电工电子技术概论（下篇共上中下3篇）

IntroductoryElectricalandelectronicTechnology电工电子技术概论主编：盛贤君大连理工大学出版社(第二版)11.2A/D转换器02CONTENTS11.1D/A转换器01目录CONTENTS第11章数字信号与模拟信号的相互转换PART-0111.1D/A转换器11.1D/A转换器

将数字信号转换为模拟信号的装置为数模转换器(digital

to

analog

converter),简称D/A转换器或DAC。将模拟信号转换为数字信号的装置为模数转换器(analogtodigital

converter),简称A/D转换器或ADC。它们是模拟系统与数字系统之间的接口。11.1D/A转换器

4位R-2R型D/A转换器电路如图11-2所示。11.1D/A转换器

利用叠加原理可以得到如图11-2所示电路的输出模拟电压为

由式(11-2)可知,输出的模拟量UO与输入的数字量成正比,这样就实现了数字量与模拟量的转换。11.1D/A转换器D/A转换器的技术指标主要为:(1)分辨率(2)转换精度(3)建立时间D/A转换器的非零最小输出电压UOmin与最大输出电压UOmax之比称为D/A转换器的分辨率(resolution)。输出电压是与二进制数字量对应的十进制数成正比的,所以分辨率为11.1D/A转换器

按输入二进制数的位数分类8位10位12位16位24位

按解码网络结构不同分类T型电阻网络倒T型电阻网络权电流和权电阻网络D/A转换器

按模拟电子开关电路的不同分类CMOS开关型双极型开关型11.1D/A转换器

现以DAC0832为例说明常用的D/A转换器转换芯片。DAC0832是8位R-2R型D/A转换集成芯片,具有价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在计算机应用系统中得到了广泛的应用。DAC0832转换器的引脚图和内部结构图如图11-3所示。11.1D/A转换器实际应用如图11-4所示。11.1D/A转换器

【例11-1】设1个6位R-2R型D/A转换器的基准电压UREF=10V,输入二进制数1011和111101,试求这两种输入情况下的输出模拟电压及该D/A转换器的分辨率。

解(1)输入数字量为1011时,也就是001011时,有PART-0211.2A/D转换器11.2A/D转换器

如图11-5所示,逐次逼近型A/D转换器的基本原理是由芯片内的D/A转换器生成一个模拟电压,用芯片内电压比较器将待转换模拟输入电压与芯片内生成的模拟电压进行比较,并按比较的结果去修正芯片内D/A转换器输入的数字量,逐次逼近,直到比较器两输入端模拟电压相等为止。11.2A/D转换器

ADC0809是采用CMOS工艺的8位逐次逼近型A/D转换器,引脚和内部结构如图11-6所示。11.2A/D转换器A/D转换器的主要技术指标为:(1)转换时间转换时间指从输入转换启动信号开始到转换结束所需要的时间,反映的是A/D转换器的转换速度。不同A/D转换器转换时间差别很大。ADC0809在工作频率为640kHz时,其转换时间为100μs。(2)量程量程是指A/D转换器所能够转换的模拟量输入电压范围。ADC0809的量程为0~+5V。(3)分辨率分辨率是A/D转换器可转换成数字量的最小模拟电压值,反映A/D转换器对输入电压微小变化的响应能力。一个n位A/D转换器,其分辨率可表示为满量程输入电压UFS与2n的比值,即IntroductoryElectricalandelectronicTechnology电工电子技术概论主编：盛贤君大连理工大学出版社(第二版)12.2发电传感器02CONTENTS12.1参量传感器01目录CONTENTS第12章传感器及其应用12.4传感器的应用0412.3半导体传感器03PART-0112.1参量传感器12.1参量传感器

传感器(sensor)是能感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。12.1.1电阻式传感器

如图12-1所示为桥式测量转换电路,当电源电压为uI,则输出电压uO为初始值通常采用R1=R2=R3=R4。每个桥臂电阻变化值记为ΔRi,当电桥负载电阻为无限大时,电桥输出电压可近似用式(12-1)表示:12.1参量传感器

12.1.2电感式传感器

电感式传感器可分为互感式传感器互感式传感器的结构示意图如图12-2所示,它主要由一个线框和一个铁芯组成。理想互感式传感器的原理如图12-3所示。自感式传感器电涡流式传感器12.1参量传感器12.1.3电容式传感器电容式传感器的基本工作原理可以用如图12-4所示的平板电容器来说明。当忽略边缘效应时,平板电容器的电容为式中,A为极板面积;d为极板间距离;ε为电容极板间介质的介电常数。由式(12-3)可知,当d、A、ε三个参数中任何一个发生变化,均可改变电容的容量,在交流工作时就改变了容抗,从而使输出电压或电流变化。d、A的变化可以反映线位移或角位移的变化,也可以间接反映弹力、压力等的变化;ε的变化则可反映液面的高度、材料温度等的变化。PART-0212.2发电传感器12.2发电传感器

