單片機控制系統的抗干擾措施

陳 雪

（西京學院，陜西西安，710123）

單片機控制系統的抗干擾措施

陳 雪

（西京學院，陜西西安，710123）

單片機是當前控制系統中必不可少的元件，它一般工作在較為惡劣、干擾因素較多的環境中。由于單片機種類不同，所以其抗干擾系統的設計也就不同，本文設計了不同單片機種類對應的不同抗干擾策略。

抗干擾；單片機；軟硬件

0 引言

在工業生產過程中，使用比較廣泛的一種控制元件就是單片機，單片機技術是通信技術、控制技術以及計算機技術的結合，方便進行擴展，使用簡單便利，同時具有較高的可靠性和較強的自動控制功能，可以應用于電力生產自動領域中、化工生產自動控制中、交通運輸自動控制中以及冶金生產自動控制中等。

單片運行性能評價的一個重要的指標就是運行是否可靠。現代生產的單片機制造工藝嚴格可靠，使用了大規模電路技術，加入了抗干擾模塊的設計，所以運行故障率較低，能夠適應多種不同的工作環境。但在實際使用過程中，還是需要注意工作環境的選擇，避免不良工作環境以及環境中存在的干擾因素對單片機運行性能的影響。

1 單片機元件在運行過程中的主要干擾因素分析

1.1 接地干擾

為了提高單片機系統的兼容性，需要對系統進行接地處理。如果接地模塊設計優良，那么不僅可以消除外界系統對單片機系統正常工作的影響，也可以消除單片機在工作過程中對外界環境產生的影響。如果接地模塊設計錯誤，那么在單片機模塊正常工作中就會存在較為嚴重的干擾，影響單片機模塊性能的發揮。

1.2 線路干擾

在單片機模塊正常工作中，需要進行各種信息的接收和傳輸，這就需要各種信息接收和傳輸線路。信號傳輸線路是影響單片機模塊正常工作的干擾源之一，其對單片機系統正常運輸的干擾途徑為：一是線路所產生電磁輻射；二是線路中各種儀表、變壓器在接入電網過程中所產生的干擾。

1.3 電源干擾

單片機工作需要電源支持，電網是單片機工作的主要電源。電網在運行過程中，受多種電磁干擾，例如變頻器產生的電磁干擾、雷達產生的電磁干擾、電視產生的電磁干擾、無線電產生的電磁干擾、雷電產生的電磁干擾以及各種電器設備在非穩態情況下產生的電磁干擾，這些干擾影響電網的正常工作，而單片機工作電源為電網，因此這些干擾也會對電網正常工作產生影響，出現感應電壓。變頻器開啟、電網短路、傳動裝置運行時產生的諧波、大負荷電器的暫態運行，刀閘合開瞬間以及電網突變都會影響到電網正常運行，使電網電壓不穩，對供電質量產生影響，電源原邊也會受到這些干擾的影響，使程序運算出現錯誤輸入或者是錯誤輸出，在這種情況下，設備很可能產生誤動作，發生失控現象，單片機正常運行受到影響。綜上所述，在電網實際運行過程中存在多種干擾因素，這些因素會使電網運行的穩定性下降，出現波動，因此電網輸送給單片機的電源也會存在波動，影響單片機的正常工作。

1.4 信號線引入的干擾

與單片機控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信號之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，由此引起單片機控制系統故障的情況也很多。

1.5 接地系統的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使單片機控制系統將無法正常工作。

2 抗干擾的措施

根據干擾來源可以進行抗干擾措施的設計。

2.1 抑制接地干擾

單片機接地主要的目的就是減少電壓沖擊對單片機正常工作的危害，確保單片機系統正常運行。單片機接地不僅可以減少干擾，而且還可以確保單片機工作的安全。減少單片機正常工作中干擾因素影響的一種有效方法就是接地。保護地、屏蔽地、交流地、信號地以及電源地是單片機常見的幾種接地形式。將機械中某一零件單獨的接地或者是機械外殼接地的方式就是保護地，保護地的作用為避免由于機械漏電而對工作人員產生傷害；將金屬絲網或者是金屬外殼安放在電源上，并且將外殼和大地相接，通過這種方法來減少磁場和靜電場對設備運轉的影響的方式就是屏蔽地；電源的N線和交流電相接的方法就是電源地；將信號元件的輸入端和電源相接的接地方式就稱為是信號地；將單片機和直流電源直接相接的方式就稱為是電源地。為了減少輸入線路、輸出電路以及線路負載對電網的影響，應該對單片機進行接地處理。根據信號頻率進行接地方式的選擇，如果信號頻率在0-1MHz的范圍內，應該選擇一點接地法；如果信號頻率在1-10MZ的范圍內，應該將單片機接地接口和最近接地端相連；如果信號頻率在10MHz之上，應該選擇多點接地法，通常要求接地線路電阻小于一百歐姆，接地線路截面面積在兩平方毫米之上。

