工业4.0是一个术语，描述了虚实融合系统对工厂产生革命性影响的展望。在近期的一篇与这个概念有关的德文文章中，我讨论了到目前为止，工业革命如何成为全新数据管理与新能源支配和使用的组合产物—而正是这个能量采集为工业4.0的运行提供了源源不断的动力。由于针对成功能量采集的最佳做法没有得到很好地分享，限制了这些设计的成功率，我将在本篇博文中分享这些最佳做法中的一部分。
我经常被问到一个问题，那就是设计一个最佳能量采集系统的诀窍是什么。在这篇博文中，我将讨论在能量采集设计方面，设计出一个“熊”系统要比设计出一个“树懒”系统更重要。
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能量采集系统的秘诀就是要与熊很相似，熊能够：
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人类最好的朋友可能是工业机器人。
机器人在工厂里变得越来越普遍，而且重要的是它们变得更加智能、自主、安全和高效。所有这些都是由精确的电机控制、先进的传感技术和边缘处理功能以及强大的实时通信来实现。这些技术对机器人系统设计非常重要，因为：
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什么是CMTI？
CMTI，Common mode transient immunity，是隔离产品（包括iCoupler digital isolators 和optocouplers）最重要的指标之一。 CMTI共模瞬变抗扰度，指是指瞬态穿过隔离层以破坏驱动器输出状态所需的最低上升或下降dV/dt（kV/µs or V/ns），如图：
图1. CMTI定义
CMTI分为静态和动态。静态是指把输入引脚连逻辑高电平或者低电平，然后模拟施加共模瞬变，理论上在CMTI规格以内的冲击都无法改变输出状态。UL and VDE 0884-11 并没有要求强制通过动态CMTI的测试，和静态CMTI的要求一样，动态CMTI的冲击下，输出也应当保持正常，如果CMTI的能力不够强， 会出现类似missing pulse, excessive propagation delay, high or low error 或者 output…
客户和同事经常向笔者问及工业以太网的用途（它在哪里使用），尤其频繁问及许多不同工业以太网标准的优势。
这个全新的博客系列主要面向那些决定在自己系统中使用工业以太网的设计人员。笔者将谈论几种常见的工业以太网通信协议。这可能会帮您更好地选择最适合您应用的标准。
工业以太网适用于工厂自动化与控制、流程自动化、楼宇自动化以及许多其它工业应用。和标准以太网相比，工业以太网的优势之一就是确定性实时数据交换和不到1ms的同步周期时间。
有超过20种工业以太网协议被作为标准进行了部署并在工业应用中使用：这些包括EtherCAT、Sercos III、PROFINET、EtherNet/IP和以太网Powerlink。为什么会有如此多的标准可供选择？原因是工业设备的每家制造商似乎都知道要求通过以太网进行实时数据交换更好一些，并已根据它们对过去串行现场总线领域的了解制定了自己的标准…
智能传感器变送器在工厂自动化、生产过程用检测仪表和控制设备中得到了广泛的应用，用于测量温度、压力、流量、水平面和许多其他的过程变量。图 1 是现场变送器的方框图，其采用一个电阻式温度检测器 (RTD)、热敏电阻或热电偶来测量主要的变量。
图 1：针对过程控制应用的温度变送器方框图
该信号链路包括传感器模拟前端、微控制器 (MCU) 以及高精度模数转换器和数模转换器。
依靠 4-20mA 环路给智能传感器供电
