Signal Duruming Nedir?

SignalRY, bir kontrol sistemi veya analog dijital dönüştürücü (ADC) tarafından güvenilir bir şekilde kullanılabileceğinden önce ham sensör çıktılarına uygulanan elektronik işlemedir. Akıllı bina otomasyonunda, bu işlem sıcaklık, nem, basınç, occupancy ve hava kalitesi sensörlerinin doğru, istikrarlı ve elektrik müdahalesine karşı bağışıklık sağlar.

Kontrol zinciri genellikle amplifikasyon, filtreleme, lineerizasyon, izolasyon ve dönüşüm gibi adımlar içerir.Her adım, ham sinyaldeki belirli bir kusura işaret eder, düşük amplitüd, yüksek gürültü, zemin potansiyel farklılıkları veya doğrusal olmayan sensör cevabına sahiptir.

Neden Akıllı Binalarda İşaret Durumları

Akıllı binalar onlarca kişiye güvenir - bazen yüzlerce - ısıtma, havalandırma, klima (HVAC), aydınlatma, güvenlik ve enerji kullanımı. Bu sensörler genellikle motorlar, değişken frekans sürücüleri (VFDs), fluorescent topları optimize etmek ve güç malzemelerinin termo çift veya dirençli bir nem elementinden gelen önemli elektromanyetik müdahaleyi elde etmek için çok az miktarda çalışır.

Dahası, otomasyon sistemleri giderek kablosuz sensör ağlarını ve uzun kablo çalışır. Uzun kablolar gerilim damlalarını, kapasitif yüklemeyi ve radyo-freze müdahalesini optimize eder (RFI). Signal şartsızlaştırma, diferansiyel sinyalleme veya mevcut-loop iletimi sağlayarak bu etkiler için telafi eder. Sonuç, bina kontrol sistemini sıkıca yüklemeye izin veren, hava akışını optimize eder ve enerji tüketimini% 15 veya daha fazla azaltamaz sistemlerle karşılaştırır.

Anahtar Sistemi-Level Faydaları

  • [FONT:0) Adaylık gelişimi:[Dönetici:[Dönetici:0) Removing dengeleme hataları ve sürüklenme hassas HVAC bölgeleri için ±0.1 °C içinde ölçümler tutar.
  • [FONT:0) Bağışlama:[Dönetici:0) Filtreleme ve izolasyon, ihmal ve yaşam-güvenlik sistemlerinde yanlış tetikleyiciler önlemek.
  • [FONT:0)Extended sensör ömrü:[Dönetici:[Dönetici:0) Koruma devreleri aşırı gerilim ve geçici çatlaklardan zararları önler.
  • [FONT:0]Cost tasarrufları:[Dönetici:[Dönetici:0)) Daha az retorikler ve alan başarısızlıkları bakım yükünü azaltır.

Common Signal Duruming Techniques

Her teknik sensör-kontrol yolunda farklı bir meydan okumayı ele alır. Mühendisler sensör tipi, kablo uzunluğu, çevre ve gerekli karara dayanan uygun yöntemi seçerler.

Amplification

Birçok bina sensörleri mikrovolt veya milivolt aralığında sinyalleri üretir. Örneğin, sadece derece yüksek derecede 40 μV ile derece düşük çözünürlükte ortaya koyarlar.ADC tam bir çözümle sayısallaştırabilir - genellikle 0 V to 5 V veya 0 V ila 10 V. Instrumentation yükselticileri tercih edilir çünkü yüksek ortak mod reddedilmesi (CMR) sağlarlar, her iki sinyal telinde de aynı şekilde görünen gürültüyü döndürür. Örneğin, bir INA333 veya AD620 amplifikatörü, 1'den 1'e kadar ayarlanabilir.

[FONT:0)Gain seçimi[[Dönetici:0) ADC'nin tam ölçekli giriş aralığı ve en yüksek beklenen sensör çıktısını dikkate almalıdır.In-amplification klipleri the signal; under-amplification wastes bits. A rule of başparmak maksimum gerilim sensörü % 80'i ADC'nin referans geriliminin% 90'ına eşit olarak eşit hale getirmektir.

Filtreleme

Akıllı binalarda gürültü iki birincil kaynaktan gelir: güç hatlarından gürültü ve motorlardan ve kablosuz vericilerden EMI'yi yayın. Filtreleme, alt sinyali korurken bu istenmeyen frekansları kaldırır.

