Kas ir datu iegūšana?

Datu iegūšanas metodes

Viena elementa sprieguma noteikšanas metode

Akumulatora elementu sprieguma iegūšanas modulis ir svarīga akumulatora vadības sistēmas sastāvdaļa. Tās veiktspēja un precizitāte nosaka sistēmas sprieduma precizitāti par akumulatora statusa informāciju un vēl vairāk ietekmē turpmāko kontroles stratēģiju efektīvu ieviešanu. Parasti izmantotās metodes elementu sprieguma noteikšanai ietver releja masīvu metodi, pastāvīgās strāvas avota metodi, izolēta operacionālā pastiprinātāja iegūšanas metodi, sprieguma/frekvences pārveidošanas ķēdes iegūšanas metodi un lineārā optrona pastiprinātāja ķēdes iegūšanas metodi.

1. Releja masīva metode

Attēlā 8-6 ir parādīta akumulatora sprieguma iegūšanas shēmas blokshēma, kuras pamatā ir releja masīva metode. Tas sastāv no spailes sprieguma sensora, releju bloka, A-D (analogā-uz-digitālā) pārveidotāja mikroshēmas, optrona un multipleksora. Lai izmērītu n sērijveidā savienotu akumulatoru spaiļu spriegumu, katram akumulatora bloka mezglam ir jāpievieno n+1 vadi. Izmērot m- akumulatora spaiļu spriegumu, mikrokontrolleris nosūta atbilstošu vadības signālu, kas caur multipleksoru, optronu un releja piedziņas ķēdi izvēlas atbilstošo releju, savienojot m-to un m+1- vadu ar A-D pārveidotāja mikroshēmu. Parasti komutācijas ierīču pretestība ir salīdzinoši maza, un komutācijas ierīču pretestības radītā kļūda ir gandrīz niecīga pēc apvienošanas ar sprieguma dalītāja ķēdi. Turklāt visa ķēdes struktūra ir vienkārša; tikai sprieguma dalītāja rezistori, AD pārveidotāja mikroshēma un sprieguma atsauces precizitāte ietekmē gala rezultāta precizitāti. Rezistoru un mikroshēmas kļūdas parasti var būt ļoti mazas. Tāpēc releju masīva metode ir vispiemērotākā lietojumiem, kuriem nepieciešami augsti individuāli akumulatora sprieguma mērījumi un augsta precizitāte.

2. Pastāvīgās strāvas avota metode

Paralēlās akumulatora sprieguma iegūšanas pamatprincips, izmantojot pastāvīgas strāvas avota ķēdi, ir pārveidot akumulatora spailes spriegumu lineāri mainīgā strāvas signālā, neizmantojot pārveidošanas rezistoru. Tas uzlabo sistēmas pret-traucējumu spēju. Viena-pakāpes akumulatora komplektā, jo akumulatora spaiļu spriegums ir salīdzinoši zems, parasti no 2 V līdz 5 V, spriegums izlādes laikā ir relatīvi stabils, tādējādi uzlabojot sistēmas pret-traucējumu spēju. Tāpēc, lai to panāktu, projektēšanas procesā bieži tiek izvēlēts viena{8}}kanāla darbības pastiprinātājs. Sakarā ar ķēžu konstrukcijas un pielietojuma atšķirībām pastāvīgās strāvas avota ķēdēm var būt dažādas formas.

Viens no šādiem piemēriem ir shēma, kas parādīta 8. attēlā-7; tā ir pastāvīgas strāvas avota ķēde, kas sastāv no virknes -izvēles darbības pastiprinātāja un izolēta-vārtu lauka efekta tranzistora.

