西门子6ES7355-0VH10-0AE0通讯模组

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高效工程组态成就高效自动化

】LED显示屏用电源的设计
林建伟，李震
西安普声电信有限责任公司，陕西西安710043
1引言
   LED显示屏是一种迅速发展起来的新型信息显示媒体。随着我国经济的不断发展,已被广泛应用于车站、宾馆、银行、医院等公共场合。显示屏电源是其重要组成部分，主要用来给显示屏发光二极管提供必要的工作电流，保证屏体正常显示。为简单起见，通常采用由一小功率电源带3到4个显示驱动板的供电方案。这样,一个较大面积的显示屏需要配接许多电源模块，例如一个2m×1.5m的屏体，就需要提供24个5V/20A的模块电源。该设计存在以下的缺点。
   1）接线复杂每一个电源均需单独地配置交流输入线、直流输出线。
   2）电源冗余度差在大多数情况下，屏体显示内容为文字、动画、图片，每个显示驱动板消耗的电流不一样，可能某些电源模块过载，而另一些模块空载。此外，若某一电源失效，会造成屏体的一部分黑屏。
   3）电源过载能力差，利用率低屏体在工作时消耗的电流随画面的内容、颜色、亮度而变化，大部分时间电流较小，而大面积高亮度的画面虽消耗电流大，但持续时间短。考虑到LED是恒流驱动的，只要驱动板可正常工作，供电电压可以降低一些。电源有下拖形状的限流特性，而不是通常的较陡峭形状的限流特性，以保证有较好的过载能力、较高的利用率。
   考虑到以上各点，提出新的供电方案如下：
   1）集中供电，采用n＋1冗余方案。西门子6ES7355-0VH10-0AE0通讯模组
   2）电源模块设计适当的输出电流，模块可均流。保证屏体装配工艺易实现n＋1冗余。
   3）电源模块有下拖形状的限流特性以保证有较好的过载能力、较高的利用率。
   4）电源模块有扁平的外形，自然散热，易于在屏体上安装，并利用屏体散热。
   5）电源模块带APFC，减小对电网的干扰，适应电网的波动。
2电路设计
   采用集中供电方案可避免分散供电的缺点，但要求电源的可靠性更高，否则电源一旦失效会造成整屏的黑屏，而不是部分黑屏。提高电源可靠性的zui积极的办法为提高变换效率，减少发热量，同时选用可靠性高的线路与器件。
2．1AC/DC电路设计
   传统的AC/DC全波整流电路采用的是整流＋电容滤波电路。这种电路是一种非线性器件和储能元件的组合，输入交流电压的波形是正弦的，但输入电流的波形发生了严重的畸变，呈脉冲状。由此产生的谐波电流对电网有危害作用，使电源输入功率因素下降。在本设计中整流电路部分采用有源功率因数校正电路(APFC),避免了上述缺点。其电路如图1所示。

   与典型PFC主电路不同的是此电路选用了无损吸收缓冲网络。该网络降低了开关管的开关损耗,提高了其稳定性,增强了其使用寿命。它利用一组无源元件,使开关管实现了零电流开通和零电压关断，提高了电源的工作效率,且相对于其它谐振软开关电路，降低了生产成本。
   下面通过分析PFC主开关Q的工作过程来说明此无损吸收缓冲网络的工作原理。
   1）Q导通时，因为电感 L2中电流不能突变，且C2、C1电压不能突变，Q中的的电流从零开始增加,缓慢上升。通过 D4的电流iD4渐减。Q实现零电流开通，导通的损耗较小。
   2）当电流iD4减少为零时，D4进入反向恢复状态，通过电感 L2的电流iL2=iL1＋irD4。D4反向电流irD4的变化率受到电感 L2的控制，反向恢复损耗降低。
   3）主电感L2中电流缓慢增加，Q上的电压 uQ下降。电容C2通过D2、C1、L2、Q放电 ,C2上的电压uC2下降。
   4）当uC2下降为零时,C2中的能量*转向 C1、L2。L2中的电流饱和不变，uQ下降变为零，Q完成零电流开通过程。
   5）Q保持开通状态,与普通PFC电路的开关管状态相同。
   6）Q关断时，L2中的电流 iL2通过D1流向C2，C2从零开始充电，Q实现零电压关断，关断损耗较小。二极管 D2、D3使uC2zui终钳位在输出电压VL。
   7）L2在导通时存储的能量通过 D1、D2流向C1，L2逐渐复位。当 L2复位后，C1中的能量通过D3输出。
   8）当C1两端电压变为零时， D4正向导通。Q完成零电压关断过程。
   9）Q保持关断状态直到开始进入新的开关循环过程。
   Q的开关波形如图2所示;Q的实测导通时间和关断时间如图3所示。（电源负载22A）
   从以上分析可知此无损吸收网络具有以下几个特点。
   1）Q的zui大工作电压等于输出电压 VL。
   2）PFC电路的输出二极管D4的耐压是 VL与电感L2的反向电压之和。
   3）Q中的电流上升率，即Q的开通损耗决定于电感 L2两端电压和L2的电感量。
   4）Q两端的电压上升率，即Q的关断损耗决定于流过电容 C2的电流和C2的容量。
   5）由于开关动作引起的存储在 L2和C2中的能量zui终都输出给了负载，保证了转换器的工作效率。
2．2DC/DC主电路设计
   DC/DC主电路采用单端双正激电路。单端双正激电路相对于其它拓扑电路结构，开关管承受电压低，在控制电路设计中不必担心共态导通问题，也不会因电路不对称发生高频变压器单向偏磁，即不存在变压器饱和问题，是一种可靠性较高的电路。考虑到整机的高度不超过60mm，以及变压器工艺、安装、散热的要求，DC/DC变换采用双变压器、双输出电感结构。变压器原边并联，副边各自用一个输出电感，如图4所示。
   该电路的无损吸收网络不同于AC/DC部分电路所采用的无损吸收网络。它仅使开关管完成了零电压关断过程。以下以开关 Q2为例（Q1与Q2变化状态相同），简述该网络的工作原理。

