据美国能源信息管理局统计，2014年美国能源的平均零售价格为10.44美分/千瓦时，预计输配电损耗为5%。这一损耗值似乎很低，但是你必须考虑到美国的总净发电功率是4.1万亿兆瓦时。在这种情况下，5%的损耗意味着超过2000亿千瓦时和210亿美元的损失，因此努力改善电力传输方式成为了我们的优先事项。
高压直流（HVDC）输电是为减少输配电损耗而实施的解决方案之一。为什么HVDC比常规交流输电更高效呢？HVDC输电线路的损耗比相同电压的AC线路少30-50%。当电压和电流变得异相时，HVDC可以提高功率因数。因为DC没有与其相关的频率，所以它不受集肤效应的影响，可以降低通过线路传输的总功率。当电流密度集中在表面或“外肤位置”时，会发生集肤效应，并且当其朝导体中心移动时会渐渐稀疏。沿表面的电流密度越高，AC的有效电阻也就越高。HVDC还提高了网络的可靠性。某些类型的HVDC站可以帮助稳定异步网络。…
您决定尝试一个新的菜品，给某人惊喜，但做出来的菜品并非合意。烹饪是一门精确的科学。您可以通过反复试验最终获得结果，但称好食材将有助于您烹饪一道佳肴。
为了在烹饪时获得更好效果，您需要集成称重功能的食品加工机、烤箱和灶具。导向型烹饪功能甚至可以直接从文件或从互联网方便加载食谱和目标重量。微波炉可以自动感测食物重量，并相应地调整除霜时间。
这些设备中的天平需要准确。每个人都可能有过所做菜肴中盐或香料过多的经历。食材的精确称重对于期望的结果很关键，并且分辨率需要处于1克或低于1克。
由于大多数称重的食材小于1kg，您可能会认为1/1000的分辨率足以满足一克的分辨率。但是为了确保稳定性、防潮和长久保存，重量计集成到设备的支脚或固定装置中。因此，计量器需承受器具、食物、锅和附件的总重量。总重量可达到20kg，而这个最大值决定了动态范围。成本节约型有线称重计及称重计的配置具有低至0.2mV/kg的灵敏度。稳定的显示需要峰-峰读数噪声为几分之一克…
图1：T0-220形状因子的高效5V，1A开关电源设计
“积少成多”——这是我们一贯坚持的目标，对于电器功耗来说尤其如此。作为设计师，您的目标是获得更多的电流为更多的子系统供电，同时降低总体功耗。
为家用电器添加新功能当下很流行，例如，当洗涤循环完成时，洗衣机会发送消息；或者在屏幕上或通过电子邮件发送图片显示冰箱内部情形。这些附加功能需要新的子系统，如无线通信、传感器、人机界面（HMI）和照明，这些都需要电源。
同时，电器需要消耗尽可能少的功率，以便限制它们对环境的影响，降低消费者的电力成本，并且成功地通过越来越严格的能量评级。
此外，成本、尺寸和可靠性始终是关键要求。
低压差稳压器（LDO）传统上用于家用电器，从12V电压轨产生5V或3.3V电压。但是LDO的效率真的很差。图2比较了TO-220形状因数与输出电流中，LDO和高效率DC / DC开关模式电源（SMPS…
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…
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…
“我会回来的。”
这可能是机器人讲的最有名的句子。同时，它也可能并非推销机器人的最佳手段，因为“终结者”可做任何事情，但其行为类似于一个友好的人类。幸运的是，“终结者”只是科幻小说，Arnie在第二部电影中还拯救了人类。但是让我们从娱乐转向正题，看看人类如何从与工厂自动化中涉及的不同类型的机器人的交互中受益，并且在与他们合作时仍然感到安全。毕竟，根据国际机器人联合会的说法，到2018年，大约有130万个工业机器人将被引入世界各地的工厂，欧洲工厂的比例最高。
行业在以下五个领域考虑使用工业机器人：
工业机器人类别
介绍人机交互的示例之前，让我们看看今天在工厂自动化中使用的前三种机器人。