12.2.1热电偶传感器热电偶传感器是将温度转换成电动势的一种测温传感器。其工作原理是将两种不同材料的导体构成一闭合回路,若两个接点处温度不同,则回路中会产生电动势,从而形成电流,这个物理现象称为热电势效应,简称热电效应。如图12-5所示为热电偶回路及符号。12.2发电传感器

如图12-6所示是应用热电偶的测温线路。热电偶可用于测量两点温度之和以及之差。其中,图12-6(a)是两个同型号的热电偶正向串联,用来测量两点间的温度之和。图12-6(b)为两个同型号的热电偶反向串联,用来测量两点间的温度之差。12.2发电传感器12.2.2霍尔式传感器

霍尔式传感器是由霍尔元件与弹性敏感元件或永磁体结合而形成,可以测量与磁场及电流有关的物理量。

霍尔元件是利用霍尔效应制成的磁敏元件。若在如图12-7(a)所示的金属或半导体薄片两端通控制电流I,并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场,那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势EH,该电势称为霍尔电势,其关系可用式(12-4)表示:EH=KHIB

(12-4)12.2发电传感器

其中,KH称为霍尔元件的灵敏度,与元件材料的性质、几何尺寸有关。霍尔元件的结构、符号及外形如图12-7(b)~(d)所示。12.2发电传感器

归纳起来,霍尔式传感器主要有下列三个方面的应用类型:利用霍尔电势正比于磁感应强度的特性来测量磁场及与之有关的电量和非电量。如磁场计、方位计、电流计、微小位移计、角度计、转速计、加速度计、磁读头、函数发生器、同步传动装置、无刷直流电机和非接触开关等。利用霍尔电势正比于激励电流的特性可制作回转器、隔离器和电流控制装置等。利用霍尔电势正比于激励电流与磁感应强度乘积的规律制成乘算器、除算器、乘方器、开方器和功率计等,也可以做混频、调制、斩波和解调等用途。12.2发电传感器

12.2.3压电式传感器压电式传感器是一种典型的自发电式传感器,它由传力机构、压电元件和测量转换电路组成。压电元件是以某些电介质的压电效应为基础。压电效应(图12-8)指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用产生变形时,内部会产生极化现象,同时在其表面产生电荷,当外力去掉后,又重新回到不带电状态的现象。因此压电元件是力敏感元件,可以测量最终能变换为力的那些非电物理量,如压力、加速度、力矩等。实验证明,压电元件上产生的电荷量Q与施加的外力Fx成正比,即Q=dFx(12-5)式中,d为压电材料的压电系数。12.2发电传感器压电元件在承受沿其敏感轴方向的外力作用时,会产生电荷。因此它相当于一个电荷发生器。当压电元件表面聚集电荷时,它又相当于一个以压电材料为介质的电容器。因此,可以把压电材料等效为一个电荷源和一个电容相并联的电荷等效电路,也可以等效为一个电压源和一个电容相串联的电压等效电路,如图12-9所示。电容器上的电压Ua、电荷量Q和电容Ca三者关系为PART-0312.3半导体传感器电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.3半导体传感器

12.3.1气敏传感器电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因此气敏元件通常工作在高温状态,加速上述的氧化还原反应。因此在基本测量电路中需有加热装置,如图12-10所示,1和2是加热电极,3和4是气敏电阻的一对电极,EH为加热电源,EC为测量电源,电阻中气敏电阻值的变化引起电路中电流的变化,输出电压(信号电压)在电阻R0上输出。气敏电阻值随吸附气体的数量和种类而改变,可以根据阻值变化的情况得知吸附气体的种类和浓度,用来检查可燃性气体是否泄漏。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.3半导体传感器

