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作者：Lisa Eitel

关键词: 信号, 自动化

几十年来IO-Link被广泛运用于工业I/O，而近些年来应用更是飞速激增。正如Digi-Key 文章《比较IO-Link1.0和1.1》所解释那样，国际电工委员会IEC 61131-9开放标准（标有IO-Link）给自动化组件赋予了易于使用的连接能力。这是一个单滴数字通信接口 (SDCI)，能够将称作现场设备或次设备的小型传感器和执行器联网到IO-Link控制器中枢或主设备，然后再进一步连接到自动化装置的其余部分。IO-Link的优势之一就是允许使用普通的非屏蔽电缆（可长至20m，有3至5股导线）实现连接。

本文会将更多篇幅放在解释1.1版的三个全新IO-Link特性上：

• IO-Link 1.1允许数据备份，因此工厂人员可以保存并重复使用设备参数
• IO-Link 1.1可以处理的数据宽度可达每端口32字节
• IO-Link 1.1允许IO-Link 1.1主设备实现230.4千波特数据速率

IO-Link 1.1作为参数分配服务器

IO-Link组件的控制集成是通过配置软件来完成的，利用了与每个IO-Link组件关联的标准化IO设备描述 (IODD) 文件。这些IODD文件（存放组件型号、工作范围、支持诊断功能的数据和显示在HMI和GUI上的符号）是由组件制造商提供的.xml文件，通过其自有网站和ioddfinder.io-link.com支持IO-Link V1.0和V1.1。

IO-Link 1.1的最新更新增加了一些IO-Link 1.1主设备的能力，使之能够在本地存储IODD 文件和补充数据——以便为网络上其它设备提供参数分配服务器功能。在此功能推出之前（以及在传统的IO-Link装置中），最终用户更换新的现场设备或换用其它设备时，必须先对该设备进行配置——通常是将其插入PC的USB端口并通过软件手动执行设置。

1.1版在这一方面改进的另一项优势是，最终用户现在可以（在许多情况下）热插拔来自不同制造商的同等IO-Link边缘设备——使得基本可互换设备选择大为增加。当需要对大规模生产线上故障或损坏的传感器进行紧急更换时，这就特别有用。

IO-Link 1.1更高通信速度的具体细节

IO-Link 1.1版另一新功能就是COM3——速率支持更先进的现场设备功能的通信模式。COM3 SDCI通信模式的指定数据速率最高可达230.4kb/s（或者本文所说的230.4千波特）。这意味着最新的IO-Link迭代 (1.1.3) 改进解决了最后一个对IO-Link的争议之处——即该标准没有足够的速度适应现代自动化需要。

具体来说，1.1.3加入了支持实时通信的周期时间，现在可以周期性地发送上一篇关于此主题的Digi-Key文章中所述的过程数据，某些情况下甚至可以达到亚毫秒级。发送过程数据所需要的实时带宽（以每秒千字节 (kB/s) 计）取决于主设备从其请求消息所花费的时间、通信方向上的开关延迟、现场设备响应所花费的时间以及另一通信方向上的开关延迟。

如果掌握一些实际微控制器电路（某些情况下是独立式 IC）背景知识，就会理解IO-Link组件是如何进行这些通信的。在主设备及其现场次设备中，会有称作通用异步收发传输器 (UART) 的电路，将数据打包或组帧到数据包中发送出去。这些帧有11位长——一位用作通信开始位，八位（在IO-Link规范和官方文献中亦称一个八位字节）用于承载实际过程数据，另外两位用作通信奇偶校验和停止位。

按照2019年6月IO Link 1.1.3规范表9规定，用IO-Link COM3布局发送每个位只需4.34微秒。该时间加上主设备和次设备中数据包间的延迟（分别为最高4.34微秒和该值三倍），以及4.34微秒至43.0微秒的通信方向开关延迟，使得最坏情况下数据传输速率也是亚毫秒级的，而这对于苛刻的工业应用来说仍是完全足够的。

通配符（对实时带宽有很大影响）是为 IO-Link 网络选择的消息序列类型。不同序列类型针对不同数据量的非周期性或请求式数据传输。因此，如要估计IO-Link布局的实时带宽，就必须计算系统消息发送所容许的过程数据和非周期性数据的两者数据量。有些类型定义了固定的过程和非周期性请求式八位字节值，而另一些类型则让供应商或用户设置1到32的过程数据八位字节值，非周期性数据八位字节值则设置为1、2、8或32。简而言之，系统需要移动的数据越少，周期时间就可以越快。

