汽車行駛記錄儀抗干擾技術的研究

焦安提，王沛禹

（1. 日照市高級技工學校，山東 日照 276800；2. 日照職業技術學院，山東 日照 276826）

汽車行駛記錄儀是一種安裝在車輛上能全程對汽車的行駛狀態信息進行記錄、存儲、分析、輸出的數字式電子記錄裝置。它能有效監控車輛的狀態和駕駛員的駕駛行為，為道路交通事故的分析、鑒定、處理提供科學的原始數據。但是汽車作為一個復雜的機電產品，本身的電子元器件在工作時往往存在著相互干擾，所處的外界環境也復雜多變，嚴重影響了記錄儀的可靠穩定性。因此，必須對其采取抗干擾技術措施。

1 汽車行駛記錄儀的干擾源

常見干擾源一般有電磁干擾源和自然因素干擾源。電磁干擾源產生干擾的根本原因是導體中有電壓或電流的變化，使導體產生電磁波輻射，例如點火線圈點火、交流發電機線纜連接間歇切斷、雨刮電機間歇動作和來自車外界的手機、電臺等無線電磁波等，會產生從低頻到高頻的復雜電磁場，影響汽車行駛記錄儀正常穩定工作；此外，環境的溫度、濕度、雷電、宇宙噪音等自然因素會使電子元件產生難以預料的信號漂移，甚至會產生電子元器件故障，例如電路腐蝕、電容爆裂、雷電擊穿等。

2 硬件抗干擾措施

對電磁干擾的處理，可從干擾源、敏感源（受干擾設備）和耦合路徑3方面考慮。第一，盡量抑制干擾源，消除干擾的根本原因；第二，消除干擾源和受干擾設備之間的耦合、輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三，提高受干擾設備的抗干擾能力，降低其對噪聲的敏感度。本文主要采用的是屏蔽、隔離、接地和濾波等切斷干擾源和受干擾設備之間的耦合通道的方法。

2.1 屏蔽

屏蔽是指用屏蔽材料把通過空間進行電場、磁場或電磁場耦合的部分隔離開來，切斷其空間場的耦合通道。本文采用的屏蔽方法是用低電阻和導磁屏蔽材料，把行駛記錄儀需要隔離的部分包圍起來，使行駛記錄儀避免受外界點火線圈、電臺等產生的電磁場的干擾，同時也屏蔽了記錄儀對外界的干擾。

2.2 隔離

信號隔離的目的是把干擾源和敏感源在電氣上完全隔離或部分隔離開，使兩個相互通信的設備之間僅保持信號聯系，但不發生直接電的聯系，不會影響信號的正常傳輸。隔離的實質就是把會引入干擾的通道切斷，從而達到隔離現場的目的。常用的隔離方式有：光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離等。該汽車行駛記錄儀采用了光電隔離技術，例如速度采集模塊等。

2.3 接地

由于設備之間的信號互傳互送，這就存在信號參考點的問題，理想化的情況是所有設備儀表的參考點之間的電位差為“零”。因此，在PCB布局設計時應遵循“一點接地”的原則。如果形成多點接地，會出現閉合的接地環路，當磁力線穿過該回路時將產生磁感應噪聲。“一點接地”有串聯和并聯一點接地兩種方式。

在實際應用中通常采取平面式或多點接地，利用一個導電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。還采用旁路電容減少返回電流的幅值，降低接地回路的壓降。

2.4 濾波

濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作。由于干擾源發出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，需要進行信號選擇和干擾抑制。本記錄儀已經將該技術多次應用于信號采樣和處理中。

針對自然環境因素影響，可以通過選擇性能更加合理的元器件方法來消除或降低，例如可以選擇寬溫元件、置于溫度相對恒定的地方等措施。

3 軟件抗干擾措施

軟件抗干擾以其高可靠性、低成本、高靈活性的特點越來越受到重視。通常，消除模擬輸入信號的噪聲（如數字濾波技術）和程序運行混亂時使程序重入正軌的方法是軟件抗干擾研究的主要內容。

從軟件的運行來看，瞬時電磁干擾可能會使CPU偏離預定的程序指針，進入未使用的RAM區和ROM區或其他字節空間，引起一些莫名其妙的現象，其中程序“飛掉”和死循環是最常見的。為了有效地排除這種干擾故障，常用指令冗余和軟件“陷阱”法。

3.1 指令冗余

指令冗余指在程序中某些關鍵地方人為插入一些單字節指令，或將有效單字節指令重寫。CPU取指令過程是先取操作碼，再取操作數。當受干擾出現錯誤，程序便脫離正常執行順序發生“亂飛”，當亂飛到某雙字節指令或三字節指令，可能會把操作數誤當作操作碼，程序將出錯。因此，常在雙字節和三字節指令后插入兩個字節以上的空操作（NOP）。這樣一旦程序受干擾亂飛到操作數上，由于空操作指令的存在，避免了后面的指令被當作操作數執行，使程序回正。跳轉、返回等指令之前也通常插入兩條空操作指令，以確保這些重要指令的正確執行。

3.2 軟件“陷阱”

軟件“陷阱”法是指在系統存儲器（RAM和ROM）中沒有使用的單元開辟“陷阱”區，填滿了某一種重新啟動的代碼指令，當受到干擾使指令亂飛而進入此區域時，軟件“陷阱”來捕獲“飛掉”的程序，將飛掉的程序指向特定的復位入口地址。重新啟動的代碼指令用來掃描現場的各種狀態，并根據這些狀態判斷程序應該轉到系統程序的哪個入口，使系統重新投入正常運行。

3.3 “看門狗”

軟件看門狗（WATCHDOG）是利用定時器來監控程序運行的。首先對定時器設定一個定時時間，系統運行后看門狗計數器自動計數，到了設定的時間未清看門狗的定時器（無喂狗行為），則認為系統運行出錯（干擾發生），可通過軟件進行系統復位或按事先預定方式運行，從而保證系統的穩定正常工作。看門狗技術可以由硬件或軟件實現。

4 結論

本文分析了汽車行駛記錄儀最常見的干擾源，針對干擾源提出了硬件、軟件干擾措施。這些措施在我們設計的汽車行駛記錄儀的實際應用測試中，抗干擾的效果較好。

1 范燾.汽車行駛記錄儀的抗干擾技術研究［J］.中國高新技術企業，2009（11）.