12.3.2湿敏传感器湿敏传感器主要检测大气中水蒸气的含量,广泛应用于气象预报、医疗卫生,以及精密仪器、半导体集成电路、元器件制造场所的湿度的控制。测量湿度的传感器种类很多,基本形式都是在基片上涂敷感湿材料形成感湿膜;基本特点都是当空气中的水蒸气吸附于感湿材料后,元件的阻抗、介质常数发生很大的变化。至今发展比较成熟的湿敏传感器有氯化锂湿敏电阻、半导体陶瓷湿敏电阻。其中半导体陶瓷湿敏电阻通常用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结成多孔陶瓷,这些材料有ZnO-LiO2系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系、Fe3O4等,其电阻率随湿度升高而变化(增大或减小)。半导体陶瓷湿敏电阻具有较好的热稳定性和较强的抗污染能力,能在恶劣、易污染的环境中测得准确的湿度数据,主要用于微波炉等食品调理控制及各种空调控制等。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.3半导体传感器

12.3.3热敏传感器热敏传感器利用半导体材料的阻值随温度变化的特性实现温度测量。热敏电阻是热敏传感器的一种,按温度系数的不同,可分为负温度系数的NTC热敏电阻、正温度系数的PTC热敏电阻和临界温度系数的CTR热敏电阻。这三种热敏电阻的温度特性曲线如图12-11所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.3半导体传感器

12.3.4磁敏传感器磁敏传感器是基于磁电转换原理的传感器。利用某些元件对磁敏感的特性,可以测量如转速、流量、角位移、长度、质量等许多物理量。利用某些材料对磁的记忆特性,还可以检测磁性图形、信用卡、磁卡等,目前这种技术已广泛应用于信息记录系统中。磁敏传感器主要有磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管和霍尔式磁敏传感器。磁敏电阻通常用锑化铟(InSb)或砷化铟(InAs)等半导体材料制成,利用磁阻效应,即磁场中的电阻会随磁场变化而变化,用于磁场、电流、位移、转速和功率的测量。磁敏电阻可制成磁场探测仪、位移监测器、角度监测器、功率计、安培计等。磁敏二极管未受到外界磁场作用时,施加正向电压时正向导通,形成电流。当磁敏二极管外加正向电压时,并且置于磁场中,载流子即电子和空穴受到洛伦兹力的作用,流动方向改变,则电流大小改变,从而可以确定磁场的大小和方向,可用来检测交、直流磁场,特别适合于测量弱磁场,还可制作箝位电流计,对高压线进行不断线、无接触电流测量,还可制作电子计算机键盘等无触点开关、无接触电位计等。磁敏三极管与磁敏二极管原理相同,灵敏度高于磁敏二极管。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.3半导体传感器

12.3.5光敏传感器光敏传感器具有如下应用:测量物体温度,如光电比色高温计,将被测物体在高温下辐射的能量转换为光电流;测量物体的透光能力,如测量液体、气体的透明度、浑浊度的光电比色计,预防火灾的光电报警器;测量物体表面的反射能力。光线投射到被测物体后,又反射到光电元件上,而反射光的强度取决于被测物体表面的性质和状态;测量位移或距离;用作开关式光电转换元件。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.3半导体传感器常见的光敏传感器(1)光电管传感器电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.3半导体传感器(2)光敏电阻传感器电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.3半导体传感器(3)光电池传感器电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.3半导体传感器(4)电荷耦合器件PART-0412.4传感器的应用电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.4传感器的应用

12.4.1数显电子秤

电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.4传感器的应用

12.4.2电子温度计

电子温度计具有线性校正功能,在200~0℃的测量精度可达0.1℃,在0~-100℃的测量精度可达0.2℃。电路如图12-17所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.4传感器的应用

12.4.3烟雾报警器

图12-18给出了烟雾报警器电路原理图。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因12.4传感器的应用

12.4.4CO检测模块

CO检测电路原理图如图12-19所示。IntroductoryElectricalandelectronicTechnology电工电子技术概论主编：盛贤君大连理工大学出版社(第二版)13.2光纤通信02zCONTENTS13.1概述01目录CONTENTS第13章现代通信系统13.4移动通信0413.3无线通信0313.5卫星通信05PART-0113.1概述13.1概述13.1.1通信系统的组成和分类通信系统一般包括信息源、发送设备、信道、接收设备、收信点、噪声源六个部分,如图13-1所示。

