PCB设计的传感器和执行器基础知识

我认为“苹果不会掉在离树不远的地方”这句谚语在一定程度上是正确的。7岁的时候，我儿子就对技术驱动的机制表现出了极大的兴趣。当他穿过一扇自动滑动门时，他第一次觉得这门似乎很神奇。

我花了好一会儿才跟他解释没人会躲在有遥控器的小隔间里。为了安抚他的好奇心，我去听了一场关于传感器和驱动器的讲座，希望它们对孩子的头脑有一定的意义。

你可能已经猜到了，用电子设备自动化滑动门的概念似乎超出了孩子的理解范围，因为他仍然相信人工干预。但如果你正在尝试PCB设计，你应该熟悉传感器和执行器的工作原理。

传感器和执行器基础知识

简单地说，传感器是将真实的文字参数转换为电信号的电子设备。传感器可以是一个简单的开关，也可以是一个更复杂的气压传感器。在过去的几十年里，传感器的使用呈指数级增长，为消费电子产品提供更好的用户体验。

执行器与传感器相反。执行器不是感知实时变量，而是将能量输入转化为物理运动。你会发现执行器用于机器人、暖通空调、水泵或典型的自动推拉门等应用。

用于家庭警报的红外运动传感器。

不同类型的传感器和执行器

电子行业充斥着不同类型和形状的传感器．以下是一些你很可能会遇到的常见问题。

• 红外传感器-通过测量红外反射的距离来测量距离。

• 超声波传感器-产生超声波，并探测回声，以确定其路径上的障碍物。

• 温度传感器-利用热力学原理将温度变化转化为电信号。

• 触摸感应器-利用电容、电阻或感应感应将物理接触转换为电脉冲。

• 压力传感器-将物理隔膜偏转转化为电信号。

在你的日常生活中，你很有可能被这些传感器包围着。你的智能手机显然配备了触摸传感器，而空调则通过温度传感器来设定正确的温度。

执行器根据其输入能量的来源进行分类。

• 气动执行机构-将压缩空气转化为物理运动。

• 液压执行机构-使用压力液体产生扭矩和运动。

• 电动执行机构-用电产生物理力量

• 机械传动装置-将旋转运动变成线性运动。

很明显，只有电动执行器是由电子电路直接供电的。常见的电动执行器类型有交流电机、伺服电机和步进电机。一些混合动力执行器在现有元件旁边内置了电动控制。

设计与传感器和执行器

虽然传感器和执行器都由熟悉的电信号表示，但你不应该认为设计过程是理所当然的。将传感器和执行器用于关键应用的系统需要完美的设计。

气动执行器用于蒸汽加热系统。

例如，执行器可以控制高压空气压缩机，没有出错的余地。安装在医院手术室的湿度传感器也是如此。的作用PCB设计者对于确保不存在硬件级别的错误至关重要。

1.选择合适的部位

在设计涉及传感器和执行器的应用程序时，您可以与项目或应用工程师合作。虽然您对部件的物理方面的控制有限，但您需要注意传感器和执行器的电气特性。

例如，温度传感器可以提供原始模拟信号或串行通信接口。两者都会导致不同的硬件和软件设计策略。驱动步进电机或交流电机的选择意味着包括不同类型的驱动电路。

2.防电气干扰

如前所述，包含传感器和执行器的电子设备涉及基于参数输入的机械运动。在实际部署中，与实验室测试相比，PCB可能会经历更高的电气噪声暴露。

你需要确保正确应用电磁干扰预防技术．传感器输入应保持从高速信号中清除，并且必须在PCB上进行适当的接地分离。传感器信号的准确性对于维持系统的正常运行至关重要。

3.故障安全条件

当您处理移动部件时，您需要考虑系统的故障安全条件。例如，一个工业空气干燥器系统只需要在任何时间打开某些阀门。如果做错了，高压空气运动就会造成灾难性的事故。

作为PCB设计师，您需要清楚系统的工作原理和移动机构的故障安全条件。选择NC或NO继电器来控制气流阀在系统电源故障时保持安全是一个巨大的差异。

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