Про защищенность контроллеров


Защищенными принято считать контроллеры обладающие одновременно целым набором качеств:


  1. Стойкость к проникновению влаги и частиц внутрь корпуса


    Это свойство обычно обозначается специальных кодом IP, имеющим вид IPXX, где на позициях X находятся цифры, либо символ X, если степень не определена. За цифрами могут идти одна или две буквы, дающие вспомогательную информацию.

    Например:


    IP65: пыленепроницаемый прибор, защищённый от струй воды со всех направлений.

    IP66: пыленепроницаемый прибор, выдерживающий захлестывание волнами.

    IP67: пыленепроницаемый прибор, выдерживающий погружение в воду до 1 м.

    IP68: пыленепроницаемый прибор, выдерживающий длительное погружение в воду.




    Подробнее об IP


    Принцип защиты КПК довольно прост - минимизация количества отверстий или полная герметизация его корпуса.


    Но здесь есть свои особенности. Защищенный контроллер часто должен содержать интерфейсные элементы (кнопки, экран, микрофон, динамики) и разъемы для подключения внешних устройств. В защищенных контроллерах используют резиновые или мембранные кнопки, различные уплотнители, мембраны, герметики, заглушки для защиты внешних разъемов или (и) разъемы полностью герметизированные с внутренней стороны корпуса.




    В некоторых моделях КПК и планшетных компьютеров с высокой степенью защиты от воды (IP65 - IP67) стандартные разъемы (RS-232, USB) полностью защищены изнутри, но не всегда закрыты снаружи. В этом случае при разработке устройства учитывается возможность возникновения токов между контактами, погруженными в воду. Такие разъемы могут включаться программно при необходимости.


    При эксплуатации КПК следует учитывать особенности водозащиты разъемов. Герметичные изнутри разъемы могут сочетаться с такими разъемами, которые защищены только защитными крышками. Поэтому прежде, чем активно использовать их в неблагоприятных условиях рекомендуется сначала разобраться с тем, какие из них это позволяют делать, а какие - нет.


    Охлаждение КПК с герметичным или полугерметичным корпусом затруднено, поэтому в защищенных компьютерах стараются применять пассивное (без вентиляторное) охлаждение и элементную базу с пониженным энергопотреблением.


    Некоторые производители выпускают устройства с другими принципами защиты.



    Часть КПК имеет обозначение степени защиты IP58. Согласно этому обозначению КПК защищен от проникновения воды, но не защищен от проникновения пыли. Всё достаточно просто. Защищена лишь часть корпуса, в которой располагается аккумулятор, разъемы, SIM-карта. Сама плата защищена специальным покрытием, надежно изолирующим всю электронику и проводники от воды, находящейся внутри корпуса. Недостаток такой защиты проявляется при отрицательных температурах. При определенном стечении обстоятельств расширяющаяся замерзшая вода может деформировать компоненты и даже разорвать корпус.


  2. Стойкость к высоким и низким температурам


    Высокие температуры могут вызывать перегрев процессора и различных электронных компонентов, приводящих к временным сбоям или полному выходу из строя КПК. Кроме того, нагрев корпуса и различных конструктивных элементов выполненных из обычных материалов может приводить к их деформации, искривлению и разрушению уплотнительных элементов. В результате КПК потеряет стойкость к проникновению влаги и пыли.



    Очень низкие температуры тоже не самым положительным образом сказываются на корпусе, конструктивных элементах и уплотнениях. При быстром изменении температур, называемом температурным шоком (многократный внос и вынос из теплого помещения или автомобиля на сильный мороз и обратно) появляются деформации и микротрещины в местах соединений, которые со временем могут привести к их растрескиванию, а затем и к полному разрушению. Уменьшается эластичность уплотнителей, закрывающих различные внешние разъемы. При регулярном открывании-закрывании на морозе различных крышек и заглушек на корпусе теряется их герметичность.


    Помимо снижения пыле-влагостойкости и ускоренного разрушения деталей корпуса при отрицательных температурах ещё теряются демпфирующие (ударопоглощающие) свойства многих материалов, используемых для защиты корпуса и внутренних элементов от ударов, вибрации и падений.


    Электронные компоненты также рассчитаны на определенный температурный диапазон. Никто не может гарантировать их безупречной работы в условиях особо низких температур, если они на это не были рассчитаны. Кроме того, температурный шок тоже может представлять для них определённую опасность и эта опасность связана не только с прямыми повреждениями от быстрого изменения температуры.


    При резком изменении температуры внутри корпуса компьютера может конденсироваться вода, содержащаяся в воздухе. В результате этого внутри влагозащищенного корпуса на электронные компоненты, контакты, проводники и разъемы попадет влага. Конденсат со временем может вызвать окисление и разрушение проводников, замыкания, выход из строя электроники. Этот аспект тоже необходимо учитывать при выборе КПК, т.к. простой внешней защиты корпуса может оказаться недостаточно.


    Жидкокристаллический экран с сенсорным вводом тоже является слабым местом КПК. Относительно хрупкая поверхность ЖК-экрана может повреждаться больше, чем любой другой внешний элемент компьютера. Немаловажным моментом является читаемость при прямой засветке экрана солнцем. Сенсорные экраны не всегда могут нормально работать при очень низких температурах. В подобных условиях ЖК-экранам свойственна замедленная работа и заметные изменения яркости и контрастности. При особо низких температурах многие ЖК-экраны просто перестают отображать информацию, а сенсорные экраны теряют способность к её вводу.