通信系统根据传输方式的不同可分为有线通信(wire

communication)和无线通信(wireless

communication)两大类。有线通信是指电磁波沿金属导线、光缆等有形线路传递的通信方式。这种通信方式可靠性高、成本低。光纤通信已成为现代通信系统中主要的传输技术。无线通信是指以电磁波形式在空间传播信息的方式。较之有线通信,具有不受地较之有线通信,具有不受地理环境限制、通信区域广等优点,但因其易受外界干扰,保密性差,所以在现代通信中,无线通信系统和有线通信系统往往互为补充。13.1概述13.1.2基带传输与调制解调由信息源发出,未经调制的原始信号所占用的频率范围叫基本频带,简称基带(baseband)。利用基带信号直接传输的方式称基带传输,例如有线广播。基带传输系统简单,但应用场合有限。基带信号频谱从零开始,在许多通信系统中不能直接在信道内传输,尤其是在无线通信系统中,频率越低辐射天线的尺寸越大,必须借助高频振荡信号(载波)进行变换,这一过程称为调制(modulation)。接收设备收到信号后将已调波还原为原始信号的过程,称为解调(demodulation)。

按调制信号的不同,调制方式可分为模拟调制和数字调制,即待调制的信号分别为如图13-2(a)所示的模拟信号和如图13-3(a)所示的数字信号。人们常说的数字通信就是指采用数字调制方式的通信,这种通信方式抗干扰能力强,便于与计算机相连,设备易于集成化、小型化,已成为当代通信技术的主流。按实现功能的不同,调制方式可分为幅度调制、频率调制和相位调制。前者为线性调制,调制波形如图13-2(b)、图13-3(b)所示;后两者为非线性调制或并称角度调制,调制波形如图13-2(c)和(d)、图13-3(c)和(d)所示。13.1概述13.1概述幅度调制(amplitude

modulation)载波幅度随调制信号而变化的调制,简称调幅(AM)。频率调制(frequency

modulation)载波的瞬时频率随调制信号而变化的调制,简称调频(FM),数字频率调制又称移频键控(FSK,Frequency-ShiftKeying)。相位调制

(phase

modulation)载波的瞬时相位随调制信号而变化的调制,简称调相(PM),数字相位调制又称移相键控(PSK,Phase-ShiftKeying)。13.1.3主要性能指标评价一个通信系统的优劣,主要是看它的有效性与可靠性。有效性是衡量通信系统接收信息是否快速准确的标准,即能否以快速、合理、经济的方法来传输最大数量的信息。可靠性是衡量系统抗干扰性能的量度,由于外界干扰的影响,接收与发出的信息并不完全相同,所以需要用可靠性来表示接收信息与发送信息的符合程度。PART-0213.2光纤通信13.2光纤通信光纤通信(opticalfibrecommunication)又称光缆通信,是以光波为信息载体,光导纤维(光纤)为传输介质的一种有线通信方式。红外线、紫外线、可见光都属于光波范围,目前光纤通信使用的波长范围在近红外区域,通常选择0.85μm、1.31μm、1.55μm三个实用波长。光波是电磁波的一种,在均匀介质中沿直线传播。当光波入射至两种透明的均匀介质的分界面上时,有一部分光被界面反射回到入射光所在的介质,另一部分光越过界面折射进入另一种介质,如图13-4所示。入射角与折射角的正弦之比为常数,它等于折射光所处介质的折射率n2与入射光所处介质的折射率n1之比,即13.2光纤通信

当n1>n2时,折射角α2大于入射角α1。当入射角增大到某一角度时,折射角等于90°,此时,折射光完全消失,入射光全部返回原来的介质中,这种现象叫作全反射。光纤通信便是利用这一现象进行光波传输的。光纤由纤芯、包层组成,包层外涂有两层涂覆层加以保护,如图13-5所示。包层的材料一般用高纯度的二氧化硅,有的也会掺杂微量三氧化二硼或氟来降低包层的折射率,达到全反射的目的,如图13-6所示。13.2光纤通信

光纤系统的组成包括光发射端、光接收端和信道三部分,如图13-7所示。光纤通信具有以下优点:传输频带宽,通信容量大。光纤细,光缆轻。损耗小,中继距离远。资源丰富,节约有色金属和能源。抗电磁干扰能力强,无串扰。经济效益好、抗腐蚀、不怕潮湿。PART-0313.3无线通信电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.3无线通信

13.3.1电磁波的传播电磁波的提出最早是在英国科学家麦克斯韦的电磁波理论当中,其后德国物理学家赫兹于1888年用实验方法证明了它的存在。电磁波是一种能量,速度等于光速(约为3×108m/s,即30×104km/s)。频率过低的电磁波主要借由有形的导电体进行传递,而高频电磁波则可以不需要介质向自由空间传播,这种现象称为电磁波的辐射。空间传播的电磁波在一个周期内所前进的距离称为波长λ,每秒钟变动的次数称为频率f,它们与波速c之间的关系可表示为c=λf(13-2)五种无线电波的频率、波长、主要传播方式和主要用途见表13-1。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.3无线通信