通过分析上述因素后就可以得出实时带宽——即发送的过程数据（以千位计）除以总计算周期时间（以千位每秒计）。例如，当只有一个非周期数据八位字节（记为18）和32个过程数据八位字节（记为32·8）时，周期时间只有几毫秒，而带宽会超过100千位每秒。

所有新型IO-Link 1.1主设备均支持COM3和采用此数据速度的自动化组件——自动适应其所连接的次设备所使用的速率。实际上，让具有不同周期时间的现场设备从一个主设备上运行，以允许使用不同复杂程度的传感器和执行器，以及进行增量式设计升级，是很常见的。采用COM3的230.4千波特数据速率的执行器（通常采用本文下一节所述的B类端口布局）包括液压传动和机电组件——气动阀门、直线气缸、歧管以及基于步进电机的小型现场设备。最常使用COM3的传感器包括位置和位移传感器以及颜色、温度和压力传感器，所有这些传感器在过程控制中最常见。选择机械开关也会利用这个COM3通信模式。

IO-Link 1.1物理连接（包括数据端口）

现在我们来看一下IO-Link的数据带宽——过程数据可达每端口32字节。IO-Link主设备上所有激活的端口设置为处理数字输出或输入，或使用UART以半双工模式（因此数据位以单位序列发送和接收）作为IO-Link点运行。典型的四端口和八端口IO-Link主设备可以直接连接到多个现场设备或充当中枢（传输宽度取决于这个主设备）。典型的IO-Link现场设备连接包括供电导体L+和M以及C/Q1导体，后者承载过程数据以及参数化、配置和诊断数据。

这里稍复杂的事是，IO-Link规范同时允许主设备和次设备使用A类和B类端口。按IEC 60947-5-2规范定义，A类端口不会与IEC 61076-2-101定义的A字码M12连接器混淆。如需详细了解IO-Link环境中无处不在的M12连接器，请参阅Digi-Key文章《IO-Link基础知识》。简言之，IO-Link连接器引脚2和5有时用，有时不用，且用法各不相同，而引脚1、3和4是始终使用，只是后者用法不同。A类布局（基于四引脚M5、M8或M12连接器）允许更多的I/O连接变化，甚至用于高电流输出来驱动执行器。相反，B类布局则始终是5引脚M12连接。

无论是A类还是B类，母头连接器插座要位于主设备上，公头连接器引脚要位于现场次设备上。

每端口32字节的过程数据量只是最先进的IO-Link连接型传感器和执行器的最大值；实际上，像开关这样的较简单IO-Link次设备数据宽度可能只有一个位。当应用的设置数据宽度不足时，有些IO-Link主设备会允许分段进行过程数据传输。IO-Link的其它数据容量扩充方案包括使用多个引脚4导体进行双向IO-Link和开关通信，以及对引脚4 IO-Link数据进行并行双通道数据传输。对于后者，引脚2导体可承载设备特定I/O或开关信号（尽管通常不与状态监控相关），并空出IO-Link通道以承载补充信号。这种IO-Link双通信数据传输可实现实时通信，而无与远程PLC（包括周期时间）有关的延迟，反过来支持需要立即对机器或设备状况进行分析并做出响应的应用。

结语

IO-Link 1.1版的三个新功能包括：数据备份（用于保存并重复使用设备参数）、处理每端32字节的数据宽度的能力，以及主设备的230.4千波特数据传输速率。这些功能加快了IO-Link 1.1在工业自动化领域的运用。

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关键词: 电路设计, 方案,  开发工具

由得捷电子(Digi-Key) 联合硬禾学堂共同发起，主题为“你创意，我买单”的FastBond电子项目开发活动，历时半年，完美收官！

本届活动精选了智能可穿戴、体外诊断、环境监测、工业机器人、智能建筑5个热门主题，参赛选手来自各行各业，参赛作品更是亮点满满，创意不断！

经过层层筛选，前十名获胜者从众多参赛选手中脱颖而出，他们当中不仅有硬件达人、软件工程师，还有设计师、艺术领域的从业者，以及在校的老师和同学等，都是各个领域中翘楚。

