转换如图4所示，当Vc在电压下降的非稳态过程中Vout还保持高电平。图4电压哏随器电路的电平转换时间4， 实验和测试结果在Cypress的CY8C20x24系列芯片中无PWM模块，所以若需要输出模拟电压就只能使用内部的TImer13模块产生PWM然后使用外围电路产生模拟电压。下面以 CY8C20224 芯片为例来说明两种模拟电压产生方法的测试情况1）使用RC电路做测试由于CY8C20224提供的Timer13其输入时钟为32KHz，所以由此产生的PWM频率比较低为了减小模拟电压值的纹波，必须提高RC电路的电阻电容值在实验电路中R=47K，C=0.1uF下图5是用示波器抓到的波形。图5RC滤波电路的电平转换波形从上图可以看出，当电压从空闲状态（VDD=3.3V）变换到稳定电压1.0V时大约需要13~15ms.这在有些应用中是不够的。2）采用电压跟随器电路测试若采用电压跟随器电路电压从空闲状态（VDD=3.3V）变换到稳定电压1.0V时，需要的时间不超过50us, 如下图6所示：图6电压跟随器电路的电平轉换波形5， 结束语本文基于对RC滤波电路的分析提出了一种快速产生模拟电压的方法，并通过实验证明其可行性目前该方案已在Cypress CY8C20224芯片上液晶电视按键控制板项目使用。

• 目前无线通信设备正朝着低电压、低功耗、低噪声和高线性度的趋势发展。混频器作为收发机中的关键模块之一对通信设备的上述性能产生直接的影响。随着微电子工艺的发展 CMOS器件的栅长进一步缩小，MOS器件的过驱动电压也进一步降低這就为设计低压低功耗的射频电路提供了可能，但是依靠减小MOS器件的栅长降低工作电压是有限的因此，电路设计者把更多的注意力集中箌电路拓扑结构上使设计具有低压结构的射频电路成为了热门课题。传统的Gilbert混频器由跨导级、开关级、负载级堆叠组成其结构自下而仩分别为跨导级、开关级、负载级。这种结构中所有的220v是直流还是交流电流都流经跨导级、开关级和负载级，跨导级与开关级电路都需偠一个开启电压(VON ) 负载级也会有一定的电压降(VRL ) ， 因此 电源电压的最小值Vdd，min = 2Von +VRL如果采用低电源电压，这种结构不能保证所有的管子都工作茬饱和区也就是说， Gilbert混频器不能满足低电压的要求 需要对其做出改进， 如:文献[2 - 3 ]提出省去尾电流管来减小电源电压文献[ 4 - 11 ]用折叠结构代替堆叠结构来解决上述问题。文献[ 8 ]给出了折叠结构和堆叠结构的比较折叠结构增加了两个射频中断电路和一个耦合电容。这样对220v是直流還是交流通道来说跨导级与开关级、负载级的220v是直流还是交流电路分开，两条支路相互独立互不影响。电源电压只需提供相当于一个開启电压(Von )的值就能使跨导管与开关管都工作在各自的饱和区 即电源电压的最小值Vdd，min = Von + VRL 达到了低电源电压的目的。但是 射频中断电路一般用LC 谐振网络实现，电感的使用增加了电路的版图面积和噪声本文设计了一种新的折叠结构混频器，电路不使用具有大电感的LC谐振电路工作于1. 2 V 电压时，得到了低电压、低功耗、低噪声和高线性度的性能1　电路设计与分析1. 1　电路拓扑结构本文设计的折叠混频器拓扑结构洳图1所示，M1 ～M4 为跨导级M5 ～M8 为开关级， RL 为负载电阻RF输入端接匹配网络， IF输出端接源跟随器作为输出缓冲电路( buffer) 图1　交流耦合折叠混频器拓扑结构该折叠混频器电路的跨导级采用电流复用技术，由NMOS管(M1、M2 ) 、PMOS管(M3、M4 )和隔直电容Cd 组成交流耦合互补跨导结构跨导级的输出端(A、A′点)与開关管的源极相连。跨导级直接接于电源电压使得跨导管M1 和M2 的220v是直流还是交流电流由两部分组成，一部分来自M3 和M4 另一部分来自开关管囷负载电阻，达到了低电源电压的目的由于流经开关级与负载级的电流很小，这样一方面使得开关管产生的闪烁噪声减小另一方面负載电阻RL 值可以适当加大，从而提高了混频器的转换增益所以该电路既满足了低电压的要求，又能保证混频器在低电源电压下有良好的性能1. 2　跨导电路设计图2是几种折叠混频器跨导电路。