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…
图1：T0-220形状因子的高效5V，1A开关电源设计
“集腋成裘”——这是我们一贯坚持的目标，对于电器功耗来说尤其如此。作为设计师，您的目标是获得更多的电流为更多的子系统供电，同时降低总体功耗。
为家用电器添加新功能当下很流行，例如，当洗涤循环完成时，洗衣机会发送消息；或者在屏幕上或通过电子邮件发送图片显示冰箱内部情形。这些附加功能需要新的子系统，如无线通信、传感器、人机界面（HMI）和照明，这些都需要电源。
同时，电器需要消耗尽可能少的功率，以便限制它们对环境的影响，降低消费者的电力成本，并且成功地通过越来越严格的能量评级。
此外，成本、尺寸和可靠性始终是关键要求。
低压差稳压器（LDO）传统上用于家用电器，从12V电压轨产生5V或3.3V电压。但是LDO的效率真的很差。图2比较了TO-220形状因数与输出电流中，LDO和高效率DC / DC开关模式电源（SMPS…
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…
工业以太网在工厂自动化和过程自动化、电网基础设施和楼宇自动化产品中对基于串行的现场总线扮演极其重要的角色。工业以太网将可编程逻辑控制器（PLC）与现场安装的传感器和执行器、输入输出模块和总线耦合器和驱动器相连。
不幸的是，产品制造商还未达成一致的通用的工业以太网标准；相反，所处领域也是零散的，工厂部署的标准超过30种。许多领先的制造商已经定义了一个特定的工业以太网标准，以满足他们的需求，往往来源于他们现有的其中一种基于串行的现场总线。
大多数工业以太网标准需要一个单独的设备解决方案。图1描述了一种解决方案，其中包括微控制器单元（MCU）或微处理器单元（MPU）和一个独立的工业以太网设备、媒体访问控制器（MAC）。该MAC支持实时以太网帧处理，这在技术上称为“即时”或“直通”帧处理。因此，大多数工业以太网标准需要应用专用的集成电路（ASIC…
工业自动化系统使用微处理器、数字信号处理器（DSP）和传感器网络来控制机电流程。这些元件具有高度敏感性，但是却在充满来自电机驱动、电磁干扰（EMI）和其它各种来源的电气噪声环境中运行。
电气噪声通常通过工厂自动化设备中的中央直流（DC）电源背板传输。隔离变压器可以去除不必要的噪声，但是如何在直流电源上使用变压器呢？使用反激式电源转换器。
隔离式电源可以通过消除接地环路和相同电源总线上其他设备造成的瞬态电压提供抗噪声功能。隔离式电源还可以对敏感元件和人类起到防护危险高电压的作用。反激式转换器是一个简单的设计，所含元件很少，为输入和输出之间提供了电流隔离。
反激式转换器源自反向降压-升压转换器，使用耦合电感器或反激式变压器（其匝数比乘以输入电压）替代了电感器。图1为反激式转换器的基本电路图。当MOSFET开关开启时，电流开始流动，初级线圈中的磁通量增大，在铁芯中存储能量。由于变压器的极性，次级线圈中的感应电压是负的，从而使二极管反向偏置…
在此博客系列的第二部分，我将探讨楼宇自动化的无线传感器网络的第二个趋势——安全和可靠性。回顾一下，驱动楼宇自动化系统中加装多个传感器的四个主要趋势包括：
第三篇博文中，我将重温用户舒适度的内容。当加装到建筑时，其创造一个舒适的氛围；与各种传感器节点进行交互时，其创造一个无缝和现代的用户体验。
本系列的第一篇博文讨论了独立的环境传感器，其可通过监测多个房间或区域的温度和湿度实现更智能的暖通空调（HVAC）控制。我也会讨论通过需求控制通风（DCV）不断增加的HVAC系统效率。此DCV基于一个房间的占有人数，而非房间的最大占有人数。图1所示为使用3D时间飞行（ToF）的示例DCV系统 （参考设计）。第二篇博文简要介绍了气体和粒子探测，它可帮助暖通空调系统基于房间空气质量为房间带来新鲜空气。正如您所看到的，传感器节点趋势可能彼此相交。一个舒适环境的智能控制可让建筑更节能…