13.3.2无线通信的频段无线通信利用不同频率范围(频段)的电磁波来达到传递不同信息的目的,如:音频信号为20Hz~20kHz,图像信号为50Hz~6MHz。为保证通信的有效畅通,必须合理地使用工作频段。按照ITU国际无线电规则对频段的划分,目前各种无线业务可以使用的无线电频段为9kHz~275GHz。但因技术水平限制,绝大多数无线电设备工作在50GHz以下。在9kHz~50GHz的多数频段,需要安排多种无线电业务共用同一频段。民用广播占两个频段,即通常人们所熟知的中波(535~1605kHz)和短波(2~24MHz);电视、航空、气象、港口、卫星等无线电业务均需要占用一定的频带宽度。随着通信事业的发展,无线通信宽带化的趋向越来越突出,卫星通信与地面无线电系统的资源冲突日益激烈,这些都对无线电频率资源产生了巨大需求。频率作为不可再生的宝贵资源是有限的,《中华人民共和国民法典》明确规定:无线电频谱频率资源属于国家所有。科学规划、合理使用这项宝贵的国家资源,在有限的频带宽度内尽量提供更多的通信信道,是关系社会经济发展的重要工作。缩小信道间隔能够有效增加信道容量,当前规定的信道间隔有25kHz(宽带)、20kHz、12.5kHz(窄带),甚至7.5kHz。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.3无线通信

13.3.3无线通信方式无线通信的工作方式可分为单工通信方式、双工通信方式和半双工通信方式三种。(1)单工通信方式电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.3无线通信(3)半双工通信方式(2)双工通信方式电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.3无线通信

13.3.4无线局域网局域网(LAN)是指在有限范围内进行信息交换、文件管理、资源共享的计算机互联通信网络。随着便携式计算机、智能终端设备的迅速普及,无线局域网(WLAN)因无须布线、组网灵活、便于移动等特点逐渐获得广泛应用。1997年IEEE无线局域网标准工作组制定了第一个无线局域网标准———IEEE802.11,该标准允许在局域网环境中使用2.4GHz射频波段进行无线联网。之后随着技术的进步,在此标准基础上又先后制定出了一系列适用于不同频段和环境的标准,如图13-11所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.3无线通信(1)Wi-Fi

在基于Wi-Fi构建的无线局域网中,无线接入点(AP)和站点(STA)是两个基本概念。①AP:是整个无线网络的中心节点,如:家庭和办公室使用的无线路由器即为一个无线接入点。②STA:是指每个接入网络的终端设备,如:笔记本电脑及其他可连接无线网络的用户设备均可称作站点。通常,基于Wi-Fi的无线网拓扑结构分为基础网和自组网两种形式,如图13-12所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.3无线通信①基于AP组建的基础无线网络,又称基础网②基于自组网的无线网络,又称自组网(2)蓝牙蓝牙(bluetooth)是一种短距离无线通信技术,最初应用于音频连接,后期发展到可以进行多种数据传输,2014年基于蓝牙的定位技术开始在监控定位领域被应用。蓝牙技术采用低功率时分复用双工方式,收发信采用跳频技术以有效避免干扰。蓝牙支持设备之间的一对一、一对多连接方式,多台设备之间对等,不存在基站的概念。蓝牙技术具有全球统一的技术标准,在1.0A版本技术标准中,蓝牙使用2.4GHzISM频段,采用每秒1600跳的跳频技术,传输速率为1Mbps,标准有效传输距离为10m(借助放大器有效传输距离可提高至100m)。为提高传输速率,蓝牙未来的工作频段可采用5.8GHzISM频段。PART-0413.4移动通信电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.4移动通信

移动通信系统一般由移动台(MS)、基站(BS)、移动业务交换中心(MSC)以及传输线四部分组成,如图13-13所示。移动通信与固定物体之间的通信比较起来,具有以下特点:电波传播条件复杂干扰严重移动信息组网复杂电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.4移动通信

13.4.1公众移动电话系统

蜂窝移动通信系统由移动台、基站和移动交换中心(MSC)组成,如图13-14所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.4移动通信

13.4.2蜂窝移动通信系统的发展(1G~4G)GSM系统CDMA系统软件无线电(SDR)技术正交频分复用(OFDM)技术智能天线(SA)技术IPv6技术多输入多输出(MIMO)技术电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.4移动通信