图2 ( a)在跨导级NMOS管M1 漏端接负载电阻R M1 管的电流In 在A 点分流， 一部分流经开关管( Is ) 另一部分流經负载电阻( Ir ) ，但是这种跨导电路的缺点是射频信号一部分通过负载电阻R 泄露到交流地为了减少射频信号的损失，必须增加电阻R这样又會使节点A 的220v是直流还是交流电压减小，在低电源电压下不能保证M1 管工作在饱和区。为了解决这个问题用有源负载替代负载电阻R ，如图2 ( b) 但是，这里的PMOS管仅仅增大了节点A与电源电压之间的阻抗如果把M1 和M2 的栅极连起来，形成CMOS反相器结构那么M2 在增加阻抗的同时还能跟M1共同放大射频信号 ，如图2 ( c) 这样就完全避免了射频信号通过M2 泄露到交流地。由图可知 Is =In + Ip ，总跨导gm = gm n + gm p ( gm n是NMOS管的跨导 gm p是PMOS管的跨导) ，所以CMOS反相器有效地提高了混频器的转换增益图2　折叠混频器的跨导级几种结构再来分析一下该结构的220v是直流还是交流工作状况，M1 和M2 的栅极加相同偏置电压Vrfdc 假设Vt 为MOS管的阈值电压， Vovn为M1 的过驱动电压 Vovp为M2 的过驱动电压，则有: Vovn =Vrfdc - Vt Vovp =Vdd - Vrfdc -Vt ，所以电源电压最小值Vddmin = Vovn + Vovp + 2Vt。在0. 18μm CMOS工艺中 Vt 典型值为500 mV，因此用反相器作為跨导电路的混频器只适用于1 V以上的电源电压为了使混频器能满足更低的电压，在M1 和M2 之间增加隔直电容Cd M1 和M2 管偏置分开，如图2 ( d) 这种结構称为交流耦合互补跨导。假设Vrfdcn为M1 和M2 的跨导 gm p是M3 和M4 的跨导， R 即负载电阻RL 的值因为开关管的漏极电流很小，所以负载电阻值可以适当增加由式( 1)知，混频器的增益将随之提高值得注意的是， 增大负载电阻值的同时必须保证节点A 的220v是直流还是交流电压足够使得M1 和M2 工作在饱和區1. 3. 2　噪声系数假设本振信号为理想方波信号，并考虑镜像频率的影响噪声系数的表达式为：RS 为源阻抗， RL 为负载电阻值 系数γn 对长沟噵晶体管来说等于2 /3，对于亚微米MOSFETγn 的值较大。由式(2)知只要选择合理的偏置电压Vrfdcn、Vrfdcp和M1～M4的宽长比， 噪声系数随着跨导的增加而减小1. 3. 3　線性度如果节点A (见图1)的电压过高，开关管将会关断也就是说，如果M1 和M3 的电流很大M1 和M2的输出端电压也增大，这样就会关断开关管M7 和M6或者M5 囷M8开关管进入线性区，影响混频器的线性度所以降低节点A 的电压，并让开关管远离线性区 即Vgs≈Vth ，能提高混频器的线性度2　电路仿嫃该混频器设计基于SM IC 0. 18 μm标准CMOS工艺，用Advanced Design SySTem软件进行电路设计与仿真电源电压1. 2 V; Gain)随本振功率变化曲线，本振功率为- 3dBm时噪声系数达最小值4. 982 dB，本振功率为- 5 dBm时转换增益达到最大值11. 23 dB。考虑到混频器的整体性能必须采取折衷，所以选择本振功率为0 dBm此时，噪声系数为5. 257 dB转换增益为9. 787 dB。图5昰当本振功率为0 dBm时噪声系数随输出频率变化曲线，噪声系数随着输出频率的增加不断减小在输出频率为100 MHz时，噪声系数为5. 257 dB图3　IIP3随本振功率变化曲线。图4　NF与转换增益随本振功率变化曲线图5　NF随输出频率变化曲线。图6是该折叠混频器的版图该版图用CadenceVirtuoso Layout editor进行设计及优化。RF輸入端的匹配网络与IF输出端的buffer都集成在了片内版图面积556μm &TImes;966μm。图6　折叠混频器版图表1是本文设计的折叠混频器整体性能的仿真结果，並与其他发表的论文做了比较可以看出该混频器具有高线性度，低噪声的优点表1　混频器性能总结与比较3　总结本文采用交流耦合互補跨导级成功设计了一种适用于低电源电压下工作的折叠混频器。仿真结果表明该混频器具有高线性度、低噪声的优点。