虽然基本传感器变送器电路的 MCU 和数据转换器通常专为低工作电流而优化，但是高性能智能传感器应用中增加的功能导致了电流需求的升高。例如：当该电路包含了诸如隔离、校准和诊断、液晶显示器接口、或无线连接选项（如蓝牙低能耗或无线 HARTâ）等特性时，电流消耗将较大。
此类智能传感器系统将也许不能满足 4-20mA 环路的典型欠标度电流门限或…
本文作者：德州仪器 Matt Chevrier
为工业以太网器件供电需要解决工业以太网和工业应用的几个特定问题。
标准以太网与工业以太网之间最大的区别在于拓扑结构，如图1所示。标准以太网为星形拓扑，而工业以太网则包含线形、树形和环形等多种不同的拓扑结构。
图 1：两种类型的以太网拓扑结构
除拓扑结构以外，工厂自动化设备的工作电压为24伏，而电信设备的供电电压为48伏。虽然这两种不同的版本已存在很长时间，但首个工业以太网供电解决方案最近才新鲜出炉，那就是：EtherCAT P。在本篇博文中，我将在讨论1000BASE-T和/或环形拓扑或单双绞线的替代产品之前先介绍一下何为EtherCAT P。
介绍EtherCAT P：用于电源和EtherCAT的一根电缆
随着全球范围内越来越多的工厂采用以太网进行连接，人们也就愈发需要优化过程边缘的配电。一个自然而然的选择方案便是重新使用以太网供电(PoE)技术为以太网连接设备供电。PoE技术的优势在于它使用相同的电线进行电力和数据传输…
随着电动汽车（EV）数量的增加，全球范围内对于创建更加节能的充电基础设施系统的需求也越来越多，而且这些系统和以往相比，可以更快地为车辆充电。与先前的电动汽车相比，新型电动汽车具有更高的行驶里程和更大的电池容量，因此需要开发快速直流充电解决方案以满足快速充电要求。根据联合充电标准系统（CCS）和CHArge de MOve（CHAdeMO）标准，直流充电站是一种3级充电器，可提供120千瓦至240千瓦的功率。如今，150千瓦的充电站需要约30分钟才能为电动汽车充入足够的电量，并使其行驶约250公里。设计一个可以处理如此大功率的单功率处理单元需要采用难以控制的复合多级拓扑结构。
在现代充电站中，一种将功率输出缩放到快速充电所需电平的方法是使用并联堆叠的模块化功率转换器。由于直流充电站占用了大量空间，因此功率转换器必须是模块化的，且针对高效率和高功率密度进行了优化。
电池组有两条充电路径。第一条路径是电网直接连接到车辆内部的车载充电器…
每当我与人谈及电动汽车（EV）时，经常会听到这样的观点：电动汽车的续航里程不够长，难以行驶很远的距离。虽然特斯拉和若干其他汽车厂商推出了行驶距离超过200英里的车辆，但上述问题在很大程度上是确实存在的。与此同时，还有另一个影响因素：充电站的缺乏大大削弱了电动汽车的吸引力。这些充电站必须像加油站一样随处可见，电动汽车才能在市场中普及开来。
预计电动汽车数量在未来五年内将持续增加，在全球范围内将呈现超过50％的显著增长。中国有望成为电动汽车增长的领跑者。一份报告预测，电动汽车拥有量将从2015年的50万辆增长到2020年的500万辆。在这一趋势的带动下，充电站和充电桩也将取得快速发展。充电桩类似于充电站，充电站将交流电转换为直流电以对车辆的电池充电。然而，充电桩只能是交流电转换为交流电，更关注的是诊断和监测。由于政府的新鼓励措施，这些系统的发展速度已经加快。
让我们澄清一些关于充电系统的定义。充电站也称为电动汽车充电站、充电桩和充电点…
在我之前的博文“EtherCAT和C2000™MCU —— 实时通信满足实时控制”中，我在TI Designs参考设计库中讨论了一种设计，以帮助简化符合国际电工委员会（IEC）61158兼容且基于TI C2000实时控制微控制器（MCU）的EtherCAT从站节点的硬件开发。该博文概述了EtherCAT技术非常适合工业自动化应用中C2000 MCU的原因，以及为何TI DesignDRIVE团队选择Beckhoff的ET1100作为参考。用于高性能MCU参考设计的EtherCAT接口未提供评估和自行创建完整EtherCAT节点（包括堆栈）的方法。
