單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)

摘要：微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用有效地提高了生產(chǎn)效率，改善了工作條件、大大提高了控制質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性、安全性成為一個(gè)非常突出的問題，人民日益關(guān)心的課題，這不僅具有一定的科學(xué)理論意義而且具有現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);測(cè)控系統(tǒng);抗干擾

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的各種性能要求越來越高。而系統(tǒng)的可靠性更倍受人們的關(guān)注，這是因?yàn)橄到y(tǒng)的可靠性決定了系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確測(cè)控。這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)測(cè)控系統(tǒng)時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，認(rèn)真分析可能存在的干擾源，在硬件設(shè)計(jì)、印刷電路板設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等方面采取相應(yīng)的抗干擾措施。就單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)而言，其主要干擾是來自電源和信號(hào)傳輸通道的干擾。

一、抗電源干擾的措施

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，大部分單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)通常沒有專線供電，而是由市電供電。市電網(wǎng)絡(luò)的干擾因素很多，如雷電、大容量負(fù)載的起停、瞬時(shí)斷電及停電等，都會(huì)造成電源瞬間欠壓、過載，以致產(chǎn)生浪涌、下陷、尖峰等干擾，使系統(tǒng)不能正常工作。實(shí)踐證明，測(cè)控系統(tǒng)因外部干擾引起的故障中，80%以上是因電源干擾產(chǎn)生的。因此，抑制電源干擾，提高電源供電質(zhì)量是保證系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。

1.1用濾波器抑制高頻干擾

市電中含有多種高次諧波，它們很容易經(jīng)電源進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，還有一些射頻發(fā)射、電磁波等也會(huì)由電源線感應(yīng)反饋入單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)造成干擾。因此，在電源電路中必需采取有效地濾波措施，來抑制這些高頻干擾的侵入。電源濾波的一般方法是在電源變壓器初、次級(jí)分別設(shè)置低通濾波器和線間電容濾波器，使50Hz市電基波通過，而抑制掉高頻信號(hào)。此外在變壓器的初、次級(jí)之間均采用屏蔽層隔離，其中初級(jí)屏蔽層接大地，次級(jí)屏蔽層接系統(tǒng)邏輯地，以減少其分布電容，提高抗共模干擾的能力。圖1給出了一種典型的低通濾波器電路。

1.2用浪涌吸收器抑制尖峰、浪涌電壓

壓敏電阻是最常用的半導(dǎo)體式浪涌吸收器。壓敏電阻兩端的電壓如果超過其限定值時(shí)，其電流就會(huì)迅速增大，此時(shí)壓敏電阻呈短路狀態(tài)，利用這一特點(diǎn)，可以在電源變壓器初、次級(jí)并聯(lián)壓敏電阻，就能有效的吸收瞬間尖峰、浪涌電壓，使電源干擾造成單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)程序失控的可能性大大減小。

二、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

2.1硬件抗干擾技術(shù)

2.1.1干擾源

所謂干擾源具體指的是電源干擾，一般來講，主要是因?yàn)槔纂娀蚴谴笠?guī)模設(shè)備的大動(dòng)作所引起的電源欠壓或是過壓，亦或是浪涌與下陷等多種形式的干擾。在這種情況下，按照干擾源的不同，可以采用以下兩種方法。

1）將壓敏電阻接入到交流電網(wǎng)進(jìn)線端能夠有效地規(guī)避干擾。這樣一來，不僅可以防雷，同時(shí)還能夠?qū)σ驗(yàn)槔擞克l(fā)的電壓進(jìn)行有效吸收。

2）受電源干擾的主要原因就是高次諧波，因此，應(yīng)當(dāng)將低通濾波器接入其中，進(jìn)而抵抗干擾。其中，50HZ市電利用低通濾波器能夠?qū)⒏叽沃C波過濾，進(jìn)而對(duì)電源的波形進(jìn)行有效地改善。但是，如果是處于低壓情況，若濾波器有大電流通過，則應(yīng)當(dāng)使用濾波網(wǎng)絡(luò)，主要由小電感和大電容構(gòu)成。若濾波器處于高壓工作狀態(tài)，則需要使用由小電容和最大允許電感組成的濾波網(wǎng)絡(luò)。