• 导读：锂离子電池由于工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长是一种理想电源。普通的串联充电目前锂离子电池组的充电一般都采用串联充电这主要是因为串联充电方法结构简单、成本低、较容易实现。但由于单体锂离子电池之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面的差异在对锂离子电池组串联充电时，电池组中容量最小的那只单体锂离子电池将最先充满电而此时，其他电池还没有充满电如果继续串联充电，则已充满电的单体锂离子电池就可能会被过充电而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能会导致爆炸造成人员伤害因此，为了防止出现单体锂离子电池过充电锂离子电池组使用时一般配有电池管理系统（Battery 简稱BMS），通过电池管理系统对每一只单体锂离子电池进行过充电等保护串联充电时，如果有一只单体锂离子电池的电压达到过充保护电压电池管理系统会将整个串联充电电路切断，停止充电以防止这只单体电池被过充电，而这样会造成其他锂离子电池无法充满电经过哆年的发展，磷酸铁锂动力电池由于具有较高的安全性、很好的循环性能等优势已经基本能满足电动车特别是纯电动轿车的要求，工艺仩也基本具备了大规模生产的条件然而，磷酸铁锂电池的性能与其他锂离子电池存在着一定的差异特别是其电压特征与锰酸锂电池、鈷酸锂电池等不同。以下是磷酸铁锂与锰酸锂两种锂离子电池的充电曲线与锂离子脱嵌对应关系的比较：图1 锰酸锂电池锂离子脱嵌与充电曲线对应关系图2 磷酸铁锂电池锂离子脱嵌与充电曲线对应关系从上图的曲线不难看出磷酸铁锂电池在快充满电时，锂离子几乎完全从正極脱嵌到负极电池端电压会快速上升，出现充电曲线的上翘现象这样会导致电池很容易达到过充电保护电压。因此磷酸铁锂电池组中某些电池充不满电的现象相对锰酸锂电池组而言会更为明显另外，虽然有些电池管理系统带有均衡功能但由于从成本、散热、可靠性等多方面考虑，电池管理系统的均衡电流一般远小于串联充电的电流因此均衡效果不是很明显，也会出现某些单体电池充不满电的情况这对于需要大电流充电的锂离子电池组，例如电动汽车用的锂离子电池组而言则更为明显例如，将100只放电容量都为100Ah的锂离子电池串联起来组成电池组但如果成组前其中99只单体锂离子电池荷电80Ah,另外1只单体锂离子电池荷电100Ah,将此电池组进行串联充电时，其中荷电100Ah的那只单体鋰离子电池会先充满电从而达到过充保护电压，为了防止这只单体锂离子电池被过充电电池管理系统会将整个串联充电电路切断，也僦使得其他99只电池无法充满电从而整个电池组放电容量也就只有80Ah.一般电池厂家出厂时测试容量时是将单体电池先恒流充电再恒压充电，嘫后恒流放电从而测出放电容量一般放电容量约等于恒流充电容量加上恒压充电容量。而实际电池组串联充电过程中对单体电池而言一般没有恒压充电过程所以恒压充电容量就会没有，电池组容量就会小于单体电池容量而一般充电电流越小，恒压充电容量比例越小電池组损失容量越小，因此又发展出了电池管理系统和充电机协调配合串联充电的模式 电池管理系统和充电机协调配合串联充电#e#电池管悝系统和充电机协调配合串联充电电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备，所以将电池管理系统和充电机之间建立联系就能使充电机实时地了解电池的信息，从而更有效地解决电池的充电时产生一些的问题其原理图如下。图3 动力锂电池系统集成方案图4 鋰离子蓄电池系统基础体系图5 BMS和充电机协调配合串联充电示意简图电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为：电池管理系统通过對电池的当前状态（如温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等）进行监控并利用这些参数对当前电池的最大允许充电電流进行估算；充电过程中，通过通信线将电池管理系统和充电机联系起来实现数据的共享。电池管理系统将总电压、最高单体电池电壓、最高温度、温升、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压以及最大允许充电电流等参数实时地传送到充电机充电机就能根据电池管理系统提供的信息改变自己的充电策略和输出电流。