Kā redzams no operacionālā pastiprinātāja struktūras, šī ķēde ir daudzpakāpju tiešā-savienota pastiprinātāja ķēde ar augstu atvērtās-cilpas pastiprinājumu un dziļu negatīvu atgriezenisko saiti. Tās ievades stadijā tiek izmantota diferenciālā pastiprinātāja ķēde, un tā ir integrēta tajā pašā silīcija mikroshēmā, kas nodrošina izcilu veiktspējas saskaņošanu starp abiem, un starpposmam ir augsta pastiprināšanas spēja. Pamatojoties uz diferenciālo ķēžu principu, šai shēmai ir spēcīga kopējā{5}}režīma signāla noraidīšanas iespēja. Tāpēc, izmantojot darbības pastiprinātāju, lai izmērītu atsevišķu akumulatora elementu spriegumu, augstā kopējā -režīmu noraidīšanas un pastiprināšanas iespēja uzlabos mērījumu precizitāti. Izolēta-vārtu lauka-efekta tranzistors (IGFET) ir pusvadītāju ierīce, kas izmanto ievades ķēdes elektriskā lauka efektu, lai kontrolētu izejas ķēdes strāvu. Kad tas darbojas mainīgas pretestības reģionā, izejas aizplūdes strāva I ir lineāri saistīta ar ieejas aizplūdes{12}}avota spriegumu Us. Turklāt tranzistora aizslēgtā{14}}avota pretestība ir ļoti augsta, kā rezultātā ir ļoti maza noplūdes strāva, savukārt aizplūdes-avota-pretestība ir ļoti maza, kā rezultātā ir ļoti zems sprieguma kritums. 8 Operacionālais pastiprinātājs darbojas lineārajā reģionā. Ja ir atlasīts zemas -pretestības FET, sprieguma kritums ieslēgtā stāvoklī ir niecīgs. Tāpēc

sasniedzams

Iepriekš minētajos vienādojumos atšķirība starp u₁ un u2 ir akumulatora spailes spriegums, un U₁ ir invertējošā darbības pastiprinātāja ķēdes izejas spriegums. Ir viegli redzēt, ka Zener diode, kas savienota ar operacionālā pastiprinātāja izeju, nodrošina atgriezenisko saiti, uzturot ķēdi līdzsvarotā stāvoklī. V₀ ↑→ |Uz| ↓→ IL ↓→ |VR| ↓→ VI ↑→ |V₀| ↓. kur V₀ ir operacionālā pastiprinātāja izejas spriegums; VR ir spriegums pāri rezistoram R₁; un VI ir operacionālā pastiprinātāja ieejas diferenciālais spriegums, ti, VI=U₁ - U₂. Kad ķēde ir līdzsvarā, VI=0. Pastāvīgās strāvas avota ķēdei ir vienkārša struktūra, spēcīga kopējā-režīma noraidīšanas iespēja, augsta iegūšanas precizitāte un laba praktiskums.

3. Izolācijas darbības pastiprinātājs

Izolācijas darbības pastiprinātājs ir elektroniska sastāvdaļa, kas spēj elektriski izolēt analogos signālus. To plaši izmanto kā izolatorus rūpniecisko procesu kontrolē un kā izolācijas materiālu dažādās barošanas ierīcēs. Tas parasti sastāv no divām daļām: ievades sadaļas un izvades sadaļas. Tie tiek darbināti atsevišķi un savienoti ar magnētisko savienojumu. Signālu modulē ieejas sadaļa, tas iziet cauri izolācijas slānim, un pēc tam to demodulē un atjauno izejas sadaļa. Izolācijas darbības pastiprinātāji ir ideāli piemēroti akumulatora elementu sprieguma iegūšanas shēmām. Tie izolē ieejas akumulatora spailes sprieguma signālu no ķēdes, tādējādi izvairoties no ārējiem traucējumiem un uzlabojot sistēmas iegūšanas precizitāti un uzticamību. Tipisks pielietojuma piemērs ir sniegts zemāk.

8.8. attēlā parādīts izolācijas darbības pastiprinātāja pielietojums 600 V jaudas bateriju vadības sistēmā. Akumulatoru komplektā ir 50 horizontāli svina-skābes akumulatori ar nominālo spriegumu 12 V, un to spaiļu spriegumus pa vienam nosaka izolācijas darbības pastiprinātāja ķēde. ISO 122 ir izolācijas pastiprinātājs, kas izstrādāts ar modulācijas un demodulācijas tehnoloģiju, ko iepako Black & Decker (BBB) ​​Amerikas Savienotajās Valstīs, izmantojot precīzas kondensatora savienojuma tehnoloģiju un parasto divu -in- (DIP) kontaktu izkārtojumu. ISO 122 ieejas un izejas sadaļas atrodas paraugu ņemšanas ķēdē, atdalītas ar diviem saskaņotiem 1pF kondensatoriem, kas veido izolācijas slāni. Nominālais izolācijas spriegums ir lielāks par 1500 V (maiņstrāva 60 Hz nepārtraukts), ar augstu izolācijas pretestību un augstu pastiprinājuma precizitāti un linearitāti, tādējādi atbilst praktiskām pielietojuma prasībām. Kā parādīts 8.8. attēlā, ISO 122 ievades jauda tiek iegūta no automātiskā akumulatora bloka, un izejas signāls, kam ir lineāra saistība ar to, tiek multipleksēts, pēc tam automātiski sadalīts ar diviem precīzijas rezistoriem, ko kontrolē mikrokontrolleris, pirms tiek nosūtīts uz ieeju. Izejas jaudu nodrošina strāvas padeves modulis uz shēmas plates, un akumulatora spailes spriegums ir izolēts. Jāņem vērā, ka 50. akumulatora spaiļu sprieguma iegūšanas ķēdē aiz izolētās darbības pastiprinātāja ķēdes tiek pievienots invertors, lai mainītu izejas signālu no negatīva uz pozitīvu. Jāuzsver arī tas, ka, lai gan izolētajai operacionālā pastiprinātāja iegūšanas shēmai ir lieliska veiktspēja, tās augstās izmaksas ir ierobežojušas tās plašo pielietojumu.