13.4.3第五代移动通信(5G)系统

5G的性能指标有很多,需要在构建系统时予以综合考虑。主要包括:高移动性高流量密度高设备密度毫秒级时延高传输速率5G的三大应用场景包括:增强型移动宽带大规模机器类通信超高可靠性和低延迟通信电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.4移动通信关键技术5G技术标准的演进5G基站我国5G基站建设现状及未来规划根据工信部数据,2019年我国已建成5G基站超过13万个,当时计划的投资规模如图13-15所示。多址接入技术同时同频全双工大规模多天线技术干扰与网络管理技术PART-0513.5卫星通信电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.5卫星通信

卫星通信(satellitecommunication)是利用人造通信卫星作为中继站,将某一地球站发射来的微波无线电信号转发给另一个地球站,从而实现两个或多个区域之间的通信。只要在卫星覆盖区域内,所有地球站都能利用此卫星进行相互间的通信,如图13-16所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.5卫星通信

卫星通信系统多采用单跳工作方式,即发送的信号只经过一次卫星转发就被对方地球站接收,如图13-17(a)所示;发送信号要经过两次卫星转发才能完成通信过程的工作方式称为双跳工作方式,如图13-17(b)所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.5卫星通信

同步卫星与地球相对静止,信号频率比较稳定,不会因为相对运动而产生多普勒效应。在与地球站通信时不需要复杂的跟踪系统,更不需要因为位置的变换而更换通信卫星来保持通信的连续。它距地高度约35800km,对地球表面的覆盖区域达40%左右,三颗高地球轨道同步卫星就可以实现全球通信,如图13-18所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因13.5卫星通信卫星通信系统作为现代三大通信手段之一,具有比其他通信方式更有优势的特点:通信覆盖区域大通信距离远传播稳定可靠,通信质量高传输容量大,传输业务类型多IntroductoryElectricalandelectronicTechnology电工电子技术概论主编：盛贤君大连理工大学出版社(第二版)14.2楼宇变配电监控系统02zCONTENTS14.1楼宇自动化系统概述01目录CONTENTS第14章楼宇自动化监控技术14.3楼宇照明监控系统03PART-0114.1楼宇自动化系统概述14.1楼宇自动化系统概述14.1.1楼宇自动化系统的构成楼宇自动化系统(buildingautomationsystem,BAS)主要包括供配电、照明、空调、给排水、电梯、消防等子系统,基本构成如图14-1所示。系统采用的是计算机集散控制。计算机集散控制是指分散控制、集中管理。它的分散控制器通常采用直接数字控制器(directdigit_x0002_alcontrol,DDC),利用上位计算机进行监控和管理。14.1楼宇自动化系统概述14.1.2楼宇自动化监控系统

1.楼宇自动化监控系统的功能

楼宇自动化监控是楼宇智能化的基础。应该具备以下几个方面的能力:01感知能力02综合分析、判断及处理能力03执行动作响应的能力04信息传输的能力14.1楼宇自动化系统概述2.楼宇自动化监控系统的基本原理DDC的基本组成模块化DDC通常包含电源模块、通信模块、计算机模块和输入/输出(I/O)模块等,其基本组成如图14-2所示。DDC的输入/输出接口DDC的基本工作原理14.1楼宇自动化系统概述3.楼宇自动化监控系统的基本组成楼宇自动化监控系统的基本组成如下:变配电监控与管理子系统,包括变压器、高压配电系统、低压配电系统、不间断电源系统的监控等。照明控制与管理子系统,具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置以及预设管理等功能。空调监控子系统,包括温度、湿度、气流速度以及空气质量的监控等,可分为局部式、半集中式和中央空调式。冷热源监控子系统,包括冷水机组、冷冻水循环、冷却水循环以及设备间联动及冷水机组的集群控制等。给排水监控子系统,主要对楼宇生活用水、消防用水、污水、冷冻水箱等给排水装置进行监测和启停控制,包括压力测量点、液位测量点以及开关量控制点,并要求显示各监测点的参数、设备运行状态和非正常状态的故障报警,控制相关设备的启动与停止。安保监控及门禁控制子系统,包括电视监控、防盗报警、出入查证以及电子巡更等。消防报警与控制子系统,包括自动监测与报警、灭火、排烟、联动控制、紧急广播等。PART-0214.2楼宇变配电监控系统线路状态监测,包括高压进线、出线以及母线联络线的断路器的状态和故障监测;14.2楼宇变配电监控系统14.2.1楼宇变配电监控的主要内容(1)变配电设备的监测图14-3为低压变配电设备监测系统原理图,设备的监测主要包括以下几个方面:线路状态监测,包括高压进线、出线以及母线联络线的断路器的状态和故障监测;电能质量监测,包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数以及频率监测;负荷监测,包括各级负荷的电压、电流和功率监测;变压器监测,包括温度监测及超温报警。14.2楼宇变配电监控系统