当电池管理系统提供的最大允许充电电流比充电机设计的电流容量高时充电机按照设计的最大输出电流充电；当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出；当充电电流大於最大允许充电电流时充电机开始跟随最大允许充电电流，这样就有效地防止了电池过充电达到延长电池寿命的目的。充电过程中一旦出现故障电池管理系统可以将最大允许充电电流设为0,迫使充电机停机，避免发生事故保障充电的安全。在该充电模式下既完善了電池管理系统的管理和控制功能，又能使充电机根据电池的状态实时地改变输出电流，达到防止电池组中所有电池发生过充电以及优化充电的目的电池组的实际放电容量也要大于普通的串联充电方法，但是这种方法还是解决不了电池组中某些电池充不满电的问题特别昰当电池组串数多、电池一致性差、充电电流较大时。 并联充电为了解决电池组中某些单体电池过充和充不满电的问题又发展出了并联充电的办法，其原理图如下图6 并联充电示意简图但是并联充电方法需要采用多个低电压、大电流的充电电源为每一只单体电池充电，存茬充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等缺陷因此目前没有大范围使用这种充电方法。串联大电流充电加小电流并联充电由于上述三种充电方法都存在一定的问题本人发展出一种最适合高电压电池组，特别是电动汽车电池组的充电方法即采用电池管悝系统和充电机协调配合串联大电流充电加恒压限流的并联小电流充电的模式，原理图见下图7 电池管理系统和充电机协调配合串联充电加并联充电示意简图此充电方法有如下特点：（1）由于此系统的BMS具有防止过充电的功能，从而保证电池不会出现过充电的问题当然如果BMS鈈能与并联充电电源进行通信和控制，由于并联充电电源的恒压值一般与锂离子电池组中单体锂离子电池充满电时的电压值相同所以也鈈会出现过充电的问题。（2）由于可以进行并联充电所以不需要可靠性低成本相对较高的均衡电路，并且充电效果要好于只带均衡电路嘚串联充电方法并且其维护管理也简便易行。（3）由于串联充电的最大电流远大于并联充电的电流（一般5倍以上）从而可以保证在较短的时间充进去较高的容量，从而发挥出串联充电的最大效果（4）充电时串联充电与并联充电的顺序以及并联充电电源的数量可以灵活掌握，可以同时进行充电；可以串联充电结束后再进行并联充电；也可以用一个并联充电电源根据电池组中电压的情况给电压最低的电池進行轮流充电（5）随着技术的发展，并联充电电源可以为非接触性充电电源（无线充电电源）或太阳能电池电源从而使并联充电变得簡单。（6）当锂离子电池组中单体锂离子电池数目较多时可以将锂离子电池组分成数个锂离子电池组模块，对每个锂离子电池组模块采鼡BMS和充电机协调配合串联大电流充电与恒压限流的并联小电流充电相结合的方式进行充电其主要目的是减少电池组中串联电池数量较多時，单体电池之间一致性相对更差从而导致BMS和充电机协调配合的充电方法的充电效果差的缺点，以便发挥出BMS和充电机协调配合充电模式嘚最大效果这种方法特别适合高电压电池组是由可快速更换的低电压（例如48V）电池模块系统组成的电池系统，这样就可以在电池更换站戓充电站进行并联充电或修复（一般的用户平时充电时可以不用并联充电）并由专人根据实际情况进行分选和重新配组。采用电池管理系统和充电机协调配合串联大电流充电加恒压限流的并联小电流充电的充电方法可有效解决锂离子电池组串联充电易出现的过充电、充不滿电等问题且可避免并联充电的充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等问题，是目前最适合高电压电池组特别是电動汽车电池组的充电方法。结语在实际使用中为了获得更高的放电电压，一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂离子电池组使用目前，锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、电动自行车和备用电源等多种领域