4. Sprieguma/frekvences pārveidošanas shēmas iegūšanas metode

Izmantojot sprieguma/frekvences (V/F) pārveidošanas ķēdi, lai iegūtu akumulatora elementa spriegumu, V/F pārveidotājam ir izšķiroša nozīme. Tas ir komponents, kas pārveido sprieguma signālus frekvences signālos, piedāvājot izcilu precizitāti, linearitāti un integrētu ievadi.

Attēlā 8-9 parādīta LM331 V/F pārveidotāja shēmas shēma, ko izmanto augstas-precizitātes V/F konvertēšanai. LM331 ir augstas veiktspējas integrēta V/F mikroshēma, ko ražo FS Microcontroller. Tajā ir izmantota jauna temperatūras kompensēta joslas spraugas atsauces ķēde, kas nodrošina ārkārtīgi augstu precizitāti visā darba temperatūras diapazonā un pie barošanas sprieguma līdz 4,0 V.

Izmantojot šo iegūšanas metodi, sprieguma signāls tiek tieši pārveidots par frekvences signālu, ko pēc tam var apstrādāt mikrokontrollera skaitītāja ports bez A-D konvertēšanas. Turklāt, lai papildinātu V/F pārveidošanas ķēdi akumulatora elementu sprieguma iegūšanas sistēmā, ir jāizstrādā arī atbilstošas ​​atlases shēmas un darbības pastiprinātāja shēmas, lai nodrošinātu daudzkanālu iegūšanas funkcionalitāti. Šī metode ietver mazāk komponentu, bet sprieguma{4}}vadāmais oscilators satur kondensatorus, un kondensatoru relatīvā kļūda parasti ir liela, jo lielākiem kondensatoriem ir vēl lielākas relatīvās kļūdas.

5. Lineārā optiskā savienotāja pastiprinātāja shēmas iegūšanas metode

Akumulatora elementa sprieguma iegūšanas ķēde, kuras pamatā ir lineārs optrons, nodrošina izolāciju starp signāla uztveršanas galu un apstrādes galu, tādējādi uzlabojot ķēdes stabilitāti un pret{0}}traucējumu spēju. Attēlā 8-10 ir parādīts TIL300 lineārais optrons, kas sastāv no izolētas atgriezeniskās saites fotodiodes, kas sadalītas ar infrasarkano LED apgaismojumu, un izejas fotodiodes. Lai kompensētu LED laika un temperatūras raksturlielumu nelinearitāti, tiek izmantota īpaša procesa tehnoloģija, padarot izejas signālu lineāri proporcionālu LED izstarotajai servo gaismas plūsmai. TIL300 maksimālā izolācija ir 3500 V, joslas platums ir lielāks par 200 kHz, tas ir piemērots izolētai līdzstrāvas un maiņstrāvas signālu pastiprināšanai, un tā izejas pastiprinājuma stabilitāte ir ±0,05%/grādi. Kā redzams diagrammā, viena akumulatora elementa sprieguma vērtība (starpība starp U1 un U2) tiek pārveidota par strāvas signālu Ip ar darbības pastiprinātāju A un plūst caur lineāro optronu TIL300. Pēc opto-izolācijas tas izvada strāvu Ip2, kas ir lineāri saistīta ar Ip1. Pēc tam šī strāva tiek pārveidota atpakaļ sprieguma vērtībā ar darbības pastiprinātāju A2 A-D konvertēšanai un datu iegūšanai. Ir vērts atzīmēt, ka lineārā optrona abiem galiem ir nepieciešami dažādi neatkarīgi barošanas avoti, kas diagrammā apzīmēti ar I+12V un ±12V. Tas parāda, ka lineārajai optroniskajai pastiprinātāja shēmai ir ne tikai spēcīga izolācija un pret{25}traucējumi, bet arī saglabā labu analogā signāla linearitāti pārraides laikā. Tāpēc to var izmantot kopā ar releju masīviem vai vārtu ķēdēm daudzkanālu iegūšanas sistēmās. Tomēr tā shēma ir salīdzinoši sarežģīta, un daudzi faktori var ietekmēt tā precizitāti.