通过在controlSUITE中发布EtherCAT Slave和C2000 Delfino™MCU controlCARD套件以及EtherCAT解决方案参考软件…
体温检测是我们居家，出入社区或工作场所以及出行中的必要监测。红外体温检测仪通过非接触式测温有助于减少接触传染。在这里我们来和大家谈谈这个系统和主要的设计方案。
MSP430系列单片机是德州仪器（TI）公司1996年开始推向市场的一种16位超低功耗RISC混合信号处理器，基于该系列产品开发出来的应用不计其数，数不胜数，尤其是面向传感与检测类终端应用，因其在片上集成有高性能ADC、LCD驱动、串口通讯、PWM输出等模块，成为了红外体温检测仪厂商的不二之选。配合TI提供的丰富的线上软硬件设计资源，使得开发人员可以大大简化设计流程，快速开发红外体温检测仪原型机，同时节省电路板空间从而降低成本。
下图提供了基于MSP430单片机和TI电源管理、放大器及温度传感器器件的红外温度检测仪系统解决方案…
医学成像，特别是超声成像技术，正处于变革之中。过去，医疗人员使用推车式的高性能超声波系统为病人诊断，而现在他们可以使用手持设备来实现超声波成像。得益于半导体技术的进步，超声智能探针的尺寸越来越小且变得便携，人们在办公室和医院之外就能够获得医疗保健。
超声智能探针实质上是一种便携式超声波，整个前端和几乎所有后端硬件都集成其中。智能探针的功耗较低，尺寸也小，能够在保持信号质量的同时处理数据，并且可以使用高速USB或无线连接在移动设备上显示图像。
在不远的将来，绝大多数医生就能将智能探针装进口袋里。未来十年内全球市场上出现几百万个这样的探针，其作用将与标准超声系统相辅相成。然而，将超声系统缩至手持设备的大小绝非易事，我们面临着诸多挑战。下面我们列举了智能探针设计人员所面临的七大挑战。
供电
智能探针电源本身功耗较低，要为智能探针供电的同时，使噪音保持在极低的水平，是设计人员面临的两大棘手挑战。智能探针电源的设计人员必须在很小的体积内进行工作…
从传统的工业机器人系统到当今最新的协作机器人，各类机器人都依赖于能够生成和处理大量高度变化数据的传感器。这些数据可用于启用能够做出实时决策的自主机器人，从而实现更智能的事件管理，同时在动态的真实环境中保持生产力，如图1所示。
图1：毫米波（mmWave）传感有助于监控机器周围区域，实现实时事件管理
TI毫米波传感器如何在工厂实现高级智能化
德州仪器（TI）的毫米波（mmWave）传感器能够利用集成处理器处理片上数据，以实现实时决策。与某些基于光或视觉的传感器相比，这种集成实现了更小型设计。此外，仅使用单个传感器检测多个对象和处理数据的能力可降低整体系统成本。
对工厂环境中的另一个重要考虑因素是对灰尘、烟雾和可变照明等环境条件的免疫。毫米波传感器可在任何这些条件下运行 - 并安装在外壳塑料后面 - 无需外部透镜…
本系列技术文章的第1部分介绍了用于C2000™微控制器（MCU）的EtherCAT从站堆栈解决方案的市场机遇，并介绍了从站堆栈开发快速入门的三个阶段指南。第2部分详细说明了TI C2000 MCU EtherCAT实现的特点和优势。在第3部分中，我们将详细介绍自行开发从站节点应用程序的三个阶段，并介绍TI C2000 controlSUITE™软件中的EtherCAT包如何为每个阶段提供支持。
鉴于EtherCAT技术和C2000 MCU运动控制应用在软件方面有待支持，客户也在此方面提出了请求，TI利用其嵌入式软件开发经验和C2000 MCU架构知识创建了一套软件解决方案，旨在帮助开发IT C2000实时控制MCU的EtherCAT从站节点。软件包将帮助您：