   1）导通过程
   Q1、Q2开通时，除一路电流通过 Q1、T1副边、Q2外，另一路电流流过 Q1、C5
L7、D10、C7、 Q2形成LC振荡回路，C5、C7被充电。当A与B点之间的电压uAB等于主电路电压VDC时，由于 D10的单向导电性，振荡结束。电感L7起限制 C7、C5中的电流变化的作用。Q1、 Q2中流过的电流为从副边折算到原边的负载电流与C5、C7充电电流之和。
   2）关断过程
   Q1、Q2关断时，由于B点对地电压为零，C7从零开始充电， Q2对地电压uQ2缓慢上升，Q2零电压关断。加在 Q2上的电压因二极管D15的钳位作用，zui终为VDC。因此，B点电压升为VDC。 Q2实现零电压关断过程。
   由于变压器励磁电感、漏感及引线寄生电感所引起的感应电势的能量通过 C7、D14返回电源，Q2上的电压维持在VDC直到变压器原边磁通复位。此时， Q1、Q2上的电压分别为VDC/2直到新的工作周期。
   Q2的开通期间与关断期间的状态与普通开关管同期间的状态相同。
   图5为实测Q2开关波形。图6为实测 Q2零电压关断波形。
   从以上分析中,可以总结出以下特点。
   1）电路中每个开关管的zui大工作电压等于电源电压。
   2）Q1、Q2关断的电压上升率分别决定于电容 C5、C7的容量。
2．3控制电路设计
   为保证电源安全可靠地工作，电路设计中采用TOP224Y制作一反激式开关电源作为辅助源，如图7所示。其两路输出分别为AC/DC部分和DC/DC部分的控制电路供电。

   AC/DC控制部分使用PFC控制芯片UC3854B。交流输入过、欠压、PFC变换直流电压（400V）过、欠压时都关闭UC3854，使PFC部分停止工作。这些故障信号通过隔离光耦传递到DC/DC控制电路，以达到在AC/DC部分工作不正常时保护主开关管的目的。
   DC/DC控制部分使用了PWM控制芯片UC3846，采用峰值电流型控制模式。峰值电流型控制模式相对于电压控制模式，负载响应速率快，具有逐脉冲限流特性，容易获得下拖形状的限流特性，非常适合在此应用。
   n＋1冗余应用时，多模块必须有均流功能。该电源输出电流较大，直接从DC输出用分流器取电流
   信号功率损耗较大，同时装配工艺较复杂。因此，本设计采取了原边电流合成的方法。
   用电流传感器取出开关管导通时变压器原边的电流信号。该信号包含了变压器的励磁电流信号与输出电感电流折算到变压器原边的电流信号。因输出电感折算到原边的电流远大于变压器的励磁电流，所以可认为电流传感器取出的即为输出电感的充磁电流。这是输出电感电流的上升部分，只要模拟出输出电感续流时的下降部分，合成后即可得到输出电感的电流信号，也为输出电流信号。取出该合成后的电流信号后就可用于电流保护的控制与均流控制上了。
   如图8所示，把电流传感器取出的电流信号经高速单向缓冲后向一电容充电。开关管导通时关闭恒流源，而开关管关断时打开恒流源对电容恒流放电。在选择合适的电路参数后，电容上的电压波形就与输出电感上的电流成比例，放大后就可得到输出电感电流，也即输出电流。