• 1 大部分端口是能够承受+5V电压的，但是也有一些是不能的2 具体哪些能够承受+5V电压，要参考相应的数据手册以STM32F103xC 系列的来看，参考数据手册 这里的FT就表示能承受+5V电压 PS：在今天的实际使用中峩的STM32芯片承受的电压到了4V多，但是芯片依然能正常工作

• 导读：如何在充电时将锂离子电池组使用好是很关键的问题，现本文将整理锂离孓电池组常用的几种充电方法普通的串联充电目前锂离子电池组的充电一般都采用串联充电，这主要是因为串联充电方法结构简单、成夲低、较容易实现但由于单体锂离子电池之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面的差异，在对锂离子电池组串联充电时电池组中容量最小的那只单体锂离子电池将最先充满电，而此时其他电池还没有充满电，如果继续串联充电则已充满电的单体锂离子电池就可能会被过充电。而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能甚至可能会导致爆炸造成人员伤害，因此为了防止出现单体锂离子電池过充电，锂离子电池组使用时一般配有电池管理系统（Battery System,简称BMS）通过电池管理系统对每一只单体锂离子电池进行过充电等保护。串联充电时如果有一只单体锂离子电池的电压达到过充保护电压，电池管理系统会将整个串联充电电路切断停止充电，以防止这只单体电池被过充电而这样会造成其他锂离子电池无法充满电。经过多年的发展磷酸铁锂动力电池由于具有较高的安全性、很好的循环性能等優势，已经基本能满足电动车特别是纯电动轿车的要求工艺上也基本具备了大规模生产的条件。然而磷酸铁锂电池的性能与其他锂离孓电池存在着一定的差异，特别是其电压特征与锰酸锂电池、钴酸锂电池等不同以下是磷酸铁锂与锰酸锂两种锂离子电池的充电曲线与鋰离子脱嵌对应关系的比较：图1 锰酸锂电池锂离子脱嵌与充电曲线对应关系图2 磷酸铁锂电池锂离子脱嵌与充电曲线对应关系从上图的曲线鈈难看出，磷酸铁锂电池在快充满电时锂离子几乎完全从正极脱嵌到负极，电池端电压会快速上升出现充电曲线的上翘现象，这样会導致电池很容易达到过充电保护电压因此磷酸铁锂电池组中某些电池充不满电的现象相对锰酸锂电池组而言会更为明显。另外虽然有些电池管理系统带有均衡功能，但由于从成本、散热、可靠性等多方面考虑电池管理系统的均衡电流一般远小于串联充电的电流，因此均衡效果不是很明显也会出现某些单体电池充不满电的情况，这对于需要大电流充电的锂离子电池组例如电动汽车用的锂离子电池组洏言则更为明显。例如将100只放电容量都为100Ah的锂离子电池串联起来组成电池组，但如果成组前其中99只单体锂离子电池荷电80Ah,另外1只单体锂离孓电池荷电100Ah,将此电池组进行串联充电时其中荷电100Ah的那只单体锂离子电池会先充满电，从而达到过充保护电压为了防止这只单体锂离子電池被过充电，电池管理系统会将整个串联充电电路切断也就使得其他99只电池无法充满电，从而整个电池组放电容量也就只有80Ah.一般电池廠家出厂时测试容量时是将单体电池先恒流充电再恒压充电然后恒流放电从而测出放电容量。一般放电容量约等于恒流充电容量加上恒壓充电容量而实际电池组串联充电过程中对单体电池而言一般没有恒压充电过程，所以恒压充电容量就会没有电池组容量就会小于单體电池容量。而一般充电电流越小恒压充电容量比例越小，电池组损失容量越小因此又发展出了电池管理系统和充电机协调配合串联充电的模式。电池管理系统和充电机协调配合串联充电电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备所以将电池管理系统和充电机之间建立联系，就能使充电机实时地了解电池的信息从而更有效地解决电池的充电时产生一些的问题，其原理图如下图3 动力锂電池系统集成方案图4 锂离子蓄电池系统基础体系图5 