你是不是很想知道，这些项目的创意是怎么产生的？在项目的实现过程中，有哪些经验值得借鉴？……带着这些问题，我们采访了其中两名获奖者代表。

采访一

黄煜鑫，Python高级工程师

大学专业金融，自学编程。由于兴趣进一步学习了MCU和FPGA。除了编程外，平时也喜欢弹吉他, 播音主持。

采访二

潘孜儒  大学四年级在读

北京交通大学，电子科学与技术专业，准备继续深造。对嵌入式、FPGA开发略有涉猎。

无疑这是一群乐于把自己的兴趣、爱好、想法转变为现实的开发者，他们也更乐意把这些项目分享给更多的小伙伴。

Digi-Key作为世界级的电子元器件分销商，始终秉持“品质第一、客户至上”的原则，并积极致力于将最全面元器件产品及最前沿的技术，第一时间带到工程师和电子爱好者手中。

希望在以后的日子里，Digi-Key可以一直伴您左右，帮您实现一个又一个的新鲜idea！

相关技术资源

照例，关于本次采访提及的周边技术资源，小编整理如下：

项目一：环境监测之定时图像采集

作者：黄煜鑫

ESP32-CAM OV2640 series图像传感器评估板 – 传感器 

ESP32-CAM是一款低成本物联网解决方案的开发板，基于ESP32模块开发的最小系统物联网产品，具有小体积，可板载摄像头的优势，适合快速原型搭建，DIY项目开发，物联网入门学习等。

• Digi-Key在线购买链接
• DFrobot 规格书链接
• Digi-Key 零件编号: 1738-DFR0602-ND

LTC3245IMSE  宽VIN范围、低噪声、250mA降压-升压型充电泵 

LTC^®3245是一款开关电容器降压-升压型DC/DC转换器，其可采用2.7V至38V输入产生一个稳定的输出 (3.3V、5V或可调)。该器件采用开关电容器分数转换，以在很宽的输入电压范围内保持调节作用。内部电路可自动选择转换比，从而在输入电压和负载条件变化的情况下实现效率的优化。不需要使用电感器。

• Digi-Key在线购买链接
• ADI 相关开发资源链接
• Digi-Key零件编号：LTC3245IMSE#TRPBFTR-ND；LTC3245IMSE#TRPBFCT-ND；LTC3245IMSE#TRPBFDKR-ND

MAX16802AEUA离线式、DC-DC PWM控制器，用于高亮度LED驱动器

MAX16801A/B/MAX16802A/B高亮度(HB) LED驱动控制器IC含有设计宽输入电压范围LED驱动器所需的全部电路，适用于通用照明和显示器应用。MAX16801非常适用于通用输入(85VAC至265VAC整流电压输入) LED驱动器，MAX16802适用于低输入电压(10.8VDC至24VDC) LED驱动器。

• Digi-Key在线购买链接
• Maxim 相关开发资源链接
• Digi-Key 零件编号: MAX16802AEUA+-ND

项目二：智能可穿戴之智能手表原型

作者：潘孜儒

MAX32660-EVSYS低功耗Arm Cortex-M4 FPU处理器，带基于FPU的微控制器（MCU），256KB Flash和96KB SRAM 

MAX32660评估系统提供结构紧凑的开发平台，在微小、易于使用的电路板实现对MAX32660全部特性的访问。主板上已安装基于MAX32625PICO的调试适配器；完成编程后，可将其直接拆卸。调试模块支持可选的10引脚Arm^® Cortex^®调试连接器，用于实现DAPLink功能。组合尺寸为0.65in x 2.2in，而主板独立尺寸为0.65in x 0.95in。外部连接采用双排连接头，兼容过孔和SMT应用。该电路板以非常小的空间提供强大的处理子系统，很容易集成到各种应用中。

• Digi-Key在线购买链接
• Maxim相关开发资源链接
• Digi-Key 零件编号: MAX32660-EVSYS#-ND

ADXL345BCCZ-RL 3轴,±2g / ±4g / ±8g / ±16g数字加速度计

ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高(13位)，测量范围达±16 g。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI(3线或4线)或I²C数字接口访问。

• Digi-Key在线购买链接
• ADI 相关开发资源链接
• Digi-Key 零件编号: 505-ADXL345BCCZ-RLTR-ND; 505-ADXL345BCCZ-RLCT-ND

MIKROE-4496 SHT40湿度，温度传感器mikroBUS™ Click™平台评估扩展板 

Temp&Hum 15 Click 是一款紧凑的附加板，包含了Sensirion的第四代一流的SHT湿度传感解决方案。 该板采用高精度、超低功耗的16位相对湿度和温度传感器SHT40。它提供恒温精度，可达0.1°C，并在推荐的平均温度和湿度范围5~60°C和20~80%RH时显示最佳性能。