在之前的博文中，我介绍了建筑自动化无线传感器网络数个趋势中的第一个趋势：能源效率。我们回顾一下，建筑自动化系统中实现更多传感器的4个关键趋势包括：
本系列博客的第二篇文章中提及的传感器应用到建筑后可以帮助保护业主和业主的财产，发现任何安全问题后通知业主和调度中心或者检测到环境中的危险情况后通知业主。
安全与保障两个主题涉及到许多建筑自动化应用：从暖通空调（HVAC）到建筑安保和消防系统。
建筑安保系统不仅可以提供向主管机构通知非正常活动的警报系统，还可以向您提供住宅或建筑的最新安全状态。在今天，磁簧开关或数字霍尔效应传感器可以帮助检测门（或窗户）接触状态。如果使用二级磁铁对系统设置侵入检测，就可以使用占空比、模拟霍尔效应传感器创建更可靠的前端检测。
图 1：带侵入检测功能的模拟霍…
我想后面的情景一定在你身上发生过：一天早上，工程经理找到你并对你说，“我们需要将连通性添加到产品‘x’中，不过，为了使功能有所增加，我们不想改变产品‘x’中的电路。”若现有系统已具有到主机处理器的通用异步接收器/发射器 (UART) 的话，那么就可以很轻松地增加Wi-Fi了。
TI已经创造出一款针对24V AC供电的UART至Wi-Fi桥接 (TIDA-00375)的参考设计，旨在应用于楼宇自动化和HVAC系统。这款设计特有一个低功耗SimpleLink™ Wi-Fi CC3200无线MCU来实现互联网连通性。这个设计还包含一个电源部分，此电源可与HVAC应用和恒温器中常见的24 VAC系统一同使用。此设计可以与具有3.3V或5V逻辑电路的系统对接。
TIDA-00375参考设计的表现形式为一个无线桥接。（请见图1）包含在这个设计中的软件，使用一个由外部接入点提供的Wi…
如果您一直关注我的多协议工业以太网系列博文，您就会发现我是可编程实时单元和工业通信子系统(PRU-ICSS)（Sitara™处理器内的可编程接口）的铁粉。在本博文中，我想说一下PRU-ICSS的另一个应用，即帮助把您选择的数字位置编码器主接口集成入Sitara处理器内。
首先，让我们来看下包含位置编码器的系统层面方块图——见图1。诸如伺服驱动器等应用通常都配有集成了数字位置反馈编码器的电机。位置编码作为传感器，能够精准测量电机轴的角度（以度为单位）或线性轴（以微米为单位）的距离。
在该等系统中，位置编码器负责读取电机轴的角度，并通过数字位置编码器协议将信息提供给位置编码器主控装置。应用处理器的磁场定向控制(FOC)算法负责对角度进行进一步处理，包括电机相电流测量，以计算脉冲宽度调制(PWM)外设的新值。
…
降低解决方案的尺寸、组件成本和功率损耗对于工业应用正变得越来越重要。可编程序控制器(PLC)用的模拟I/O模组便是满足这类要求的很好例子。
工业4.0指出了结合智能通信进行深入自动化趋势。因此，在过程工程、工业自动化和设备管理中，PLC需要配备更多的I/O端口。如果空间有限，控制器无法放入更多基板面，那么，我们必须增加模块密度才能支持更多的I/O需求。优化供电设计明显有助于达成该等目标。
让我们来看下模拟I/O模块供电设计的功率要求。
图1：PLC I/O模块阵
模拟I/O模块通常使用4-20mA电流环路或+/-10V信号传输。我们需要DAC/ADC进行转换，通常为5V供电。为了保护装置，同时也为了确保能够达到要求的性能，需隔离供电轨，以抵消地移或噪声。
因此，模拟I/O模块需要一个5V轨和+/-12至+/- 15V分离轨用于电压信号传输或电流环路灌/拉，与24-V轨隔离供电。图2所示为一普通的实施方案…
想象一下：在一个施工现场，每次按下触发器后，或钻床/螺丝刀全速转动时，即使用户几乎并未触及触发器冲击钻也不响应。