  • [Düzücükler: 0,5|Düzücüler: [Düzücüler:) Düşük frekanslı filtreler: [Düzücükler: [Düzücükler:0) Düşük frekanslı filtreler: [Düzücükler:Düzücükler:) İkinci siparişler kullanarak en yaygın kanallama frekansı, en yüksek sinyal bozulması ile keskin bir rolloff frekansı sağlar.
  • [FONT=0)Notch filtreleri (grup-reject): ) özellikle de Hologram Hz güç hattı müdahalesini kaldırmak için tasarlanmıştır. Bunlar, sensör sinyalinin ana frekansına yakın frekanslar içerdiğinde ve basit bir düşük geçit ölçümden yoksun olacağı durumlarda faydalıdır.
  • [FONT:0) Dijital filtreleme: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ: 0: 0: 0: 0, AÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ

Isolation

Ground loops, birden çok ekipman parçası farklı zemin potansiyellerine bağlı olduğunda, sinyal kablosu aracılığıyla akışa neden oluyor. Bu akım, cücenin sensör sinyalini attığının gerilim dengelemesini sağlayabilir. Isolation, optik, kapasitif veya manyetik darbe kullanarak iletken yolu kırıyor.

  • [FONT=0)Optoisolators:[Dönetici:[Dönetici:0)) Bir LED ve fototransistor'u dijital sinyaller ve düşük hızlı analog yollar olmadan sinyale aktarmayı kullanın.
  • [FONT=0)Isolation yükselteçleri:[Dönetici: 0,3190) Kombinasyona kadar bir kaç kilo volta kadar, hem sensör hem de pahalı kontrol cihazlarının Texas Instruments veya ADuM3190 gibi cihazlar, analog cihazlardan gelen otomasyonlarda yaygın olarak kullanılır.
  • [FONT:0)Transformer bazlı izolasyon: Genellikle 4-20 mA mevcut döngülerde kullanılır ve bu da gerilim damlalarına doğal olarak bağışıklık sağlar ve sensör (loop-güçlü) için uygun bir yol sağlar.

Analog-enerji Dönüşümü (ADC)

Analog şartlandırma zincirindeki son adım, temiz sinyali dijital bir kelimeye dönüştürmektir. ADC mimarisi seçimi örnekleme oranını, çözünürlüğü ve güç tüketimini etkiler.

  • [FONT=0)Successive Approximation Register (SAR) ADCs:) İyi bir hız dengesi (birkaç MSPS'ye kadar) ve çözümü (12- 18-bit için ideal.
  • [FONT:0]Sigma-Delta ADCs: [DFLT:1] Yavaş yavaş hızlarda, nem ve CO2 sensörleri için mükemmel bir şekilde yüksek çözünürlükte (24-bit) sağlar.
  • [FONT:0) Tek uçsuz vs. diferansiyel girişler:) Diferansiyel girişler yaygın mod gürültüsü reddeder ve uzun kablo kullanımı veya gürültülü ortamlar için kullanılmalıdır.

ADC referans gerilimi stabilitesi genellikle göz ardı edilir. Doğrudan ölçüm hatasına dönüşür. REF50 gibi dayanıklılık referansları endüstriyel sıcaklık aralığının üzerinde% 5 V tutabilir.

SensörlerSpecific Signal Duruming

Akıllı bir binada farklı sensörler eşsiz bir şart sunar. Bu nüansları anlamak sağlam alt sistemleri tasarlamak için önemlidir.

Sıcaklık Sensörleri

  • [FONT=0]Thermo çiftleri: [DDDÜT:1] Soğuk-kömün tazminatı (CJC) gerektirir, çünkü üretilen gerilim ölçüm ve referans kesişim arasındaki sıcaklık farkı bağlıdır.
  • [FONT:0)RTDs (Resistance Sıcaklık Dektörler): ), küçük direniş değişikliği (0.385 {{/°C Pt100 için) hassas sabit bir kaynak veya bir Buğdaytaş köprü yapılandırmasını gerektirir. Three-wire ve dört-tel bağlantıları liderlik hataları ortadan kaldırır.
  • [FONT:0]Thermistors:[[Dönetici: 1 ) Yüksek doğrusal olmayan, yazılımda bir göz veya polinom lineerizasyonu gerektiren bir tabloyu gerektiren. Bir gerilim hassas seriye karşı bölmek en basit şartlı devredir, ancak öz ısıtma etkisi mevcut düşük tutmakla en aza indirgenmelidir.