• Digi-Key在线购买链接
• MikroElektronika 规格书下载链接
• Digi-Key零件编号: 1471-MIKROE-4496-ND

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本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——KEMET C4AQ-M系列电容器和Littelfuse用于过流和过热保护的低电阻系列PPTC可恢复保险丝。

产品一：KEMET C4AQ-M系列电容器

薄膜电容因其性能稳定、使用寿命长等特点，在很多高可靠性应用（如汽车）中替代传统的铝电解电容，成为开发者的首选元件。

KEMET的C4AQ-M系列DC-Link电容器，就是一款汽车级的微型聚丙烯金属化薄膜电容器。该薄膜电容器具有较低的等效串联电阻，可在不牺牲电容量的情况下产生更高的纹波电流额定值。高电压额定值使其成为直流链路和高功率应用的理想选择。

该电容器采用矩形塑料盒式设计，填充树脂，采用两个或四个镀锡径向引脚，具有极佳的电气性能以及业界领先的耐用性和可靠性，还具有长寿命和自修复能力。这些特性使其非常适合作为电源逆变器、电机驱动和高功率充电电路的DC-Link电容器，为电力电子、能量存储、再生能源电网接口和汽车电子等应用中的电源转换提供了必须的中间电路级。

了解KEMET C4AQ-M系列电容器的更多信息，请看以下视频：

产品二：Littelfuse 低电阻系列PPTC可恢复保险丝

在电路的过流和过热保护中，PPTC（聚合物正温度系数）可恢复保险丝与常规的保险丝相比，具有显著的成本优势，在很多应用中都备受欢迎。。

Littelfuse的低电阻系列表面贴装 PPTC元件就是一款代表性的产品，可为需要超低内阻、超低电压降和自恢复保护的应用提供了可靠的过流保护。在温度升高时，该PPTC元件的阻抗也会提升，从而限制了不安全电流，使电流始终保持在安全水平。

该系列PPTC元件获得了UL认证和TUV认可，最大故障电流为50A，支持的保持电流范围为100mA至9A，并提供0402至2920的封装规格可选。Littelfuse的低电阻系列可重置 PPTC元件是USB外设、锂电池组、智能手机、LCD和LED电视、数码相机等应用的理想选择。

了解Littelfuse 用于过流和过热保护的低电阻系列PPTC元件的更多信息，请看以下视频：

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本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——Panduit的VeriSafe无电压存在测试仪和NKK的LB系列发光按钮开关。

产品一：VeriSafe™无电压存在测试仪 (AVT/AVT2) 和访问控制套件

当维护电气设备时，操作人员必须遵守安全规范，其中很重要的一点就是通过电压验证试验来确定待维护设备上已无电压。这个测试过程包括多个阶段，如果使用手持便携式测试设备时可能很复杂且很耗时。那么有没有什么比较简便的方法呢？

Panduit 的VeriSafe无电压存在测试仪 (AVT/AVT2) 就是一个很好的解决方案，使用它，操作人员只需按下按钮即可确定是否无电压。该测试仪符合2021 NFPA 70E标准，实现了所需的六步测试流程的自动化，将测试时间缩短至10秒。安装完成后，只需按一下按钮，工人就能够看到测试仪在无电压存在时的有效指示，从而确定是否无电压。

Verisafe已通过UL、NEMA和CSA标准验证，能在各类危险环境下发挥作用，使操作人员能够快速简便的验证电气安全的工作环境，可谓是现场设备维修的必备测试仪。

了解VeriSafe™无电压存在测试仪和访问控制套件的更多信息，请看以下视频：

产品二：NKK的LB系列发光按钮开关

开关在很多人的心目中是一个 “简单”的电子元件，仅需完成导通、关闭两个操作。但实际上，开关元件在设计时，需要在可靠性、环境耐久性和易用性上做综合考量，才能够提供一款令用户满意的产品。

NKK Switches （以下简称为“NKK”）的LB系列LED发光按钮开关，就是这样一款产品。LB系列开关带有一个“START”或“ON”粗体标识，便于用户识别。其前面板密封开关配有透明的防溅罩和两个O形圈，支持超过IP65的防侵入等级。

该LED发光按钮开关精心设计的散光片和滤光片系统，能够实现全表面发光的效果。其锁定特性能够指示电路状态，平滑且有响应的操作为用户提供听觉和触觉反馈。该开关快动触点机构，可延长电气寿命并提高操作灵敏度。其紧凑的设计使得后面板深度最小化，不锈钢夹可提供各种面板厚度的安全装配，为应用带来更大的便利性。