BMS和充电机协调配合串联充电示意简图电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为：电池管理系统通过对电池的当前状态（如温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等）进行监控，并利用这些参数对当前電池的最大允许充电电流进行估算；充电过程中通过通信线将电池管理系统和充电机联系起来，实现数据的共享电池管理系统将总电壓、最高单体电池电压、最高温度、温升、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压以及最大允许充电电流等参数实时地传送到充电机，充电机就能根据电池管理系统提供的信息改变自己的充电策略和输出电流当电池管理系统提供的最大允许充电电流比充电机设计的电鋶容量高时，充电机按照设计的最大输出电流充电；当电池的电压、温度超限时电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流輸出；当充电电流大于最大允许充电电流时，充电机开始跟随最大允许充电电流这样就有效地防止了电池过充电，达到延长电池寿命的目的充电过程中一旦出现故障，电池管理系统可以将最大允许充电电流设为0,迫使充电机停机避免发生事故，保障充电的安全在该充電模式下，既完善了电池管理系统的管理和控制功能又能使充电机根据电池的状态，实时地改变输出电流达到防止电池组中所有电池發生过充电以及优化充电的目的，电池组的实际放电容量也要大于普通的串联充电方法但是这种方法还是解决不了电池组中某些电池充鈈满电的问题，特别是当电池组串数多、电池一致性差、充电电流较大时并联充电为了解决电池组中某些单体电池过充和充不满电的问題，又发展出了并联充电的办法其原理图如下。图6 并联充电示意简图但是并联充电方法需要采用多个低电压、大电流的充电电源为每一呮单体电池充电存在充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等缺陷，因此目前没有大范围使用这种充电方法串联大电鋶充电加小电流并联充电由于上述三种充电方法都存在一定的问题，本人发展出一种最适合高电压电池组特别是电动汽车电池组的充电方法，即采用电池管理系统和充电机协调配合串联大电流充电加恒压限流的并联小电流充电的模式原理图见下。图7 电池管理系统和充电機协调配合串联充电加并联充电示意简图此充电方法有如下特点：（1）由于此系统的BMS具有防止过充电的功能从而保证电池不会出现过充電的问题。当然如果BMS不能与并联充电电源进行通信和控制由于并联充电电源的恒压值一般与锂离子电池组中单体锂离子电池充满电时的電压值相同，所以也不会出现过充电的问题（2）由于可以进行并联充电所以不需要可靠性低，成本相对较高的均衡电路并且充电效果偠好于只带均衡电路的串联充电方法，并且其维护管理也简便易行（3）由于串联充电的最大电流远大于并联充电的电流（一般5倍以上），从而可以保证在较短的时间充进去较高的容量从而发挥出串联充电的最大效果。（4）充电时串联充电与并联充电的顺序以及并联充电電源的数量可以灵活掌握可以同时进行充电；可以串联充电结束后再进行并联充电；也可以用一个并联充电电源根据电池组中电压的情況给电压最低的电池进行轮流充电。（5）随着技术的发展并联充电电源可以为非接触性充电电源（无线充电电源）或太阳能电池电源，從而使并联充电变得简单（6）当锂离子电池组中单体锂离子电池数目较多时，可以将锂离子电池组分成数个锂离子电池组模块对每个鋰离子电池组模块采用BMS和充电机协调配合串联大电流充电与恒压限流的并联小电流充电相结合的方式进行充电。其主要目的是减少电池组Φ串联电池数量较多时单体电池之间一致性相对更差，从而导致BMS和充电机协调配合的充电方法的充电效果差的缺点以便发挥出BMS和充电機协调配合充电模式的最大效果。这种方法特别适合高电压电池组是由可快速更换的低电压（例如48V）电池模块系统组成的电池系统这样僦可以在电池更换站或充电站进行并联充电或修复（一般的用户平时充电时可以不用并联充电），并由专人根据实际情况进行分选和重新配组采用电池管理系统和充电机协调配合串联大电流充电加恒压限流的并联小电流充电的充电方法可有效解决锂离子电池组串联充电易絀现的过充电、充不满电等问题，且可避免并联充电的充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等问题是目前最适合高电壓电池组，特别是电动汽车电池组的充电方法结语锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、无记忆效应、无污染、自放电小、循環寿命长，是一种理想电源在实际使用中，为了获得更高的放电电压一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂离子电池组使用。目湔锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、电动自行车和备用电源等多种领域。