近年来，锂离子(Li-ion)电池的需求迅速增长，且似乎短期内不会放缓。电动汽车和电网基础设施等迅猛发展的行业，正引领着锂离子电池的使用。随着这些需求的增加，业内对高精度、高电流电池测试和化成设备的需求也在不断提升。
每块电池的性能和使用寿命均由化成过程确定，且电池测试和化成设备是为特定应用而设计的。低电流设备使用带集成开关场效应晶体管（FET）的转换器来充电和放电。中电流设备使用带外部开关FET的单相控制器。高电流设备使用多相控制器，且随着电流容量的增加，也会增加相数（以及组件的尺寸和成本）。
TI的适用于50A、100A和200A应用的模块化电池测试仪参考设计使用50A和100A电池测试设计的组合，创建了一个能够达到200A最大充放电水平的模块化版本，支持使用模块化设计，以满足不同级别的高电流电池测试仪的需求。模块化设计提供了新的选择，支持使用多个低电流电池测试仪通道进行并联，以实现高电流应用，从而提高灵活性并节省成本。
模…
作者：TI 工程师 Eric Xiong
在传统的消费类电子如手机的闪关灯的驱动中，LM3644被广泛使用，其单路独立输出1.5A，多种模式（闪光，照明，红外模式）可供选择，可以通过软件和I/O独立控制。配合相机使用时，LM3644可供选择的持续时间为毫秒级，LM3644可以软件设置10ms至400ms. 但是在工业扫描应用中，需要使用短时高亮的闪光配合扫描传感器以达到扫描速度和性能，其时序时间可以低至100us, 幅度可以达到1A。
为了达到完美的电流波形，传统的电路都是采用分立的电路方案（升压电路+大电容缓冲+运放恒流）来实现，但这会大大增加PCB面积，电路的成本以及控制方式也十分不灵活。
本文介绍如何采用单芯片LM3644 的方案来实现完美的短时高亮的电流波形。
1. 采用红外模式加速电流上升速度
传统的闪光模式，电流都是缓慢上升至目标值，这个时间大概为800us…
Miro Oljaca and Tattiana Davenport共同撰写
如果您在我之前的博文“咔嚓！噼啪！您的恒温器出现什么故障？”中读到一个恒温器和一个暖通空调（HVAC）系统之间如何相互作用的话，您会了解到恒温器如何控制暖通空调负荷。但是，恒温器在何处获得操作电源，以及您如何让它变得更有效率呢？
有两种电源可供恒温器使用：电池和24VAC电源。恒温器需要电池供电不中断运行。非常重要的一点是，这些电池所消耗的能量尽可能低，但即使您将耗电量降至最低，用户使用起来仍感不便，因为电池需要不时更换。为了降低更换频率，您可使用24 VAC电源。当系统中C线不可用时，图1所示的桥式整流器可通过负荷将交流（AC）电压转换成一个直流（DC）电压。
图1：带暖通空调负荷的单恒温器信号中继连接
暖通空调负荷（压缩机、风扇、气体阀等）关断期间，信号继电器的触点断开。当触点打开时，整流桥的端子看到HVAC变压器的电压为24VAC…
作者：德州仪器 全球工业系统部门系统和应用经理Matthieu Chevrier
无论是传统的工业机器人系统，还是当今最先进的协作机器人（Cobot），它们都要依靠可生成大量高度可变数据的传感器。这些数据有助于构建更佳的机器学习（ML）和人工智能（AI）模型。而机器人依靠这些模型变得“自主”，可在动态的现实环境中做出实时决策和导航。
工业机器人通常位于“封闭”环境中，出于安全原因，如果该环境中有人类进入，机器人会停止移动。但是限制人类/机器人协作，也使得很多益处无法实现。具有自主运行功能的机器人，可以支持安全高效的人类与机器人的共存。
机器人应用的传感和智能感知非常重要，因为机器人系统的高效性能，特别是ML/AI系统， 在很大程度上取决于为这些系统提供关键数据的传感器的性能。当今数量广泛且日益完善和精确的传感器，结合能够将所有这些传感器数据融汇在一起的系统，就可以支持机器人具有越来越好的知觉和意识…