了解NKK Switches LB 系列发光按钮开关的更多信息，请看以下视频：

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如今，图像传感器的应用越来越广泛，这也将机器视觉技术的版图扩展到了更多的领域。不过传统的图像传感器感知的是二维（2D）的信息，如果想要获取深度距离信息，从而创建3D的应用，就需要新的传感技术来帮忙了。ToF（飞行时间）激光测距传感器就是实现3D深度测量的一个重要技术手段。

STMicroelectronics的VL53L5CX就是一款先进的ToF激光测距传感器，它集成了单光子雪崩二极管 (SPAD) 阵列、物理红外滤光片和衍射光学元件 (DOE)，可在各种环境光照和各种玻璃盖板材料条件下实现最佳测距性能。在垂直腔面发射激光器 (VCSEL) 上方使用DOE，使得方形FoV投影到被测场景上，而其反射光会被接收器透镜聚焦到SPAD 阵列上，通过计算快速获得精准的距离信息。

得益于ST的直方图专利算法，VL53L5CX能够以最高60Hz的距离信息范围检测视野内的不同物体。该直方图还提供对超过60厘米的盖板玻璃串扰的抗扰度。VL53L5CX可支持多达8×8的多区域距离测量，具有61°宽对角线视野，并可通过软件缩小。

与传统的红外传感器相比，VL53L5CX具有显著的优势，由于采用ST最新一代直接ToF技术，无论目标颜色和反射率如何，都可以进行绝对距离测量。该传感器提供最高400厘米的准确测距，并且支持60Hz的帧率，这使其成为目前市场上最快的多区域微型ToF传感器之一。

此外，VL53L5CX采用微型可回流焊封装，因此其在可制造性设计上也具有优势。综合来开，VL53L5CX在机器人避障、手势识别、相机自动对焦、AR/VR的3D深度辅助、用户和物体检测等领域都是非常理想的选择。

VL53L5CX特性优势

• 快速准确的多区域距离测距传感器
  • 具有4×4或8×8独立区域的多区域测距输出
  • 具有中断可编程阈值以唤醒主机的自主低功耗模式
  • 测距范围可达400厘米
  • 每个区域的多目标检测和距离测量
  • 60Hz帧率能力
  • 直方图处理和算法补偿最大程度减轻或消除盖玻片串扰的影响
  • 允许高级运动检测的场景变化指示器 (SCI)
• 具有宽视野的全集成微型模块
  • 发射器：940nm不可见光VCSEL和集成模拟驱动器
  • 在发射器和接收器上使用DOE实现61°对角方形视野
  • SPAD接收阵列
  • 运行固件的低功耗微控制器
  • 尺寸：6.4 mm x 3.0 mm x 1.5 mm
• 易于集成
  • 可回流焊单元器件
  • 灵活的电源选项，单3.3V或2.8V工作或3.3V或2.8V AVDD与1.8V IOVDD的组合
  • 兼容多种盖板玻璃材料

VL53L5CX目标应用

• 场景感测：多区域和多对象距离检测，可支持机器人应用的3D房间映射和障碍物检测
• 宽视野和多区域扫描可支持内容管理（卡车、水箱/油罐、垃圾箱中的负载）
• 手势识别
• 液位控制
• 视频投影仪梯形校正
• 激光辅助自动对焦 (LAF)。增强相机自动对焦系统的速度和稳健性，尤其是在困难的低光或低对比度场景中
• 增强现实/虚拟现实 (AR/VR) 增强。由于具有多区域距离测量能力，可支持双摄像头立体观察和3D深度辅助
• 智能建筑和智能照明（用户检测以唤醒设备）
• 物联网（用户和物体检测）
• 视频对焦跟踪：60Hz范围支持连续对焦算法优化

→ 进一步了解VL53L5CX 飞行时间测距传感器的详细技术信息，请点击这里>>

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关键词:  隔离, 保护

问：光隔离器浅谈

光隔离器可以很好地保护电路免受干扰浪涌或噪声的影响。该物料的两侧都是隔离的，因此你可以使用不同的电压而不会损坏电路。光隔离器利用光并通过LED（通常是IR）和光电二极管来传输信号。目前，有几种类型的光隔离器可供选择，例如SCR（交流电压）、TRIAC（交流电压）、达林顿（直流电压）和晶体管（直流电压）。