Temperatūras iegūšanas metodes

Akumulatora darba temperatūra ne tikai ietekmē akumulatora veiktspēju, bet arī tieši attiecas uz elektrisko transportlīdzekļu drošību. Tāpēc ļoti svarīgi ir precīzi iegūt temperatūras parametrus. Temperatūras iegūšana nav grūta; galvenais ir izvēlēties piemērotu temperatūras sensoru. Pašlaik ir pieejami daudzi temperatūras sensori, piemēram, termistori, termopāri, termistora tranzistori un integrētie temperatūras sensori.

1. Termistora iegūšanas metode

Termistora iegūšanas metodes princips ir balstīts uz raksturlielumu, ka termistora pretestība mainās līdz ar temperatūru. Fiksētais rezistors ir savienots virknē ar termistoru, veidojot sprieguma dalītāju, tādējādi pārvēršot temperatūras līmeni sprieguma signālā. Pēc tam šis signāls tiek pārveidots digitālā temperatūras informācijā, izmantojot analogo-uz-digitālo pārveidošanu. Termistori ir lēti, taču tiem ir slikta linearitāte, un tiem parasti ir salīdzinoši lielas ražošanas kļūdas.

2. Termopāra iegūšanas metode

Termopāra darbības princips ir tāds, ka bimetāla korpuss dažādās temperatūrās ģenerē dažādus termoelektriskos potenciālus. Iegūstot šo termoelektriskā potenciāla vērtību, temperatūras vērtību var iegūt, meklējot tabulu. Tā kā termoelektriskā potenciāla vērtība ir atkarīga tikai no materiāla, termopāru precizitāte ir ļoti augsta. Tomēr, tā kā termoelektriskie potenciāli ir milivoltu-līmeņa signāli, ir nepieciešama pastiprināšana, padarot ārējās shēmas sarežģītas. Parasti metāliem ir augsts kušanas punkts, tāpēc termopāri parasti tiek izmantoti augstas temperatūras mērījumiem.

3. Integrētā temperatūras sensora iegūšanas metode

Tā kā temperatūras mērīšana ikdienas dzīvē un ražošanā kļūst arvien izplatītāka, pusvadītāju ražotāji ir ieviesuši daudzus integrētus temperatūras sensorus. Lai gan daudzi no šiem sensoriem ir balstīti uz termistoriem, tie tiek kalibrēti ražošanas laikā, kā rezultātā precizitāte ir salīdzināma ar termopāriem. Turklāt tie var tieši izvadīt digitālās vērtības, padarot tās labi-piemērotas izmantošanai digitālajās sistēmās.

Pašreizējās iegūšanas metodes

Parastās strāvas noteikšanas metodes ietver šuntus, transformatorus, Hola efekta strāvas sensorus un optisko šķiedru sensorus.

Katras metodes raksturojums ir parādīts 8-1. tabulā.

Starp šiem faktoriem optisko šķiedru sensoru augstās izmaksas ierobežo to pielietojumu kontroles jomā; šunti ir zemas-izmaksas un laba frekvences reakcija, taču to lietošana ir apgrūtinoša, jo tiem jābūt savienotiem ar strāvas cilpu; strāvas transformatorus var izmantot tikai maiņstrāvas mērījumiem; un Hall elementu strāvas sensori nodrošina labu veiktspēju un ir viegli lietojami. Pašlaik elektrisko transportlīdzekļu jaudas akumulatoru vadības sistēmu strāvas iegūšanā un uzraudzībā visbiežāk izmanto šuntus un Hall elementu strāvas sensorus.