本系列博文的第1部分介绍了用于C2000™微控制器（MCU）的EtherCAT从站堆栈解决方案的市场机遇，并介绍了从站堆栈开发快速入门的三个阶段指南。
除了这三方面的开发流程之外，TI还采取了哪些举措，使我们的解决方案比传统的堆栈移植方案更具吸引力？首先，我们应用了C28 CPU架构方面的知识，调整了相关软件，从而更好地发挥CPU的功能。例如，我们优化了中断处理、直接存储器访问（DMA）和控制（脉冲宽度调制[PWM]）同步例程，以充分利用片上硬件。此外，我们与Beckhoff合作更新/增强了已发布的堆栈，以支持数据处理，使其更适合C28 CPU。
谈及与Beckhoff合作，支持串行外设接口（SPI）和并行（外部存储器接口[EMIF]）通信的C28从站堆栈和硬件抽象层（HAL）被用作其从站堆栈配置工具（SSC）的一部分。基于之前的C2000…
为了充分发挥工业4.0的潜力，工厂和设备需要安装传感器。
传感器的数量如此之多，使得有线安装设备禁用，因此无线技术（如无线HART和即将推出的Bluetooth®低能量网络）成为直接的考虑因素。然而，这些传感器的电池更换的成本通常被低估。
不用使用电池，从传感器正监测的信号驱动传感器是可扩展性的解决方案。例如，位置或接近传感器由它们正在监视的实际运动提供动力，这使得系统能够达到可预测性和鲁棒性的最高水平。
TI发布了一个新的参考设计，即无线开关电源参考设计的能量采集，为能量采集开关（图1）提供电源管理解决方案。能量采集开关的构造类似于一个线性发电机，将机械能转换为电能。参考设计采集该电能，以对阀或其它机械致动器，及用于机器启动和停止的紧急开关和控制器进行无线位置控制。
图1：无线开关电源的能量采集参考设计
参考设计的应用范围包括工厂自动化和过程控制，及建筑自动化和非工业领域。当需要更低的维护和安装成本、更高的系统运行时间和更高的灵活性…
发光二极管（LED）比白炽灯、紧凑型荧光灯（CFL）或卤素灯具有更多优点。我们可以回顾一下，这些优势包括流明/瓦更高、寿命更长、震动不敏感、瞬时接通、调光、显色性良好和极灵活的总体灯形。
工厂中传统的堆栈指示灯、塔灯或指示灯过去为每种颜色配备一个独立的灯（图1）。这些灯可轻松替换为带彩色外壳的白色LED灯或带白色外壳的红色、琥珀色 - 或绿色LED灯。
图1：工业堆栈指示灯
表1列出了工业堆栈指示灯的标准化颜色编码指示生产设备或过程的状态。
表1：国际通用的IEC 60073颜色
工业自动化参考设计的TI Designs RGB LED信号塔（TIDA-00979）让您以智能和极其灵活的方式指示工艺和制造设备。除表1所示的标准化颜色编码外，您可在任何时间定义任何其他颜色。此外，亮度控制、闪光灯或电平指示也很容易实现。
除种类不同的灯的通用开关控制外，参考设计的控制方案可为全面智能的工厂建立联系…
电机在我们的日常生活中无处不在。如果你看看普通家用电器的内部，诸如冰箱，你将会找到某些步进和无刷直流 (BLDC) 电机，节气阀和BLDC风扇等高级应用。这些应用在使冰箱有效运行方面发挥了重要作用。
节气阀
节气阀是一个控制制冷器到冰箱空气流量的小节气门。它通常位于冰箱顶部，或者是后面板靠近顶部的位置上。节气阀由一个恒温器进行控制，根据冰箱内空气的温度来触发其打开或关闭。节气阀的内部有一个永磁体 (PM) 步进电机和齿轮箱。让我们拆开一个节气阀仔细地看一看（作为一名工程师，这是我最喜欢的部分！）。
如你所见，小型PM步进电机驱动齿轮箱，并使节气门打开或关闭。这个步进电机的驱动电压为12V，并且通常无需电流调节。那么，你怎么样来区分步进电机是由电压驱动还是由电流驱动呢？只要测量一下电机相位的DC电阻值就可以了。如果电阻值大约为30欧姆到几百欧姆的话，应该是电压驱动的。如果电阻值低于20欧姆，大多数情况下在10欧姆以下…
由Miro Adzan和Thomas Leyrer共同撰写