• 引言为保证燃料电池系统工作的可靠性必须实时监測系统的工作状态。电堆电压是燃料电池故障诊断的重要指标如根据单体电压的下降趋势来诊断此时电堆内部出现的水淹、饥饿等故障;叧外，燃料电池单体电压过低时电堆可能发生反极现象，对膜电极组件的性能以及寿命有着不可逆转的损害这就需要通过监测所有的燃料电池单体的电压确保电堆正常工作。目前传统的信号采集技术存在硬件结构复杂且成本高电压、温度和电流等信号测量精度低，温喥监测点少、可扩展性差;容易受到外界干扰在电池组掉电保护期间无法对电池状态进行监控等缺陷。为此本文采用Linear公司的电池监视芯爿LTC6803，提出了一种硬件结构简单、误差小、可扩展性好、传输速度快、可靠性高、低成本的电池管理系统信号采集方案在应用上和传统技術相比具有较大的优势。1、电压采集模块硬件设计1．1、燃料电池单体电压采样需求燃料电池单体电压监测控制器的单体电池电压采样需求為具有较高的共模电压输入范围：对于24节单体电池电堆采样所需的最高共模电压理论上为30V（单节电池理论最高电压设为1．25V）;单体电压采樣误差小于20mV;耐反级能力需要采样电路能提供瞬时－50V的耐反级能力。1．2、核心芯片LTC6803可行性分析LTC6803是Linear公司的第二代专业电池监测芯片内置一个12位ADC（模数转换器）、一个高电压输入多路复用器和一个串行口。每个LTC6803可以监测多达12节的串接电池通过运用一个独特的电平移位串行口可鉯把多个LTC6803级联起来以监测长串串接电池。每块LTC6803有一个并联的场效应管当通道电压输出范围超出正常范围，将关闭通道见图1。为进一步驗证电池监视芯片LTC6803监测燃料电池单体电压的理论可行性将基于LTC6803的采样电路与原基于AD8479放大芯片及MC9S08DZ60内置ADC采样的电路进行核心参数对比。见表1从参数上看，基于LTC6803的采样电路具有更高的采样精度采用Sigma-delta的采样算法牺牲速率补偿精度，采样速率低于基于AD8479的采样;LTC6803每个通道内置的场效應管对电压范围的控制使得LTC6803具有一定的耐反极能力;较低的共模电压输入范围不能满足具有高共模需求的燃料电池应用领域（如车用领域）嘚采样精度要求1．3、电压采集模块参数设定电压信号的采集是电池管理系统信号采集技术的关键。电压信号的准确性直接影响着估算精喥和均衡控制电压采集模块的主要功能包括：①测量电池组中每个单体电池和电池包的电压信号，并存储在寄存器中;②将电压信号传输箌寄存器;③监控每个单体电池的欠压和过压状态当某个电池电压超过设置的欠压过压点时，发送信息到寄存器如图2所示在LTC6803的电压采集引脚输入端采用100Ω电阻和0．1μF瓷片电容组成滤波电路，滤除高频干扰LTC6803通过SPI总线与MC9S08DZ60通信，总线引脚通过上拉电阻连接到内置稳压源通过單独的隔离电源供电，而不用串联电池组供电保证了电池组在掉电保护期间信号采集模块的正常运行。通过设置A0樼A4寻址端口区分整个系統中各个电压采集模块电池在均衡时电池两端的场效应管会在其接通和关断时引起小幅的瞬变，所以测量电路必须加入滤波电路在输叺通道中插入100Ω的串联电阻不会引入太大的测量误差，同时在电池输入与信号地之间并联电容，构成的ＲC滤波电路，在电压转换之前提供足够的稳定电压如表2所示。LTC6803具有一个SPI总线兼容性串口采用菊链的方式将多个器件串联起来。如图3所示两组串行端口引脚分别定为低側和高侧。第1级LTC6803的高侧SPI接口与第2级LTC6803的低侧SPI级联依次类推。而第1级的LTC6803的低侧SPI接口与主控芯片连接起来从而达到一个MCU控制多个电池组的目嘚。拟采用ADUM1411作为SPI数字隔离器ADUM1411是采用ADI公司iCoupler技术的四通道数字隔离器。隔离器件将高速CMOS与单芯片空芯变压器技术融为一体具有优于光耦合器等替代器件的出色性能特征;5V电源下每个通道电流最大值1．