(2)变配电设备的控制

主要包括:高压进线、出线以及联络线的开关控制低压进线、出线以及联络线的开关控制配电干线开关的控制

(3)备用发电机的监控

在医院、数据中心、高层居民楼等重要场所,为了防止因停电发生意外,一般都设有备用发电机组,而在楼宇变配电监控系统中,需要有对备用发电机组的监控,具体包括:发电机线路的电气参数的测量,包括电压、电流、频率、有功功率、无功功率测量等;发电机运行状态监测,包括转速、油温、油压、油量、进出水的水温、水压监测等;发电机的运行状态和故障报警;发电机和有关线路的开关控制;系统有直流电源(蓄电池)时,直流电源的供电质量检测报警等。14.2楼宇变配电监控系统

14.2.2楼宇变配电监控系统的构成和原理

常见的楼宇变配电监控系统一般采用集散系统结构,监控系统可分为三层,即管理层、控制层和现场I/O,如图14-4所示。14.2楼宇变配电监控系统

(1)智能型断路器(2)智能型控制单元(3)远程测控装置(4)智能电力测控仪14.2楼宇变配电监控系统

14.2.3楼宇变配电监控系统组态软件

(1)基本概念组态(configure)是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能,而不需要编写计算机程序。它有时候也被称为“二次开发”。组态软件就被称为“二次开发平台”。监控(supervisorycontrol)即“监视和控制”,是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。(2)组态软件的构成组态软件的基本构成如图14-9所示。14.2楼宇变配电监控系统

(3)组态软件的特点和功能SCADA是调度管理层,主要功能是实施对电力系统在线安全监视,具有参数越限和开关变位告警、显示、记录、打印制表、事件顺序记录、事故追忆、统计计算及历史数据存储等功能,还可对电力系统中的设备进行远程操作和调节。(4)组态软件的种类和选择组态软件分为专用软件和通用软件两类。在选择组态软件时要考虑以下几个因素:系统规模,也就是应用的场所的大小组态软件的稳定性和可靠性软件价格服务及升级等软件的开放性I/O设备的支持情况PART-0314.3楼宇照明监控系统电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统

14.3.1照明监控系统基本工作原理1.开关控制原理照明控制一般分为两种模式,即开关模式和调光模式。调光模式又分为多级调光模式和无级调光模式。图14-10为照明监控系统中灯光开关部分的原理图。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统2.调光控制原理对荧光灯进行调光的方法有很多,其中常见的是0~10V模拟灯光控制方法。如图14-11所示,就是通过调节一个电压信号的大小(0~10V)来控制电源的输出电流,进而控制灯光的亮度:10V的时候最亮,0V的时候关断。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统3.总线类型及基本工作原理智能照明监控系统的传输方式有电力载波、总线以及无线传输等,其中采用总线方式是目前的主流趋势。总线控制主要包括命令的传输与执行,其基本原理是:01命令的传输02命令的执行电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统

14.3.2智能照明监控系统

1.系统的基本组成

如图14-12所示,智能照明监控系统一般由输入单元、输出单元和系统单元三大部分构成。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统

2.系统的功能智能照明监控系统的主要功能包括以下几个方面:开关及调光控制场景控制传感器控制预设及延时控制遥控控制集中控制和图形化显示系统保护附加功能电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统3.无线式智能照明监控系统无线式传感器无线式灯具控制器服务器和网关IntroductoryElectricalandelectronicTechnology电工电子技术概论主编：盛贤君大连理工大学出版社(第二版)15.2复印机02zCONTENTS15.1打印机01目录CONTENTS第15章办公设备及其智能化15.3扫描仪0315.4智能卡技术0415.5图像识别技术及应用05PART-0115.1打印机15.1打印机15.1.1打印机的种类按用途的不同,可以把打印机分为两类:一类是通用型打印机,广泛地应用于学校、机关、家庭等对打印无特殊要求的场合;另一类是专用型打印机,它的用途比较专一,比如专用于票据打印的打印机。按打印幅面的不同,可以把打印机分为窄幅打印机(只能打印A3以下的幅面)和宽幅打印机(可以打印A3及以上的幅面)两大类;按打印原理的不同,可以把打印机分为针式打印机、喷墨打印机、激光打印机和热转换打印机等,如图15-1所示。15.1打印机15.1.2打印机的工作原理