没有人愿意体验这些情况，但当该工具的触发器磨损时，这些情况会发生。对于常规电阻电位器更是如此，其随着时间推移及在恶劣环境（湿度、极端温度、灰尘过多等）下使用时会出现磨损。
一种解决方案是将电阻电位计更换为基于电容感应的电位计，其可提高电动工具寿命并无需执行成本过高的维修及更换触发开关。
TI Designs消耗<65μA参考设计（TIDA-00475）的用于变速触发开关的非接触式位置传感器演示了一个解决方案，将电阻电位器更换为更可靠的触发开关应用程序。图1所示为TIDA-00475的框图。
图1：TIDA-00475框图
该参考设计包括具有引脚振荡器技术的MSP430G2553
…
许多（如果不能说是绝大多数的话）机器由称为可编程逻辑控制器（PLC）的专用计算机控制。这一趋势的根源可追溯至20世纪60年代末，当时机器和装配生产线变得日益复杂，其相应的控制系统也是如此。当时的硬连线基于中继的控制系统不灵活，并且容易出错。维护起来更像是经历了一场噩梦。所需继电器和布线数量达到惊人的数目，这并未让工程师的生活变得更轻松。像继电器类的机械装置比精心设计的电子设备更容易磨损。为了优化其组装生产线的控制系统获得更好的可靠性和维护，通用汽车公司与百福订立合同，为基于不同硬接线继电器的控制系统设计了一种电子替代品。第一个PLC由此诞生。其被称作MODICON-084，并在今天被认为是所有PLC系统的始祖。得益于其灵活性、简易性和更好的成本结构，这一革命性的技术很快在全行业获得应用。
在随后的几年中，PLC外形尺寸变得越来越小，而编程变得更加容易。越来越多的PLC厂商出现，并为编程和功能设置订立了标准。今天，大型PLC系统的基础设施具有的功能和特性几乎可解决自动化和过程控制出现的所有问题…
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…
合著者Miro Oljaca与Tattiana Davenport
固态继电器(SSR)是用于负荷通/断控制的半导体型装置。通常用于SSR的半导体包括两种类型的功率晶体管与两种类型的晶闸管。功率晶体管包括双极结型晶体管(BJT)与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。晶闸管包括硅控整流器(SCR)与三极管交流开关 (TRIAC)。
用一个很小的外部电压或电流控制这些半导体。因此，半导体可以利用低输入功率控制高输出功率型负荷。负荷电流可以是交流(AC)或直流(DC)，这决定了用于执行切换功能的半导体类型。除负荷控制外，可取决于具体应用将SSR绝缘或半绝缘。
相比机电继电器(EMR)，SSR不具有可能磨损并限制末端设备使用寿命的机械触点。可以利用SSR的一些末端设备包括诸如暖通空调(HVAC)系统控制、恒温器、工厂自动化可编程逻辑控制器(PLC)与测试测量设备。
控制交流负荷
晶闸管与功率MOSFET通常控制交流负荷…
是什么让一切变得如此智能？在楼宇自动化系统中您会发现智能恒温器、智能照明开关、智能灯泡、智能冰箱、智能取暖器及其他家电以及所有形式的智能设备。把这些都加在一起，就是一个超棒的楼宇自动化系统。
一种新生代微控制器(MCU)正推动着楼宇自动化变革，其集成度高且功耗超低，配备完全可配置的铁电随机存取存储器(FRAM)和用于连接先进传感器的超灵敏模拟前端，正将越来越多的智能应用推向办公楼宇、工厂、公寓建筑群，或者可以说是任何正实行自动化楼宇的每个角落。
MCU领域这些拥有大能量的小器件为开发人员提供了灵活的可配置基础，在此之上，他们/她们可以构建起一系列智能终端节点与传感器、微处理器、中央控制系统和其他类型的楼宇自动化系统部件协作运行。