2.1.2干擾傳播途徑抗干擾

當(dāng)信號(hào)通道在傳輸線與外部設(shè)備連接的狀態(tài)下，因?yàn)閭鬏斀橘|(zhì)主要是傳輸導(dǎo)線與輸入輸出通道信號(hào)量，無論是模擬量還是數(shù)字量，必然會(huì)有一定的干擾進(jìn)入到通道內(nèi)部。因而，需要積極采取措施予以規(guī)避。

1）傳輸線應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離功率較大的器件，與此同時(shí)，為了避免長(zhǎng)傳輸線的干擾，需要使用屏蔽線，并積極采用光耦方式，以保證長(zhǎng)傳輸線能夠全部浮置。

2）針對(duì)數(shù)字量抗干擾設(shè)計(jì)，需要使用光電隔離與繼電器隔離的方法。其中，光電隔離可以對(duì)尖峰脈沖和不同噪聲干擾進(jìn)行有效地抑制，而繼電器隔離主要是針對(duì)啟停負(fù)荷不大的情況。如果設(shè)備不要求速度，那么實(shí)際的效果會(huì)高于光電隔離。

2.2軟件抗干擾技術(shù)

2.2.1數(shù)字濾波

1）中位值濾波的方法。確保連續(xù)N次采樣，并且根據(jù)大小進(jìn)行排列，選擇中間值作為有效數(shù)值。這種方式最主要的優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)ε既灰蛩厮鶎?dǎo)致的波動(dòng)干擾予以克服，但同樣也具有一定的缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)在測(cè)量速度變化較快的參數(shù)方面并不適用。

2）限幅濾波的方法。這種方法是按照個(gè)人經(jīng)驗(yàn)判斷，便于對(duì)兩次采樣允許最大偏差數(shù)值進(jìn)行確定。若在每一次檢測(cè)全新數(shù)值的時(shí)候，本次值和上次值的差異不超過最大的偏差數(shù)值，就說明本次值具有有效性，反之則無效，需要放棄，而使用上次值進(jìn)行替代。這種方法的主要優(yōu)勢(shì)就是可以對(duì)偶然因素所引發(fā)的脈沖干擾予以克服。但是，缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在難以對(duì)周期性干擾進(jìn)行控制，而且數(shù)據(jù)平滑度不理想。

2.2.2軟件冗余技術(shù)

在CPU受到干擾以后，就會(huì)將操作數(shù)當(dāng)作指令執(zhí)行，最終導(dǎo)致程序出現(xiàn)混亂的情況。而很多單片機(jī)指令都不多于三個(gè)字節(jié)，所以，單字節(jié)指令比較常見。由此可見，應(yīng)當(dāng)在關(guān)鍵位置添加單字節(jié)的指令，進(jìn)而確保被彈飛的程序可以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正確控制范圍之內(nèi)。

2.2.3軟件陷阱的設(shè)置

一旦程序受干擾，就會(huì)進(jìn)入到非程序區(qū)域，所以，需要對(duì)應(yīng)用相關(guān)指令將捕獲亂飛的程序?qū)胫翉?fù)位程序區(qū)域的入口位置。而在此位置，也會(huì)安排能夠把程序轉(zhuǎn)移到由于出錯(cuò)而處理的程序，在這種情況下，系統(tǒng)就能夠正常地執(zhí)行程序要求。

三、結(jié)語

單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的抗干擾技術(shù)主要可以劃分成硬件與軟件干擾技術(shù)，必須將兩者相互結(jié)合，才能夠確保系統(tǒng)在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中經(jīng)受長(zhǎng)期的檢驗(yàn)，最終增強(qiáng)抗干擾的效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2]吳秋寧，邵建龍，呂英英，等.提高單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力的研究[J].電子測(cè)量技術(shù)，2010，33（2）：63-66.

（作者單位：遼寧科技學(xué)院）

作者簡(jiǎn)介：孫娜 1985年11月 女 漢族 ?遼寧本溪 講師 研究生 研究方向：智能控制。