我们可以用晶体管来演示一个简单的电路。

晶体管简单电路

我使用1.5伏的电池作为4N35输入，因为这是在正向电压的最大范围内并且足以使触摸开关打开。必须使用300欧姆的电阻来抵消流入4N35的内部LED的电流。我为红色LED选择了9伏电池，是因为它具有闪烁功能，其实际的电压范围在3.5到14伏之间。由于这是一个闪烁的LED，因此具有内部电阻。如果需要具体的定时，你可以使用不同的电压来影响闪烁速率和电阻。

物料清单

1. BKGS-830-ND——面包板
2. 438-1049-ND——跳线包
3. 450-1650-ND——触摸开关
4. CF14JT300RCT-ND——300欧姆电阻
5. 4N35-ND——光隔离器
6. P646-ND——1.5伏电池AA
7. 36-2461-ND——AA电池座
8. 1497-1453-ND——红色LED
9. P687-ND——9伏电池
10. BH9VW-ND——9伏电池座

更多有关隔离的技术信息, 请查看以下内容：

• 隔离基本步：正确的隔离解决方案
• HDMI信号隔离有哪些方案？
• 为你的设计选择合适的数字隔离器
• 环形器和隔离器
• 隔离器的共摸瞬态抑制（CMTI）

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关键词: 开发工具, 编程

问：Arduino睡眠模式示例

我决定自行编写示例，说明如何将Arduino设为睡眠状态。你可能会感到疑惑，这有什么必要呢？答案是：如果你制作的项目是由电池供电的话，那么这一设置就会非常有用。让Arduino进入睡眠模式状态可降低电流消耗，从而延长项目的运行时间，而不必频繁更换电池。在许多IOT项目中亦是如此，因为并不需要单片机或外部器件一直运行。

Arduino睡眠模式示例

在启动示例代码中，我们用了两个按钮和两个LED来显示何时唤醒电路板以及何时按下中断按钮。当电路板被唤醒时，连接到引脚13的LED将开始闪烁。当按下连接到引脚11的按钮时，将使Arduino进入睡眠模式，而引脚13的LED也将停止闪烁。要唤醒电路板，只需按下连接到引脚2的按钮即可。按下此按钮时，连接到引脚10的LED将亮起，以表示中断已激活。

• 启动示例代码
• 初始代码接线图

• 链接到 Scheme-It 原理图

添加实时时钟以唤醒 Arduino

接下来，我们将添加一个RTC（而非按钮）来控制Arduino的睡眠模式和唤醒。我在此项目中使用的是来自Adafruit的物料1528-1598-ND。选择它的主要原因是其配备了内置中断。我原来使用的是DS1307分线板，但我很快发现它并不支持中断，因此无法用于此项目。我还针对此项目下载了一些库。

以下是指向我下载.zip库文件的链接：

• https://github.com/PaulStoffregen/Time——Arduino的计时库
• https://github.com/JChristensen/DS3232RTC——适用于DS3231，包含唤醒Arduino所需的提醒 
• 添加 RTC 的代码
• RTC 接线图

• 指向 Scheme it 原理图的链接 

添加土壤湿度传感器和温度 / 湿度传感器

为了展示这类传感器的使用示例，我决定制作一个独立的装置监控系统。为此，我将使用土壤湿度探针（1568-1670-ND）和温度/湿度传感器（1528-1172-ND）。该程序现在要做的是检查土壤水份含量和温度。我决定省略此代码草稿中的湿度功能，但只需几行代码就可以再添加回来。

该监控系统会进行检查，以确保土壤湿度不会过低。如果水分含量低于一定水平，系统就会启动水泵或电磁阀。在本例中，我将LED用作指示器，以代替水泵或电磁阀。

对于此代码草稿，你需要安装MPL115A2库，该库可通过Manage Libraries Button进行安装（位于Include Library下的Sketch Menu中），或者你也可以通过以下链接找到zip文件：https://github.com/adafruit/Adafruit_MPL115A2

添加温度 / 湿度传感器和土壤湿度传感器的代码

RTC 和传感器接线图

指向 Scheme it 原理图的链接

更多有关Arduino的技术信息, 请查看以下内容：

• Arduino Uno的函数示例
• 如何选择适用于Arduino的IR、UV和可见光放射体
• 在Arduino中轻松实现脉宽调制（PWM）
• Arduino插座更换
• Arduino扩展板

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作者：Alan Yang

关键词: 电源管理, 电路设计, 方案

负载点电源POL，即Point-of-Load（负载旁边的电源）。一般我们会把负载点电源尽量靠近负载放置, 这么做可以最大限度地确保供电效率和准确性。

本文通过分析PCB走线电阻和寄生参数对于传输效率的影响，来解释为什么要把电源尽量靠近负载放置。然后，通过POL应用设计实例，来看看POL设计中有哪些需要注意的因素。

为什么要把电源尽量靠近负载放置?