Nem ve Gaz Sensörleri

Capacitive nem sensörleri göreceli nem ile kapasitance değiştirir. Bir osilatör veya kapasitance-to-dizim dönüştürücü (e.g., AD7746) değişikliği ölçer. sinyal, yüksek çözünürlükte, PCB izlerinin altındaki bir bant genişliğine duyarlıdır.

Occupancy and Motion Sensörs

Pasif kızılötesi (PIR) sensörleri, piroelektrik elementinin kızılötesi radyasyonda bir değişiklik hissettiğinde bir gerilim pulu oluşturur. ham sinyal sadece birkaç milivolt ve düşük frekanslı sıcaklık değişikliklerinden uzaklaşır. Yüksek frekanslı filtreleme (yaklaşık 0.1 Hz) sürüklenir ve apıcıyı 1000 × bir kazanım aşamasını azaltır.

Baskı ve Hava Akış Sensörleri

Statik basınç veya filtre izlemede kullanılan diferansiyel basınç sensörleri genellikle uygulanan baskıya karşı oranmetrik bir gerilim üretir. Bu sinyallerin minimum koşullandırma ve düşük frekanslı filtrelemeye ihtiyacı vardır, ancak uzun ve kondensasyona dikkat etmek gerekir.Sıcak kablolama için kullanılan bir iyonometre için, soğutma nedeniyle küçük bir değişiklik, geri bildirim devresini gerektirir (konstant ısıtıcısı)

Signal Duruming için Bileşenler ve Devre Tasarımı

Doğru bileşenleri seçmek sensör IC. Passive bileşenlerinin ötesine geçer - direnççiler, kapasitörler ve indüktörler - sıcaklık istikrarı, tolerans ve gerilim puanı için seçilir. [0]Thin-film direnişçiler) düşük sıcaklık katsayıları (% 25) için standarttır.

Kurul düzeni eşit derecede kritiktir. Analog ve dijital bölümler fiziksel olarak ayrı olmalıdır, sağlam bir zemin uçağı ve yıldız zeminleri zemin döngülerden kaçınmak için zemine sahip olmalıdır.Grup girişleri yüksek hızdaki artışlar (AFE) IC[D4-485 iletişim için) ısıtılmalıdır.

Akıllı Binalar için Sinyal Şartmalarını Uygulayan Zorluklar

Teori iyi kurulmuş olsa da, ele alınmamışsa, performansları bozulabilecek engellerle karşı karşıyadır.

  • [FONT:0]Temperature sürüklenme:[Dönetici odaları, çatılar veya dış duvarlar, büyük sıcaklık hızlarını yükseltmektedir.
  • [FONT:0)Power tedarik gürültü:[Döneticileri bina kontrolörleri inşa etme düzenleyicileri, LC filtreleri ile birlikte yapılan ayrı bir alt yapılama işlemine ek olarak, yüksek güç sıralaması ile düzenleyiciler (PSRR) analog bölümler için gereklidir.
  • [FONT:0)Electrostatik deşarj (ESD) ve geçiciler: [DDDD: 1) Uzun sensör kablolar, çift yıldırım kaynaklı dalgalanmalar ve ESD olaylarının ortaya çıktığı antenler olarak hareket eder. Koruma diyotları (TVS diyotları) ve seriler kablolara ulaşmanın ısıtılmasında direnç gösterir.
  • [[Dönler arası geçiş:[Dönler: 0,4|Döneticiler tek bir kablo veya arka düzlemde paylaşırken, kapasitif darbeleme sinyalleri bir kanaldan diğerine enjekte edebilir.Yukarıda her bir çiftle ve doğru bir şekilde iletim kullanarak diferansiyel iletim aşağıdaki bağlantıyı kullanabilir -80 dB.
  • [FONT:0)Calibration ve yaşlanma: Her şartlı devre bazı dengeleme ve hata kazanır. Bir periyodik kalibrasyon rutini - genellikle sistem komisyonu sırasında yapılır ve sonra yıl boyunca yapılır - doğruyu korumak için yazılım dengeleme veya kırar.

Mühendisler ve Technicians için en iyi uygulamalar

Yeni bir bina otomasyon sistemi tasarlayabilme veya mevcut bir tane geri yükleme, kanıtlanmış uygulamaların bir setinin sinyal bütünlüğü sağlar.