智能恒温器便很好地体现了该等新型MCU在楼宇自动化应用中设计优势。首款智能恒温器是对可编程装置的升级，其不会要求用户对一天或一周的温度变化安排进行编程，而是会“学习”用户对温度设置的变更…
对之前博文介绍的神奇技术不感兴趣？那么来看看这个吧：一直以来，我们持续研究穿透式玻璃触控应用，终于成功作出改进。通过采用MSP430™微控制器(MCU)和CapTIvate™技术(MSP430FR2633)，我们实现了对发光二极管(LED)和液晶显示器(LCD)的按钮点击控制，而不再是不仅仅局限在通过玻璃实现低功耗触控的参考设计(TIDA-00343)所描述的按钮感应功能。图1是带LCD的穿透式触控玻璃参考设计(TIDA-00494)的方框图。
图1：LCD参考设计方块图(TIDA-00494)
如果您回想我之前的博文就会了解过程设备操作人员每天都需要通过键盘实现编程功能。该键盘封装在带有厚玻璃窗的拧紧式防爆金属外壳内，本地读数通过LCD显示（见图2）。
图2：TIDA-00494穿透式玻璃触控参考设计
工厂自动化和过程控制设计师一直努力找寻能够让操作人员无需花时间打开外壳就能与防爆现场传送器实现交互的方法…
针对工业4.0的工厂自动化系统通常主要包括三个层级的设备，用于驱动实时通信和控制：
每一个层级都需要经优化的硬件和软件解决方案来解决各自所面临的严峻设计挑战。其中，涉及到控制层级的挑战尤其难以解决。
由于通过一个控制器所支持的节点数量正在逐渐增加，除了能耗、长电源使用寿命和可靠性要求等与所有工业自动化设计相关的挑战外，控制级设备的设计人员还面临着某些特定的挑战。更多的支持节点数量意味着整个工厂解决方案内所需的控制器数量就应该越少，以创建一个性价比更高的自动化解决方案，或者这些增加的节点都可以在工厂在得以应用，从而实现更高的自动化程度。然而，随着支持的节点数量越来越多，处理器的性能也必须要同比提升…
当谈到楼宇自动化时，无论是在造的新楼还是针对旧楼的改造，无线传感器网络（WSN）和物联网（IoT）都正变得越来越普遍。WSN使我们能够将“智能性”添加到现有的楼宇基础设施中，同时可以避免在部分难以触及的区域内进行布线和安装。
在无线系统蓬勃发展和运用的同时，这也为人们带来了一些新的疑问，例如在HVAC中添加更多传感器的原因和目的是什么？究竟是为了照明还是楼宇安防系统？
楼宇自动化目前的4个主要趋势解答了这一问题：
下面，我们将着重介绍能源效率这一话题，这也是在楼宇自动化系统中添加更多传感器的一个重要趋势。
无论是楼宇业主、房主或是租户，每个人都会关心节能和节省开支。目前，建筑物中所使用的电能大部分由电网提供，其中被浪费的电能达到了30%。而通过使用传感器节点，只在必要时才运行高能耗设备，能够显著降低能源的使用率。利用这种方法创建的智能楼宇将会对节能…
本文合著者为Matthew Xiong。
便携式电子销售点终端(EPOS)设备在全球范围内越来越受欢迎。不同于传统的台式设备，便携式EPOS设备的电池续航时间有限且需要经常通过USD接口或其他连接装置进行充电。
由于快速充电技术在便携电子产品市场正日益壮大，便携式EPOS设备很可能也将采用该功能。由于便携设备开始采用更大的电池，实现快速充电就需要能够提供更多电能的充电适配器。不同的制造商都提出了一些方法，但每一种方法都要求电源接头采用更高的输入电压。更高的输入电压可以让更多的电能进入系统，实现快速充电，同时又不会使电流超过接头的载流容量限制。适配器电压默认设置为通常的5V(USB VBUS)级别，但外部适配器和移动设备间D+/D-数据线上的信号传递可以根据需要协议使适配器输出更高的电压。根据适配器容量的不同，典型值包括5、9、12或20V输出级。系统中的充电集成电路(IC)或应用处理器控制该信号传递，使适配器输出合适的电压级别…
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