AT89C51單片機電爐烤箱溫控系統的抗干擾研究

朱偉

【摘 要】本文對AT89C51單片機控制的電爐烤箱溫度控制系統的抗干擾問題進行了表述，分析研究了干擾信號的來源，提出了一種抗干擾設計，較好地解決電爐烤箱溫度控制系統的抗干擾問題。

【關鍵詞】AT89C51單片機；溫度控制系統；抗干擾研究

0 引言

本電爐烤箱溫度控制系統采用ATMEL 公司推出的AT89C51 單片機為控制部件，它是一個低功耗、高性能的CMOS 八位單片機，兼容標準MCS-51 指令系統。由于本系統的控制程序不大，能將控制程序寫入單片機內自帶的4KBFLASHROM 中，不必再擴展ROM。這樣使得控制系統的設計極其方便，元件少，結構簡單，系統反應快。價格經濟。同時也存在其不足的方面，穩定性能不太理想，可能受現場環境干擾而降低溫度控制的精度，這就要求我們對其干擾來源認真分析研究，進而改進抗干擾設計，使其充分體現系統的優點，抑制干擾，加強系統的穩定性和可靠性。

1 單片機溫度控制系統干擾來源的分析

1.1 根據單片機溫度控制系統所處的工作環境，干擾源可以分為如下幾種

1）自然界干擾源：極端天氣溫度劇烈變化，地磁場的變化、空中風雨雷電交加，造成系統工作電源波動與控制信號異常。2）系統周邊的干擾：周邊有大功率電器運行如中頻爐，晶閘管、大功率發射機、大功率逆變電源等可能形成磁和電干擾。3）系統本身的干擾：系統含有大功率，大電流驅動電路，如產生火花的繼電器，大電流開關等。電感性大的設備在啟停的過程中造成系統工作電源電壓畸變，干擾單片機正常運行。4）系統傳感器信號太微弱容易造成干擾誤差：微弱傳感器模擬信號需要高倍放大的電路和高精度A/D變換電路，受到內外干擾后數據采集出現大的誤差。

1.2 干擾信號進入系統的耦合途徑

1）傳導耦合：通過導體（導線）將噪聲耦合進電路中。最典型的例子是噪聲通過電源線傳入電路。2）公共阻抗耦合：來自不同電路的電流流經一個公共阻抗時，就會產生公共阻抗噪聲耦合。3）電磁場耦合：只要電荷發生移動，所有的電路元件、導線都會輻射電磁場，存在來自發射源的輻射。近場時，分別考慮電場和磁場；遠場時，電磁聯合輻射。4）電容耦合：噪聲源與被干擾電路之間存在著電容通路。顯然，這種電容一般不是人為加上的，而是二者之間的分布電容。干擾脈沖或其他高頻干擾會經過分布電容耦合到電子線路中。5）電磁耦合：由于兩電路之間存在互感而產生的，一個電路中電流的改變引起磁交鏈而耦合到另一電路。 6）共地阻抗耦合：干擾源在零線接到上產生的壓降被接收電路接收。

2 單片機溫度控制系統的抗干擾的研究

2.1 系統電源抗干擾措施

1）選用供電比較穩定的進線電源，單片機控制系統的電源進線選用比較穩定的交流電源線，不將控制系統接到負載變化大、晶閘管設備多或者有高頻設備的電源上。2）利用干擾抑制器消除尖峰干擾。3）為了抑制電網電壓的波動采用交流穩壓器穩定電網電壓。提高計算機控制系統的穩定性，低通濾波器是為了濾除電網中混雜的高頻干擾信號，保證50HZ基波通過。4）利用UPS保證不中斷供電。電網瞬間斷電或電壓突然下降等掉電事件會使計算機系統陷入混亂狀態，對于精度要求高的單片機控制系統，采用UPS向系統供電，如果交流供電中斷，系統中的斷電傳感器檢測到斷電后就會將供電通路切換到電池組，從而保證流入計算機控制系統的電流不因停電而中斷。逆變器能把電池直流電壓逆變到正常電壓頻率和幅度的交流電壓，具有穩壓和穩頻的雙重功能，提高了供電質量。5）為了進一步抑制來自于電源方面的干擾，在直流電源側也要采用相應的抗干擾措施。交流電源變壓器的屏蔽，把高壓交流變成低壓直流的簡單方法是用交流電源變壓器。將電源變壓器的一、二次繞組分別加以屏蔽，一次繞組屏蔽層與鐵心同時接地。

2.2 系統串模干擾的抑制

1）雙絞線做信號引線，雙絞線是由兩根互相絕緣的導線扭絞纏繞組成，為了增強抗干擾能力，可在雙絞線的外面加金屬編織物或護套形成屏蔽雙絞線。2）引入濾波電路。根據串模干擾頻率與被測信號頻率的分布特性，可以選用具有低通、高通、帶通等濾波器。其中，如果干擾頻率比被測信號頻率高，則選用低通濾波器；如果干擾頻率比被測信號頻率低，則選用高通濾波器；如果干擾頻率落在被測信號頻率的兩側時，則需用帶通濾波器。

2.3 系統共模干擾的抑制

1）變壓器隔離，利用變壓器把現場信號源的地與計算機的地隔離開來，也就是把“模擬地”與“數字地”斷開。被測信號通過變壓器耦合獲得通路，而共模干擾電壓由于不成回路而得到有效的抑制。 2）光電隔離，利用光耦隔離器的開關特性，可傳送數字信號而隔離電磁干擾，即在數字信號通道中進行隔離。開關量輸入信號調理電路中，光耦隔離器不僅把開關狀態送至主機數據口，而且實現了外部與計算機的完全電隔離。

2.4 接地系統的抗干擾

1）單點接地與多點接地，根據接地理論分析，低頻電路應單點接地，這主要是避免形成產生干擾的地環路；高頻電路應該就近多點接地，這主要是避免“長線傳輸”引入的干擾。一般來說，當頻率低于1MHZ時，采用單點接地方式為好；當頻率高于10MHZ時，采用多點接地方式為好；而在1～10MHZ之間，如果采用單點接地，其地線長度不得超過波長的1/20，否則應采用多點接地方式。本單片機控制系統，信號頻率大多小于1MHZ，所以通常采用單點接地方式。2）輸入系統的接地，在計算機控制輸入系統中，傳感器、變送器和放大器通常采用屏蔽罩，而信號的傳送往往使用屏蔽線。對于屏蔽層的接地也應遵守單點接地原則。這樣單點接地是為了避免在屏蔽層與地之間的回路電流，從而通過屏蔽層與信號線間的電容產生對信號線的干擾。一般輸入信號比較小，而模擬信號又容易接受干擾。因此，對輸入系統的接地和屏蔽應格外重視。3）印制線路板的地線抗干擾措施，系統的TTL與CMOS器件的地線要呈輻射狀，不形成環形。地線越加寬越好。旁路電容的地線不能長，應盡量縮短。4）大電流的零電位地線應盡量寬，而且必須和小信號的地分開。5）主機外殼接地，機芯浮空，為了提高計算機系統的抗干擾能力，將主機外殼作為屏蔽罩接地，抗干擾能力強。

3 結論

由于對AT89C51單片機控制的電爐烤箱溫度控制系統的抗干擾問題進行了深入研究，并且根據本溫度控制系統的實際工作環境進行了清晰分析，制定出一套完整的抗干擾設計，保證了系統硬件和程序的可靠運行，電爐烤箱溫度控制的精度和穩定性達到實際應用的要求，所以，本抗干擾設計在單片機控制方面有一定的應用前景。

【參考文獻】

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[責任編輯：薛俊歌]