嵌入式機電設備硬件與軟件系統抗干擾措施探討

摘要：隨著嵌入式機電設備在工業生產中的使用日益擴大，抗干擾技術得到了人們的廣泛關注。文章通過分析嵌入式機電設備硬件系統和軟件系統的干擾來源，探討了具體相應的抗干擾措施。

關鍵詞：嵌入式；機電設備；抗干擾

中圖分類號：TP273.5文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2012）05-0079-01

1抗干擾的硬件系統

1.1預防信號傳播途徑中的干擾

①對于輸入的信號與輸出的信號選擇光電耦合器接口電路以及濾波器進行光電隔離的一項措施；針對傳輸線采取的屏蔽技術，比如選擇普通雙膠線、屏蔽線等。

②通過電容使得前置放大器的頻帶寬度變窄，從使其對于高頻噪聲的回聲響應進一步降低，從而使高頻噪聲得到有效抑制。

③采取負載阻抗匹配的方法，使得傳輸線的兩端的源和阻抗負載阻抗與特性阻抗大小相同，從而減少信號傳送過程中的畸變。

④在電源電路中增加低通濾波電路能夠對高頻信號的產生干擾進行有效抑制。

1.2預防空間電磁產生的干擾

①選擇具有優良導電性的金屬當作屏蔽盒，并進行接地，從而使得電磁產生的輻射不會對所控制部件造成影響。

②選擇具備差動輸入功能的測量放大器使得微弱信號加大，再進行傳輸。

③模擬和開關的信號檢測線能夠選擇屏蔽雙膠線，以預防靜電以及電磁產生的干擾。

1.3電源抗干擾的技術

①選擇模擬電源或者穩壓電源模塊作為供電電源。

②能夠在電源端通過磁珠以及電容器構成濾波電路，從而出現濾波電路浪涌電壓。

1.4正確接地

①使電纜的屏蔽層和機電設備的金屬外殼正確接地，可以防止漏電以及起到屏蔽的作用，預防干擾源從外部侵入，能夠增加系統的有效抗干擾作用。

②接地線和電源線盡量短而粗。并且采取隔離措施，也就是使得機電設備的地線和其余設施的地線徹底隔離開來，從而將外部的干擾源隔斷。

③把未使用懸空的引腳處置好。將未使用的引腳進行接地。

1.5印制板電路抗干擾

①電路布線科學合理。合理對抗干擾電路進行布局能夠有效降低干擾，進而提升電磁的兼容性。確保環路的面積變得最小。布局去耦電容（IC）時應當與電源管腳（IC）盡量靠近，并且使之和電源與地之間構成最短的回路。

②在電路的供電電壓（VCC）、公共端（GND）、中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀內存（ROM ）等主芯片間聯接瓷片以及電解電容器；除去高頻和低頻脈沖的干擾，應當在每一個集成電路芯片上面安裝一個0.01微法的瓷片電容器，除去射頻耦合產生的干擾。所選用的電容引線應短一點，與芯片的電源線和地線應盡量靠緊。

③對于印制板電路，可以選擇屏蔽保護以及接地，而屏蔽可以對空間輻射進行隔離。

④電源的印制板加設濾波電路，選擇DC-DC的方式進行隔離，信號選擇光電耦合進行隔離，以預防外圍部件出現動作的時候形成的回流對系統產生沖擊。針對干擾元器件采用相應的抑制措施，針對敏感的元器件采用隔離以及對應的保護措施。

2抗干擾的軟件系統

2.1信號采集的抗干擾措施

在信號采集當中，通常傳感器中所采集到的信號的往往會有干擾信號存在，在硬件方面一般選擇濾波器對信號完成空間頻率濾波，在軟件方面利用程序多次采集模擬信號，并且以此利用軟件算法獲得非常逼真的數據。在同一點的數據進行多次采集，算出它們的均值，其均值就是采樣的最終結果，能夠有效降低干擾信號對于采樣結果產生的影響。假如發現采樣數據波動較大，就必須對同一采集點持續采集數個信號，然后按照中值的計算方法，取其中值當作采樣的最終結果。通過程序判斷濾波法選擇軟件方法取代硬件RC無源濾波器。一旦在持續采集的數據間插進延時加載程序，還可以預防比較寬的信號干擾。

2.2系統中的軟件看門狗技術

看門狗電路在系統一旦出現操作失誤、死機或者是整個系統崩潰等狀況，看門狗電路就會自動發出復位信號，從而使得系統能夠重新恢復運行。這種技術是軟件有效結合硬件的一種抗程序“跑飛”的技術措施，通過引導指令將被捕捉到的失控程序強制引到復位的入口，從而讓程序恢復正常運行。

2.3循環冗余檢查措施

設置了循環冗余檢查措施后，萬一產生了故障，程序就會返回前面一個檢查點再次進行計算，以便于徹底避免錯誤。對于程序的流向發揮非常關鍵性作用的某些指令以及一些對于整個系統的正常工作發揮十分重要作用的某些指令，對于這些指令的用循環采樣代替一次采樣，處置并對輸出進行控制。

2.4數據的保護與系統的恢復措施

在嵌入式的機電設備系統的現場運行過程中，通常會面臨到兩種狀況：一是系統的電壓由于瞬間欠壓造成系統無法正常運行；二是系統出現意外斷電造成關鍵數據丟失無法恢復正常運行。為了確保系統能夠正常運行，務必進行強行復位，CPU與外部設備的端口以及寄存器中的全部內容將變為設定值。

3結語

由于工業環境對機電設備的嵌入式系統有強大的干擾，采用硬件和軟軟件相結合的抗干擾技術措施，構成雙道抗干擾防線，就能提高機電設備嵌入式系統系統的可靠性。

參考文獻：

[1] 田澤.嵌入式系統開發與應用[M].北京:北京航空航天大學

出版社，2005.