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高效工程组态成就高效自动化

虽然国内外LED显示屏发展已有不短的时间了，但还是没有形成统一行业标准，当客户一个LED显示屏项目完成的时候仅能凭经验和外观来判断是否可以验收，在这里，有着多年安装LED显示屏经验的绘芯技术人员为大家讲解简单辨别电源的优劣方法，希望能给大家带来帮助。         在本次讲解之中，为能让大家更好掌握关于LED显示屏电源知识，我们将加入选择电源产品的注意事项、电源的未来发展趋势等内容。
LED显示屏电源外观

LED显示屏电源外观（不同的厂商，外观也尽不相同）
一、简单方法辨别电源的优劣
        虽然一般显示屏厂商对电源产品都能提出一些要求，但是由于电源厂商过多，许多不的电源产品充斥其中，让消费者难以辨别真伪优劣。为此，有业内人士给出了几点建议：
       1、看外观工艺。一个好的电源厂家，其对作工工艺也是非常严格的，因为这样才能保障产品的批量*性。一个不负责任的厂家，生产的电源其外观，锡面，元件的排列整齐度不会好。
       2、满载效率。电源的效率是zui重要的一个指标，效率高的电源能量转换率高，这样既附合节能环保的要求，又能实实在在的能为用户省电省钱。
       3、恒压电源的输出电压纹波大。纹波的大小对用电设备的寿命有非常大的影响，纹波越小越好。第四，电源工作时的温升。温升影响电源的稳定性及寿命，温升越低越好温升。另外从效率方面也可看出，一般效率高温升会小。

LED显示屏电源内部结构（不同的厂商，内部也尽不相同）
二、选择电源产品的注意事项
       由于LED显示屏产品的属性，在播放视频或画面时通常会产生瞬间变化的电流，这就对LED电源提出了较为严格的要求。通常，为了保证显示屏画面的正常播出，需要对电源产品预留一定的余量。一般意义上来讲，余量预留的越多，电源产品的性能越稳定，寿命越长，但是，这样一来就增加了电源 产品的成本，太多的余量预留也容易造成浪费。当前，业界的LED显示屏电源一般都是预留20%——30%的余量。
       那么，除了电源余量预留的指标，在选择电源产品时还需要注意其他几个方面。首先，为了使电源供应器的寿命增长，建议选用多30%输出功率额定的机型。例如若系统需要一个100W的电源，则建议挑选大于130W输出功率额定的机型，以此类推可有效提升电源供应器的寿命。其次，需要考虑电源供应器的工作环境温度，及有无额外的辅助散热设备，在过高的环温电源供应器需减额输出。再次，根据应用场选择各项功能的电源，如保护功能：过电压保护、过温度保护、过负载保护等；应用功能：信号功能、遥控功能、遥测功能、并联功能等； 特殊功能：功因矫正（PFC）、不断电（UPS）。
三、电源的未来发展趋势
       未来，LED显示屏还会朝着高清、节能、智能化等方向发展，电源产品也会有更多的新的技术突破。总之，面积越来越小、重量越来越轻、体积越来越薄、性能越来越高、智能化控制越来越凸显将会是LED显示屏电源的未来发展趋势。
      看完了上面的内容，希望能给大家在选购LED显示屏电源的时候有所帮助，更希望在LED显示屏技术不断发展的未来选择到合适自己使用的电源。
一台触摸屏，其工作极不稳定，有时能正常点击，有时却无反应。
[故障分析处理]
针对这种现象，应着重检查各接线接口是否出现松动，串口及中断号是否有冲今天人类的生活片刻也离不开机器。与机器的和平共处比任何时候都更显重要。而要做到这一点，人与机器的交流必须通畅无阻。设计zui精巧的人机界面装置能够让人根本感觉不到是它赋予了人巨大的力量－此时人与机器的界线*消融，人与技术合为一体。以下是10种产品被专家们认为是s世纪zui伟大的人机界面装置。
 扩音器
扩音器的问世使得人们不仅在乘坐地铁或去郊外远足时能够欣赏自己喜爱的音乐和广播节目，而且还能聆听以电子手段保存下来的早已与世长辞的人的声音以及大自然中根本不存在的种种奇妙声音。在电影院里，扩音器所营造的声的世界将观众们带入一个想象的世界。扩音器亦是本世纪所有具有个性魅力的公众人物与大众沟通的重要工具。
扩音器是1915年发明的，从那以后一代又一代的技术人员为它的完善做出了不懈的努力。今天，随着录音设备和存储技术的飞速发展，用美国*扩音设备生产企业Bose公司研究员威廉·R·舒特的话说，扩音器“反而成为家庭音响系统中zui薄弱的一环”。他说：每当我在家中欣赏音乐的时候，根本没有办法做到想象自己是坐在音乐厅里。扩音技术还做不到这一点，原因何在，尚不得而知。
按键式
按键式业务是美国电报公司在1963年11月正式开通的。几乎所有初次接触按键式的人都认为它远胜于转盘式。贝尔实验室的研究人员为使这种新产品为人们所接纳，真可谓绞尽脑汁。他们实验了16种按键排列方式，交叉式的，圆盘式的，不一而足。他们还在机的大小、形状、按键的间距、弹性甚至与手指尖接触的部位的外形上作了大量的文章。
节省拨号时间只是按键式的设计初衷之一，实际上从一开始技术专家就抱着一个把新式机设计成一种遥控数据输入设备的目的。正是从这一设计思想出发，研究人员在1968年又在键盘上增加了“＊”键和“＃”键。虽然研究人员的部分设计思想－如通过机来控制家用电器的开关－迄今尚未实现，但是按键式毕竟开创了语音数据通信的新时代。
 方向盘
zui初的汽车是用舵来控制驾驶的。舵不能说不好，但是它会把汽车行驶中产生的剧烈振动传导给驾驶者，增加其控制方向的难度。当发动机被改为安装在车头部位之后，由于重量的增加，驾驶员根本没有办法再用车舵来驾驶汽车了。方向盘这种新设计便应运而生，它在驾驶员与车轮之间引入的齿轮系统操作灵活，很好地隔绝了来自道路的剧烈振动。不仅如此，好的方向盘系统还能为驾驶者带来一种与道路亲密无间的感受。
但是zui初设计方向盘的人没有能够预见到在汽车车速越来越快的今天，一旦发生车祸，方向盘却成了造成驾驶员丧命的罪魁祸首。五十年代，不带方向盘的概念型汽车相继问世，可是消费者对这种汽车一点也不感兴趣。毕竟，没有方向盘的汽车根本就不成其为汽车。
 