特别对于大电流的负载，我们可能需要考虑PCB走线电阻和寄生参数对于传输效率的影响。

下表比较了不同宽度PCB走线对于传输效率的影响：

较宽的PCB走线的确可以降低PCB走线上的电压降，但是我们还要考虑寄生参数。寄生电感会抑制负载变化时电流di/dt的动态变化，恶化瞬态响应；而寄生电容会导致电压下降。

根据ADI LTspice®模型, 上图中的50mm PCB走线估计电感约为14.1nH。

如上图所示，寄生电感会抑制瞬态负载变化时电流di/dt的动态变化，从而恶化瞬态响应，而寄生电容会导致电压下降。

• POL理想的PCB走线

POL理想的PCB走线如下图所示。

有图中可见，POL应尽量靠近负载，走线短而宽, 从而将PCB电阻和寄生参数的影响降至最低。

总结一下——将电源尽量靠近负载放置, 有利于减小PCB走线电阻和寄生参数，从而最大限度地确保供电效率和准确性。

POL设计实例

由于要求POL电源和负载的距离尽可能短。在设计时，我们必须要注意POL电源的PCB占地面积以及散热设计，以保证方案的可行性。

• POL电源的PCB占地面积

传统电源方案可能体积会很大，而专门的POL方案会尽可能减少电源的体积。

传统方案（控制器+外部MOS管）：传统方案只要靠近负载放置，也可以解决大电流负载的问题，但是这种方案往往体积会很大。

POL方案：控制器+内部FET：比如使用LTC3310S，这是专门为POL设计的芯片，很大程度上减少了PCB板的占地面积。

LTC3310S负载电流高达10 A；尺寸仅3mm × 3mm，且内含MOS管；支持5MHz高频操作，因此可以使用更小的输出电容。

我们来看看LTC3310S的表现：假设3.3V转1.2V，2MHz，输出电容为110μF，电感为100nH，当负载从1A变化到9A，负载电流上升速度：1A/us。下图显示了LTC3310S在负载从1A变化到9A的输出表现。

也就是说，使用110µF输出电容即可实现这样的性能，8 A负载变化导致输出电压偏移小于±40 mV。

• 良好的散热设计：

除了PCB的占板面积，还有一个POL设计时必须要解决的问题——良好的散热设计。高性能单片POL的确可以节省很多空间，但是可能也会导致发热量过高，因此，需要良好的散热设计。

良好的PCB板设计有助于散热。

对于常见的两层PCB板，可以加大地平面，并且在发热量大的关键区域设置热通孔，加快热的传导。除此之外，还可以通过温度检测，到达相应温度后主动关断电路来防止芯片过热。比如，LTC3310S自带温度检测的功能，如果温度超过某一阈值，电路会自己关断。

下面，我们来看优化散热设计之后，LTC3310S的实际温度：

• LTC3310S：3.3V转0.6V，5A
• 表面温度：101.6℃
• 节点温度：102.2℃
• PCB表面温度：96.7℃

Digi-Key提供的设计资源

为了帮助开发者顺利地完成POL的应用设计，Digi-Key可以提供丰富的设计资源。

• Digi-Key POL直流转换器

在Digi-Key的『直流转换器』目录下，可以根据类型栏里的筛选项，筛选出合适POL模块。

• LTC3310S开发板

同时，Digi-Key和可提供LTC3310S配套开发板，为设计POL电路节省时间。

本文小结

将电源尽量靠近负载放置, 有利于减小PCB走线的电阻和寄生参数，从而最大限度地确保供电效率和准确性。对于POL设计，减小POL电源PCB占板面积，优化散热设计，是POL设计的重中之重。

更多有关POL的技术內容, 请点击以下链接，也欢迎大家在文末留言讨论。

• 负载点模块注意事项
• 负载点DC-DC转换器解决电压精度、效率和延迟问题
• 如何选择散热性能良好的高功率可扩展式POL调节器并节省电路板空间

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本期Digi-Key Daily向大家推介两款产品——HARTING的ix Industrial^®以太网连接器和MEAN WELLPS的RPS系列医用级电源。