    Ещё одно слабое место компьютера в температурном отношении - различные вращающиеся элементы. В подшипниках, как правило, содержится смазка, которая не рассчитана на работу в очень широком температурном диапазоне. При особо низких температурах электродвигатель не может сразу раскрутить ни жесткий диск, ни вентилятор (кулер) системы охлаждения. Работа на предельно высоких температурах в свою очередь приводит к их ускоренному износу и выходу из строя. Здесь лишний раз следует напомнить о достоинствах систем с пониженным энергопотреблением и пассивным охлаждением.


    В некоторых защищенных ноутбуках применяют отсеки с подогревом жестких дисков. Но всё же предпочтительнее использовать твердотельные накопители данных (SSD), тем более, что они не страдают от внутренней конденсации воды при резких колебаниях температуры и куда более стойки к ударам и вибрации, чем традиционные HDD с магнитными дисками. Также стоит отметить и тот факт, что верхняя граница рабочих температур у HDD значительно ниже, чем у некоторых SSD. Таким образом, HDD потенциально менее стоек, чем SSD не только к переохлаждению, но и к перегреву.


    Для длительной безотказной работы КПК в условиях низких и высоких температур должны применяться соответствующие материалы и конструктивные решения, подходящая элементная база и твердотельные накопители, пассивное охлаждение, защита материнской платы и электронных компонент от конденсата (специальное покрытие), а сам компьютер - обязательно проходить полные климатические испытания, в т.ч. и на температурный шок.


  3. Энергонезависимость при низких температурах


    Если КПК имеет автономное питание, то нужно понимать, что ёмкость и способность к энергоотдаче многих типов элементов питания и аккумуляторов также сильно зависит от температуры. Именно по этой причине многие контроллеры-КПК не могут нормально запускаться на сильном морозе или работать на нём длительное время от аккумулятора.


    В защищенных планшетных компьютерах и КПК время автономной работы рассчитывается исходя из того, что они будут работать при наиболее неблагоприятных условиях. Ряд моделей в состоянии непрерывно работать целый рабочий день или даже больше при такой температуре, при которой обычный компьютер проработает со стандарными элементами питания или акккумулятором всего несколько минут, если вообще сможет включиться.


    Длительная работа при низких температурах достигается не только за счет увеличения ёмкости и энергоотдачи, а ещё и за счет уменьшения энергопотребления. Здесь желание использовать максимально производительные процессоры вступает в противоречие с возможностью обеспечить длительную автономную работу и разумный вес мобильного компьютера. Невозможно резко увеличить ёмкость аккумуляторов без увеличения их веса. Это справедливо для любых условий, а в особенности - для пониженных температур


    Разумность требований к конфигурации и температурному диапазону у мобильных компьютеров


    Если встраиваемые и стационарные компьютеры могут работать автономно в условиях очень сурового климата практически при любой отрицательной температуре, на которую они рассчитаны, то с носимыми компьютерами (планшеты, ноутбуки, смартфоны, КПК) всё не так просто.


    И тут дело не только и не столько в стойкости компьютера, а ещё и в способности человека на нем полноценно работать в таких жестких условиях. Прежде, чем формировать требования к защищенному планшету стоит сначала подумать о том, как долго зимой на улице оператор сможет проработать голыми руками с ёмкостным сенсорным экраном при температуре -40 по Цельсию.


    Выбирая конфигурацию, степень защиты, температурный диапазон и время автономной работы не стоит забывать об их разумном сочетании с общим весом, эргономикой и возможностями человека, которому придётся работать с защищенным КПК-контроллером и носить его с собой.


  4. Стойкость к многократным падениям, вибрации, ударам и другим видам внешних воздействий


    Стойкость к ударам, падениям и вибрации является одним из наиболее важных свойств любого защищённого КПК. Она достигается применением прочного корпуса особой формы с ударопоглощающими элементами как снаружи, так и внутри, удалением из компьютера сложных хрупких электромеханических элементов (в первую очередь - традиционного жесткого диска), применением защитных плёнок и специальных материалов для экрана (например - вандалостойкого стекла).




    Иногда даже минимальные изменения формы корпуса и взаимного положения экрана и ударопоглощающих элементов могут сильно повысить или наоборот - понизить его стойкость. Материал корпуса и демпфирующих элементов должен гасить и выдерживать нагрузки от падений и ударов во всём диапазоне рабочих температур.


    Простое наличие на корпусе смартфона или КПК демонстративно выступающих резиновых накладок совсем не гарантирует его высокую прочность и долговечность.


  5. Соответствие MIL-STD или аналогичным стандартам


    Многие виды внешних воздействий и методы тестирования компьютеров на устойчивость к ним определены стандартами MIL-STD. Выбирая защищенный КПК, нужно понимать, что сертификация на MIL-STD подтверждает реальное соответствие целому ряду требований по защите контроллера. В их числе ударопрочность и вибростойкость, стойкость к высоким и низким температурам, способность выдерживать температурный шок, защита от воды и пыли, возможность работы на большой высоте при низком атмосферном давлении и многое другое.



  6. Длительный жизненный цикл в очень сложных условиях


    Ну и самое главное в защищенном контроллере-КПК заключается в том, что он может гарантированно работать в сложных условиях долгий период времени (не менее 3-5 лет). Это - основное требование, из которого исходят при разработке и производстве по-настоящему защищенных КПК. Именно этим защищенные КПК и отличаются от обычных.



    По материалам компании ЗАО «ИнтраСофт» http://www.intrasoft-spb.ru