1.针式打印机

如图15-2所示,针式打印机主要由打印机构、字车机构、走纸机构以及色带机构等部分组成。15.1打印机如图15-3(a)所示为点阵字符“E”的打印格式,图15-3(b)为针式打印机打印头组件的结构示意图。15.1打印机2.喷墨打印机压电式喷墨热气泡式喷墨3.激光打印机控制系统激光扫描系统电子成像系统15.1打印机激光打印机工作原理如图15-4所示,步骤充电扫描曝光显影(显像)转印定影(固定)清洗硒鼓15.1打印机主要性能指标分辨率打印速度内存色彩数目最大幅面接口形式15.1.3打印机的性能指标PART-0215.2复印机线路状态监测,包括高压进线、出线以及母线联络线的断路器的状态和故障监测;15.2复印机14.2.1楼宇变配电监控的主要内容复印机是从书写、绘制或印刷的原稿得到等倍、放大或缩小的复印品的设备。复印机大都采用静电的方式进行复印,因此又被称为静电复印机。静电复印机和激光打印机的工作过程和原理基本相同,如图15-5所示,包括充电、曝光、显影、转印、分离、传送、定影、清洁等过程。15.2复印机数码复印机与模拟复印机相比,具有如下优点:数码复印机只需对原稿进行一次性扫描,存入复印机存储器中,即可随时复印所需的多页份数。1数码复印机具有图像和文字分离识别功能,在处理图像与文字混合的文稿时,复印机能以不同的处理方式进行复印,因此文字可以鲜明地复印出来,照片则以细腻的层次变化的方式复印出来。2数码复印机很容易实现电子分页,并且一次复印后的分页数量远远大于模拟复印机加分页器所能达到的页数。3因为数码复印机采用数码处理原稿,因此能提供强大的图像编辑功能4数码复印机采用先进的环保系统设计,数码复印机无废粉、低臭氧,且具有图像自动旋转以及自动关机节能等功能。5数码复印机使用时非常灵活。6PART-0315.3扫描仪电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统几种扫描仪如图15-7所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统

15.3.1扫描仪的种类

平板式扫描仪(平台式扫描仪)胶片扫描仪专业滚筒扫描仪手持式扫描仪电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统

15.3.2扫描仪的结构

1上盖2原稿台3光学成像部分4光电转换部分5机械传动装置步进电机驱动皮带滑动导轨齿轮组电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统

15.3.3扫描仪的工作原理扫描仪的原理框图如图15-8所示。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统

15.3.4扫描仪的工作过程以CCD型扫描仪为例,其扫描的一般工作过程是:开始扫描时,机内光源发出均匀光线照亮玻璃面板上的原稿,产生表示图像特征的反射光(反射稿)或透射光(透射稿)。步进电机驱动扫描头在原稿下面移动,读取原稿信息。数字信息被送入计算机的相关处理程序,再通过软件处理再现到计算机屏幕上。反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接收的二进制数字信号,最后通过USB等接口送至计算机。电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因14.3楼宇照明监控系统

15.3.5扫描仪的选择扫描仪的主要性能指标和打印机类似,包括分辨率、扫描速度、色彩数目、最大幅面、接口形式等,在此不再赘述。扫描仪按需求一般分为家用型、商用型和专业型三大类。CIS型扫描仪的扫描光源、传感器、放大器集成为一体,且光源采用发光二极管,不需要光学成像系统,因此具有结构简单、成本低廉的特点。CIS型扫描仪一般具有既轻又薄的外观,但是扫描速度比较低,而且分辨率、实物扫描方面与CCD型扫描仪相比也有很大的不足。因此,除非用户对扫描品质要求不高,否则最好选择CCD型扫描仪。目前我们在市场上能看见的绝大多数扫描仪是CCD成像的平板式扫描仪。CCD型扫描仪对光源部件要求较高,既要求亮度高,又要求发光稳定,灯管寿命还要长久,所以基本采用冷阴极管为光源材料。CCD型扫描仪可以具有很高的分辨率和色彩描述能力,其优越的景深感还可以进行高品质的实物扫描。PART-0415.4智能卡技术电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝缘的,制成半导体后显示气敏特性。元件工作在空气中时,空气中的氧气和二氧化氮使元件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触,就会与吸附的氧气反应,敏感膜表面电导增加,使元件电阻减小。因15.4智能卡技术智能卡外观如图15-9所示电阻型气敏传感器中敏感部分金属氧化物在常温下是绝