3mA，能够完成3V/5V电平转换及双向通行数据速率可达10Mb/s。如图4所示2、电压采集模块軟件设计读取电池电压信号首先需要进行初始化设置。初始化工作主要包括MC9S08DZ60的SPI初始化和LTC6803初始化SPI初始化定义引脚功能、数据传输格式、传輸频率等。注意LTC6803的SPI接口需要在CPHA=1和CPOL=1的模式下工作LTC6803初始化主要判断写CFGＲ寄存器是否成功。如图5所示MC9S08DZ60广播发WCFGＲ命令和此命令的PEC值，与MC9S08DZ60通过SPI总線连接的LTC6803都会收到此命令表示要发送寄存器数据。接着MC9S08DZ60发送CFGＲ寄存器数组、要进行通信的地址和ＲDCFG读寄存器命令指定的LTC6803会返回其收到嘚CFGＲ数据，再由MC9S08DZ60判断通信是否成功CFGＲ寄存器主要设置电池电压测量时间、过充和过放电压、看门狗定时器、内部均衡控制等。设置寄存器之后进行读电池电压操作如图6所示。对建立通信的LTC6803读取数据MC9S08DZ60发送LTC6803的地址及其PEC，发送STCVAD命令及其PEC启动电池电压ADC转换;接着MC9S08DZ60再次发送LTC6803的地址及其PEC，发送ＲDCV读电压命令判断电压数据是否发送完毕，对接收的数据进行校验和处理;最后计算出对应的电压值这里需要注意的是每佽发送命令前都要先发送LTC6803的地址和PEC，否则通信不能建立3、低成本监测器的测试结果测试条件：1h内万用表测量24节干电池电压与监测器测量徝比较。监测器测试数据采用将电池电压除2取最大值与最小值相加与实际值比较。如表3所示结果表明，基于LTC6803的燃料电池单体电压监测器采样误差可以保持在容许范围采样数据具有良好精确度。5、结束语基于锂电池管理芯片LTC6803针对燃料电池单体电压监测进行软硬件设计夶幅降低了监测器的生产成本。在备用电源上进行模拟实验及测试运行结果良好，测量误差为14mV在允许范围内，实现了燃料电池单体电壓监测器的低成本设计

• 通过应用低压光伏储能技术，肇庆供电局近日有效解决了高要区乐城镇罗带村末端低电压问题 作为典型的山区洎然村，罗带村人口稀少居住地沿着弯曲向上的山路分散分布。新一轮农网升级改造前该片区沿用上世纪70年代水电站的部分供电线路、设备，无钢芯铝绞线口径小方形水泥电杆低矮，导致这一片区成为电力故障重灾区 2016年，南方电网广东肇庆高要供电局通过农网改造項目淘汰了原有的残旧供电设备，罗带台区配变容量从100千伏安增加至200千伏安并把原来全线普遍半径为25至35毫米的导线更换成120毫米的绝缘導线，安装防雷绝缘子提升供电质量。改造后该段线路故障次数明显减少，但是末端低电压问题仍然存在“饭点时间，煮饭煮不熟电器用不了，跳闸停电问题是没有了但是低电压问题还是解决不了。”肇庆高要供电局乐城中心供电所所长蒙建军在走访中经常听到低电压用户的抱怨经过实地测量，当地共有10户低电压用户用电高峰期末端最低电压195伏，主要原因为1200米的供电半径直接影响电压输送质量 为了解决末端低电压问题，乐城中心供电所提交了安装升压器和拆分台区改造计划考虑到当年的计划调整，以及为让投资效益最大囮肇庆供电局决定将罗带村定为新技术推广试点，应用低压光伏储能技术解决末端低电压问题。该局安装了发电功率5.4千瓦的太阳能装置利用阳光充足的时段进行发电储能，总储能量达30千瓦时;中午及傍晚用电高峰时段进行储能释放补偿供给经测算，加装后该片区高峰期末端最低电压达到210伏，用电质量整体提高满足了末端用户用电需求。 而低压光伏储能项目投资约20万元相比一般拆分台区建设动辄幾十万的投入，有明显的成本优势除此之外，低压光伏储能项目还具有建设周期短、占地少等优点该项目借用罗带村水库边上的设备鼡房，在楼顶安装太阳能光伏面板连接安装在房屋外墙的整套太阳能控制箱、智能光伏汇流器、蓄电池屏等系统模块，再通过已改造建設的线路进行电力输送全场占地面积不足30平方米。当地水库承租负责人熊先生表示低压光伏储能项目投运后，原来的末端低电压问题嘚到解决用电一切正常，“不用再担心高峰期用电问题新建的房子各种电器都能使用了。” 据了解肇庆供电局将根据罗带村低压光伏储能项目试点的相关情况进行项目优化，继续在全市范围内推广使用该项技术解决末端低电压问题。