  1. [FONT:0) Gürültü bütçesi ile başlayın: [Dönetici: 0,3] Gerekli genel doğruluk ve çalışma sinyal zinciri aracılığıyla geri dön. Her aşamaya izin verilen izinden vazgeçin - sensör, amplifikasyon, filtreleme, ADC ve yazılım. Bu, herhangi bir tek bileşene veya altüst etmeni önler.
  2. [FONT:0) Tüm analog sinyalleri için kalkanlanmış kablolar kullanın.[[Dönetici:0) Bir ucundaki kalkanı tek başına (tipik olarak kontrol taraf) zemin döngülerinden kaçınmak için. 4-20 mA döngüler için, kalkan olmadan çarpıtınma genellikle yeterlidir, ancak yüksek çözünürlüklü bölgelerde, kalkan kablo standart kalır.
  3. [FONT:0] Doğru güç devretme uygun şekilde yapılandırılır.[[Döneticiler ve kontrol devreleri ADC ve kontrolör etkinleştirilmeden önce güçlendirilmelidir. Birçok ADCs yanlış kullanılan bir güç indirme modu içeriyorsa, latch-up veya yanlış dönüşümlere neden olabilir.
  4. [[Dön test noktaları ve tanı LEDleri [Dönetici:0) Komiser sırasında anahtar şartlı düğümler için erişilebilir test noktalarına sahip olmak (örneğin, yükseltici çıktı, filtre çıktı) sorun giderme hızları. Bazı modern AFE ICs, açık-tel algılama ve aşırı uç-tama işaret için yerleşik teşhisler içerir.
  5. [FONT=0)Yönetici zincirini [Dönetici: 0) Kayıt edilen bir blok diyagramı oluşturun, filtre kesme, ADC kararı ve her sensör türü için referans gerilimi. Bu belge bakım sırasında veya yeni sensörler yıllarını eklediğinizde paha biçilmez.
  6. [FONT:0]Bu kısa analog sinyal yolları ile dijital sinyallendirme işlemine izin vermek, BACnet MS/TP veya Modbus RTU gibi güvenli bir otobüs üzerinden dijital iletişim kurmak için.Ancak, bu kenardaki cihazların analog şartlandırma blokları aynı kaliteli standartları merkezileştirilmiş sistemlerle karşılamaktadır.

Akıllı Binalar için Signal Durumlandırmadaki Future Trends in Signal Duruming for Smart Buildings

Binalar daha zeki hale gelirken, sinyallendirme birkaç yönde gelişiyor.ETHFLT:0)Wireless sensör düğümleri), şimdi, algılama gerilimi ve otomatik olarak iptal edilmesi gibi algılayıcı devreleri içerir, manuel kalibrasyon ihtiyacını azaltır.[PD)[Dönetici:2Edge Computing[D)[Döneticileri kontrol etme, sensöre daha fazla giriş yapar, ancak kontrol etmeden önce gerçek zamanlı tanılama devreleri tahmin eder.

Bir başka trend, makine öğreniminin doğrudan şartlandırma yoluna entegre edilmesidir. Bir sensörin gürültü özelliklerini analiz ederek, sistem filtre katlarını istasyon dışı müdahaleyi bastırmak için adapte edebilir - sabit analog filtrelerle imkansız olan bir görev.Bu “akıllı şart” bir sonraki nesil bina otomasyon kontrolörleri standart bir özellik haline gelecektir.

Son olarak, standartlaştırma çabaları, İLRAE 135[Dönetici:0)BACnet International[Döneticileri ile tanıdık olan mühendisler, enerji tasarruflarını ve yolcuyu akıllı bina teknolojisini vaat eden akıllı bina teknolojisini sunmak için daha iyi donanımlı olacaktır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

SignalRY, akıllı bina otomasyonu güvenilir hale getiren görünmez omurgadır. Zayıf sinyalleri, filtreleme gürültüsü, zemin döngülerini kırar ve analog ölçümleri doğru dijital verilere dönüştürürken, koşullu okumanın her sensör okumasının güvenilir olmasını sağlar.Her zaman amplifikasyon, filtreleme, izolasyon ve ADC seçimi, sıkı kontrolü, daha düşük enerji tüketimi ve daha uzun ekipman yaşamınız için kritik bir beceri sağlayacaktır.

ADC seçimi ve gürültü analizi hakkında daha fazla okuma için, [[Dönetici:0)Analog Cihazlarının sigma-delta ADCs ) ve Texas Instruments'un [[Döneticileri için notu[Dönemli sinyallendirme için Endüstri standartları ).