产品一：HARTING ix Industrial®以太网连接器

随着工业4.0的推进，工业物联网也得到了长足的发展，而工业以太网在其中承担着高速、可靠数据传输的重任，这也加速了面向工业应用的以太网连接器的发展。

HARTING的ix Industrial^®以太网连接器就可以很好地应对这一挑战，该产品执行IEC/PAS 61076-3-124标准，提供6A类功能性、以太网供电能力和360°屏蔽，为工业用户提供了一种高性能、高可靠的接口。

ix Industrial^®连接器还是传统RJ45以太网连接器的微型化替代方案，在确保高性能能同时，占用空间减少了70%，从而有利于减小PCB尺寸，将上壳和底座微型化，并减轻了整个系统的重量。

HARTING的ix Industrial^®产品系列提供以太网A型和B型配接类型，A型面向工业以太网，B型面向串行和总线通信。此外，这些坚固耐用的连接器还具有抗冲击和抗振性的特性，提供5个THR屏蔽固定触点和咬接式锁定机制，可支持5,000次插拔，能够满足今天以及未来工业高速互连的要求。

了解HARTING ix Industrial^®以太网连接器的更多信息，请看以下视频：

产品二：MEAN WELLPS的RPS系列医用级电源

医疗设备关乎患者的生命安全，因此其电源的选择也不能随便，高效、高可靠是对此类电源最基本的要求。

MEAN WELL的RPS系列这就满足这样要求的高度可靠的绿色PCB型医用电源，该系列电源功率包含30W至500W的功率范围，输入电压80V_AC至264V_AC，可提供3.3V至48V的输出电压，工作效率高达94%，即使在空载时也能够保持高效率。因此，该电源可以在紧凑的封装内提供更高的功率密度。

RPS系列电源还为I类（有地线）和II类（无地线）系统EMI设计提供了多种选择，提供低漏电流、医疗安全许可和出色的EMC性能，可用于BF型患者接触式医疗系统，包括呼吸机、电动病床和移动式临床工作站等应用。

了解MEAN WELLPS的RPS系列医用级电源的更多信息，请看以下视频：

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关键词: 保护, 质量

问：保形涂层的常见类型

保形涂层是一种特种聚合成膜材料，用于保护电路板、元件和其他电子元件免受腐蚀性空气、湿度、热量、真菌和污染物（如灰尘和泥土）所造成的不利环境条件的影响。

共有5种常见的保形涂层。如何为你的应用选择合适的涂料？下面我们对这些涂料进行逐一盘点。

丙烯酸粘合剂

丙烯酸粘合剂易于溶解在许多有机溶剂中，因此便于完成对板的修复工作，并且通常仅提供具有选择性的耐化特性。丙烯酸粘合剂具有速干、抗霉性好、固化期间不收缩和防潮性好等优点。但缺点在于耐磨性低、容易被刮擦、碎裂和剥落。

环氧树脂，双组份

环氧树脂通常是双组份化合物，混合后开始固化。环氧树脂具有良好的耐磨性和耐化特性，以及合理的防潮性。但这种涂料很难去除和返工。由于在聚合过程中会发生薄膜收缩，因此建议在精密元件周围使用缓冲液。在低温下固化可使收缩率降至最低。

聚氨酯

聚氨酯具备良好的防潮性和耐化特性。由于其耐化特性较好，因此去除涂料需要使用剥离剂（可能会留下离子残留物）。这些残留物可能需要彻底地清洁，以防止底板腐蚀。聚氨酯可以通过焊接进行返工，但通常会产生影响产品外观的褐色残留物。

硅酮

硅酮通常是一种单一化合物，会在暴露于空气中的水分和一定的温度下开始固化。硅酮在电子物料或模块的所有表面上固化之后具有良好的润湿性和附着力。可广泛应用于高温（>120℃）、潮湿敏感、耐化学、腐蚀、抗真菌等环境。

氨基甲酸乙酯

氨基甲酸乙酯具有很强的保护性、硬度和较高的耐溶剂性，可提供卓越的耐磨性和低透湿性。此外，它还具有良好的低温适应性，但在高温环境下无法良好工作，且大部分不能修复或返工。

更多关于保形涂层的技术信息, 请查看以下内容：

• 如何识别和解决保形涂层缺陷
• Samtec连接器的保形涂层处理技巧
• 你了解抗真菌保形涂层吗？
• 让你的PCB远离潮湿危害
• 远离有害的锡须，这5个关键点你做到了吗?

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