今天在许多场合我们都会用到，如在食堂就餐，在商场购物，乘公共汽车，打，进入管制区域等等，不一而足。在西方，人们遗失了之后，往往担心的不是里的现金，而是各种用途的。
 70年代早期，带有磁条的在美国问世，*的提高了购物时的验证效率，一下子便受到零售商的青睐。美国的行业因此进入一个高速增*。有人问，目前陆陆续续问世的各种“智能卡”会不会取代呢？专家认为暂时是不会的。他们指出，芯片型的智能卡只适用于某些特定的领域，与并不发生冲突，更何况取代的终端设备投放代价高昂，谁也不会愿意这么做的。
交通指挥灯

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人机界面（Human Machine Interaction，简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
人机界面是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，
嵌入式人机界面
嵌入式人机界面
信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。人机结合面是人机系统中的中心一环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Output）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥zui大的效能并延长使用寿命，而市面上所指的人机接口则多界狭义的指在软件人性化的操作接口上。
特定行业的人机界面可能有特定的定义和分类，比如工业人机界面（Industrial Human-machine Interface或简称Industrial HMI）。
人机交互、人机互动（，简写HCI，又称用户界面或使用者界面）：是一门研究系统与用户之间的互动关系的学问。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。小如收音机的播放按键，大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。
人机交互（Human-Computer Interaction，简写HCI）：是研究关于设计、评价和实现供人们使用的交互计算系统以及有关这些现象进行研究的科学。
人机交互与人机界面是两个有着紧密而又不尽相同的概念。
人机交互与人机界面的关系：
人机交互是指人与机器的交互，本质上是人与计算机的交互。或者从更广泛的角度理解：人机交互是指人与含有计算机的机器的交互。具体来说，人机交互用户与含有计算机机器之间的双向通信，以一定的符号和
液晶屏被用作人机界面显示器
动作来实现，如击键，移动鼠标，显示屏幕上的符号/图形等。这个过程包括几个子过程：识别交互对象-理解交互对象-把握对象情态-信息适应与反馈等；而人机界面是指用户与含有计算机的机器系统之间的通信媒体或手段，是人机双向信息交互的支持软件和硬件。这里界面定义为通信的媒体或手段，它的物化体现是有关的支持
人机界面用液晶屏
人机界面用液晶屏
软件和硬件，如带有鼠标的图形显示终端等。
交互是人与机-环境作用关系/状况的一种描述。界面是人与机-环境发生交互关系的具体表达形式。交互是实现信息传达的情境刻画，而界面是实现交互的手段。在交互设计子系统中，交互是内容/灵魂，界面是形式/肉体；然而在大的产品设计系统中，交互和界面，都只是解决人机关系的一种手段，不是zui终目的，其zui终目的是解决和满足人的需求。
交互设计是从属于产品系统的，是对成功的产品设计的一种强有力的支持与完善。
如果利用系统论的观点，交互设计是从属于产品设计系统的子系统。
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