2.2 抑制線路干擾措施

電網傳入和傳出線路、控制線路以及變壓器連接線路應該為雙絞線，輸入和輸出線路、電源線、控制線以及電網動力線路應該單獨配線。大負荷機械和單片機配線應該相互獨立，如果這兩路線必須安放在一個線槽內，必須將其分開捆扎。最好的一種方法就是分槽走線，而且單片機線和大負荷機械線路之間的間隔應該越大越好，通過這種方法降低大功率電器對單片機正常工作的干擾。例外一種抑制線路干擾的措施就是在單片機和信號傳遞線路之間安放隔離器。利用半導體元件對單片機接受到的信號進行調制轉換，利用電磁元件或者是光感元件對單片機接受到的信號進行隔離轉換，之后再對轉換后的信號進行解調處理，同時隔離電源信號，通過這種方法確保信號變換之后信號仍然保持獨立性，各種信號之間不會產生相互干擾。

2.3 抑制電源干擾

抑制電源干擾的主要方式包括以下四種：一是進行電源的選擇，要求電源性能優良，具有良好的隔離性能，設置高壓泄放元件、局部屏蔽元件以及電纜屏蔽元件等，各種線路(例如信號線、動力線以及電源線）之間布局應該合理，利用各種具有良好磁導性和電導性的元件屏蔽單片機編程模塊、中央處理器以及變壓器等模塊產生的電導和磁導，避免環境干擾對其影響；二是抑制變頻器干擾。在信號傳遞線路中安裝變壓器，通過這種方式減緩電源干擾。另外，由于濾波器抗干擾性能較強，并且還可以避免設備本身對電源的干擾，還有的濾波器能夠吸收尖峰電壓，所以可以在線路中安放濾波器，還可以利用電抗器來避免能量傳輸過程中變頻器產生的電磁干擾。三是合理進行變壓器接地。使用不同的變壓器接地方法，對變壓器干擾的抑制具有完全不一樣的效果。一般來說，電源輸入輸出電路應該進行接地的設置，而電源次級線路不應該進行接地。另外，為了避免接地線路對各種機械設備產生的電磁輻射，應該將濾波電路插入到電源的輸入端口，還可以在電源輸入線路中安裝一臺變壓器（變比為1:1），通過這種方法減少大地對單片機工作的影響；四是調整電源，電網在正常工作中會存在電壓波動的問題，而電壓的波動將會影響到單片機系統的正常運行，通常利用集成電壓器以及多級濾波系統進行欠電壓、過電壓的處理。

3 結語

在單片機實際工作中，存在多種影響單片機正常工作的因素，因此在考慮單片機干擾抑制問題時，應該從多方面考慮，根據干擾來源提出有針對性的解決方法。當前，單片機已經成為各種工業生產過程的主要控制元件，對工業產品生產質量具有非常大的影響，所以必須確保單片機工作的可靠性和穩定性。今后單片機的發展趨勢應該為：一是通信能力更加強大；二是人機交互功能更為豐富；三是單片機種類更為齊全；四是單片機應用領域更為廣泛。可以說，未來人類的生產和生活已經離不開單片機這種控制元件。

[1]王鴻磊1,2,張雪松1.王鴻磊，張雪松基于信息傳播算法的云存儲系統架構研究[J].河北軟件職業技術學院學報.2014(04)

[2]楊昆.綜述單片機控制系統的抗干擾設計[J].黑龍江科技信息.2016(04)

Single chip microcomputer control system of anti-jamming measures

Chen Xue
（Xijing University，Xi'an Shanxi，710123）

The SCM is an essential component in the current control system, it generally works in a more harsh and interference factors of environment. Due to the different types of single-chip, so the design of anti-jamming systems are different, we design different microcontroller types correspond to the different anti-interference policy.

anti-jamming; SCM; hardware and software