Dūmu noteikšanas metodes

Transportlīdzekļa darbības laikā sarežģītu ceļa apstākļu un akumulatoru ražošanas problēmu dēļ var rasties ārkārtējas avārijas, piemēram, dūmi vai aizdegšanās pārkaršanas, saspiešanas vai sadursmes dēļ. Ja šie incidenti netiek atklāti un efektīvi novērsti, tie neizbēgami saasināsies, apdraudot apkārtējos akumulatorus, transportlīdzekli un personālu kravas nodalījumā, nopietni ietekmējot transportlīdzekļa ekspluatācijas drošību. Lai novērstu šādus incidentus, pēdējos gados akumulatoru vadības sistēmās ir ieviesta dūmu uzraudzība, un tam tiek pievērsta arvien lielāka uzmanība.

Dūmu sensori ir dažādi, un tos var iedalīt trīs galvenajos tipos, pamatojoties uz to noteikšanas principiem: ① Dūmu sensori, kas izmanto fizikāli ķīmiskās īpašības, piemēram, pusvadītāju dūmu sensori un kontakta sadegšanas dūmu sensori; ② dūmu sensori, kas izmanto fizikālās īpašības, piemēram, siltumvadītspējas dūmu sensori, optisko traucējumu dūmu sensori un infrasarkanie sensori; ③ Dūmu sensori, kas izmanto elektroķīmiskas īpašības, piemēram, strāvas -tipa dūmu sensori un elektromotora spēka- tipa gāzes sensori. Tā kā dūmu sensori ir dažādi, pusvadītāju dūmu sensori nevar noteikt visas gāzes. Tāpēc tiek izvēlēts konkrēts veids, lai noteiktu vienu vai divus konkrētus dūmu veidus. Piemēram, oksīda pusvadītāju dūmu sensorus galvenokārt izmanto, lai noteiktu ogļūdeņraža dūmus, tostarp O2, H2S, CO, H2, O3H2O, Cl2, OH, CO₂ utt. Elektrodu ierobežojumu dēļ šos sensorus galvenokārt izmanto, lai noteiktu neorganiskus dūmus, piemēram, O₂, Cl, CO₂, C₂, CO₂, H2 SO₂ utt.

Ja dūmu sensorus izmanto strāvas akumulatoros, sensora izvēlei ir jāsaprot akumulatoru degšanas rezultātā radušos dūmu sastāvs. Parasti akumulatora sadegšana rada lielu daudzumu CO un CO2, tāpēc jāizvēlas sensori, kas ir jutīgi pret šīm divām gāzēm. Sensora struktūra ir jāpielāgo vibrācijas apstākļiem, kad transportlīdzeklis tiek lietots-ilgstoši, lai novērstu nepareizu iedarbināšanu ceļa putekļu un vibrācijas dēļ.

Dūmu signalizācijas ierīce strāvas akumulatora vadības sistēmā ir jāuzstāda vadītāja konsolē. Saņemot trauksmes signālu, tai ātri jāizdod skaņas un vizuāla trauksme un bojājuma atrašanās vieta, nodrošinot, ka vadītājs var nekavējoties noteikt un saņemt trauksmes signālu.

Piemēram, olimpiskajā elektriskajā autobusā izmantotajā dūmu signalizācijas sistēmā, ko galvenokārt izstrādājis Pekinas Tehnoloģiju institūts, tiek izmantota akumulatoru sistēma, ko darbina 9 V sārma vai oglekļa -cinka akumulators, nodrošinot 24 stundu normālu darbību. Trauksmes signālu darbina transportlīdzekļa 24V bateriju barošanas avots, kas tiek piegādāts atsevišķi, lai nodrošinātu signalizācijas sistēmas neatkarību. Sadalītās signalizācijas nosaka dūmu koncentrāciju caur iekšējiem dūmu sensoriem. Kad dūmu koncentrācija ir zem robežas, trauksmes iekšējais kontrolieris iestata releja izeju uz atvērtu ķēdi; kad dūmu koncentrācija pārsniedz robežvērtību, iekšējais kontrolieris iestata releja izeju uz īssavienojumu, ātri pievelkot +24V strāvas padevi displeja panelim, lai izveidotu trauksmes ķēdi ar -24 V barošanas avotu displeja panelī, izdodot skaņas un vizuālu trauksmes signālu. Sistēmas struktūra ir parādīta 8-11 attēlā.