当今的终端设备市场需要更短的产品生命周期、更多的单独配置产品及快速适应瞬息万变的消费者权益。在制造车间，关键参数包括较低的资源利用率，特别是更低的功率、更快的制造时间和更低的生产停机时间。这些要求需要一个更复杂、更智能的工厂，利用云，并使用远程大数据分析功能优化并适应制造流程，增强在整个生命周期跟踪产品的能力。
机器和生产单元与互联网的联系实现了过程数据的实时视图。机器与产品的联系还提供了产品数据的实时视图。由工业服务机器人操作的自动化机器和生产单元处理原材料和生产部件。在生产过程中进行产品和机器质量检查，以进一步缩短周期时间。这种方式减少了人机互动，并在生产过程中聚焦更高价值的任务。
创新的突破使得工业4.0成为现实。许多意义非凡的技术是由像德州仪器这样的工程公司实现的。对于TI来说…
作者：Akshay Mehta，Sreenivasa Kallikuppa
为最大限度地提高效率，电力公司供应商必须尽量减少发电和客户分布之间的能量损失。这些损失的一部分包括非技术性损失，例如盗电造成的损失。一些最普遍的盗电方法包括篡改电表(e-meter)，因为电表相对来说容易找到。
有多种方法可以篡改仪表。除侵入式篡改方法外，还可在不打开仪表外壳的情况下非侵入式地篡改电子仪表。
磁性篡改是非侵入式篡改的最常见形式之一。在仪表附近放置强磁铁，强磁铁可能会使附近的变压器饱和，从而导致它们瘫痪。具体而言，强磁铁可能使电源中的变压器或电流互感器的电流传感器瘫痪，这可能导致用电用户的电费低于他们实际应该交纳的电费。
为应对磁篡改，对策包括尝试使用霍尔效应传感器检测磁场的存在，以及使仪表硬化以防止磁性篡改攻击。为检测磁篡改，三个霍尔效应传感器可检测所有三个维度中强磁铁的存在。当系统备用电源用完时，霍尔效应传感器的平均电流消耗很低至关重要…
许多医疗、过程控制和工业自动化应用都需要精确温度测量来实现其功能。电阻式温度检测器（RTD）在这些精确温度测量中通常用作传感元件，因为它们具有宽泛的温度测量范围、良好的线性度以及卓越的长期稳定性和可复验性。RTD是由金属制成的传感元件，在工作温度范围内具有可预测的电阻。可通过RTD注入电流并测量电压来计算RTD传感器的电阻。然后可基于RTD电阻和温度之间的关系来计算RTD温度。
本文由三部分组成，第1部分讨论了比例型三线测量系统的原理和优势。在第2部分，我们将励磁电流源失配的影响与其它误差源的影响进行了比较。在第3部分，我们提供了解决方案，以便最小化或减轻励磁失配的影响。
Pt100 RTD概述
Pt100 RTD是一种铂质RTD传感器，可在很宽的温度范围内提供卓越的性能。铂是一种贵金属，作为常用的RTD材料具有最高的电阻率，能实现小尺寸的传感器。由铂制成的RTD传感器有时被称为铂电阻温度计或PRT。Pt100…
电梯每天都承担着运送百万人口的重任，因此确保其运行安全至关重要。你有没有想过当电梯的主电源断电时会发生什么？是从井道坠落，还是卡在两层之间？为了避免电梯坠落，故障安全制动机制可确保电梯轿厢在主电源断电时马上停止。在电梯轿厢停止之后，为了在电源恢复之前防止乘客被困于电梯内，自动救助装置（ARD）（也称为电梯应急电源）就可以发挥其作用。
ARD是一种备用电源装置，可以持续监控电梯电源。出现电网故障或线路故障导致电梯驱动的输入相位中断时，电梯就可能会意外停止。而ARD可以检测到此类故障情况，然后立即开始为电梯驱动供电，并向电梯控制器发送故障信号。之后控制器就会释放电机驱动制动器，缓慢地将轿厢移动到最近的层门。电梯轿厢的移动方向取决于在将轿厢移动到层门时哪个方向上所需的动力最小。一旦到达最近的楼层，电梯门就会打开，音频/视频指示灯指示可以安全离开。在预定的时间后，电梯门会再次关闭，然后电梯驱动的电源将关闭。
图1所示为从传统ARD到电梯系统的连接…
模拟
汽车
DLP® 技术
嵌入式处理
工业
电源管理
