單片機在自動控制中的抗干擾問題

吳衛(wèi)國

江蘇自動化研究所 江蘇連云港 222061

1 單片機自動控制系統(tǒng)的干擾問題

工業(yè)生產(chǎn)單片機自動控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)過程中會遇到以下問題：①上位機發(fā)出信息、下位機單片機產(chǎn)生信息漏接/不能接收問題。②電機開啟后下位機單片機數(shù)據(jù)顯示為亂碼，不能正常顯示相關數(shù)據(jù)信息。③單片機顯示屏顯示器工作異常、無法正常啟動，而且比較容易發(fā)生死機的現(xiàn)象，需重新復位恢復初始的狀態(tài)[1]。④單片機繼電器驅動失靈。⑤系統(tǒng)被控對象操作失誤、單片機定時顯示不準確等。

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，單片機自動控制系統(tǒng)的應用，可以確保產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)質量、生產(chǎn)效率，避免受到電廠環(huán)境因素、磁場環(huán)境因素、四周溫度變化因素等所影響，反之則容易發(fā)生下位機無法接收上位機信息、單片機驅動繼電器，以及單片機顯示器不能顯示數(shù)據(jù)信息、死機等狀況。究其原因和單片機自動控制系統(tǒng)干擾有關，具體單片機自動控制系統(tǒng)干擾原因如下：

（1）電磁波因素干擾，空間電磁波干擾會對單片機自動控制系統(tǒng)作業(yè)質量構成直接影響，特別為單片機自動控制系統(tǒng)會受到強烈的干擾，如果沒有及時應用相關對策防護，會加大干擾信號的干擾范圍，對控制系統(tǒng)作業(yè)構成嚴重威脅。

（2）電源因素干擾，系統(tǒng)作業(yè)期間單片機自動控制系統(tǒng)電源，多和其他設備使用相同的電源，所以其他系統(tǒng)作業(yè)期間電源電壓波動非常大，趨于該種狀態(tài)下則會產(chǎn)生強烈的干擾信號，這對單片機自動控制系統(tǒng)效益的危害較大[2]。電源引線過長輸電階段，容易發(fā)生感應電動勢，對計算機系統(tǒng)運行造成不利影響，經(jīng)相關統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)計算機系統(tǒng)干擾中，80%左右干擾均為電源耦合。

（3）過程通道因素干擾，自動控制系統(tǒng)模擬量、開關量輸入通道極其關鍵，通道中會形成干擾信號，對單片機的使用狀況構成不利影響。因多種因素所致形成干擾信號，會對單片機運轉、使用造成不利影響，在第一時間通過相應對策處理，有助于促使單片機運轉穩(wěn)定。

2 單片機自動控制抗干擾問題的處理對策

單片機自動控制抗干擾問題硬件處理方法：

（1）布線結構的完善措施。自動控制系統(tǒng)存抗干擾性能，而且抗干擾性能、布線結構間的聯(lián)系密切，布線結構設置合理，系統(tǒng)抗干擾能力則會隨之加強，為有效發(fā)揮出布線解耦股抗干擾方面能力，應合理的調整布線結構、分離強弱電，特別為布設交流電的時候需合理運用分槽走線方法，對交流線、直流線捆綁處理，以此使得兩者距離布設更加合理，減少相互間所造成的干擾[3]。

（2）排除電磁干擾隱患。為提高自動控制系統(tǒng)質量、降低干擾，應該選擇適合的設備、電源，建議選擇存在抗電磁、靜電屏蔽性能的隔離電源變壓器，對單片機電源、強電設備電源作以分離處理，以便為單片機提供電能。中央處理器和控制線配線的過程，選用導電性能較佳材料，以此降低外界信號所造成的干擾。除此之外，需要提高電源電壓的穩(wěn)定性，防止電壓產(chǎn)生畸變/毛刺情況，在濾波處理器位置安裝+5V的電源，電源線布設時候保持平行的狀態(tài)。為促使兩級電壓保持穩(wěn)定，應將集成的穩(wěn)定塊安裝于系統(tǒng)，主要目的為確保電壓的穩(wěn)定，然后使用電源變頻器隔離變壓器，降低電源傳導所致干擾。

（3）加強接地抗干擾方面的性能。自動控制系統(tǒng)電網(wǎng)、模擬地連接，比較發(fā)易于發(fā)生電網(wǎng)干擾問題，數(shù)字區(qū)域受到干擾影響比較明顯，如此一來單片機運行數(shù)據(jù)不能保持準確，同時會對設備應用情況造成不良影響。為提高單片機的應用效果、安全，需要了解單片機接地的主要形式，當信號頻率在10MHz以內時經(jīng)單點接地形式處理，將端子和鄰近的接地點保持連接狀態(tài)；針對信號頻率＞10MHz情況來講，建議通過多點接地形式處理；信號頻率＜1MHz則需選用單點接地方法。

單片機自動控制抗干擾問題軟件處理方法：

（1）看門狗技術處理要點。這項技術可對循環(huán)運行城市加以監(jiān)控，如果時間超出預設循環(huán)時間會處于死循環(huán)的狀態(tài)，系統(tǒng)需使用強迫執(zhí)行方法送至入口位置。在此之后，實行識別使系統(tǒng)復位、達到運行要求。這項技術存在不依賴性特征，所以能獨立完成各項工作，這一系統(tǒng)運行一段時間后能和CPU接觸，即為喂一次狗，兩者間接觸可證明自動控制系統(tǒng)運行良好。CPU產(chǎn)生死循環(huán)情況，看門狗會在第一時間明確系統(tǒng)故障問題，然后加以復位處理。

（2）軟件陷阱技術處理要點。軟件陷阱技術即為攔截技術，可將發(fā)生錯誤通過程序識別出來，然后傳輸于處理程序中的技術。該項軟件技術可對亂飛程序攔截處理，然后應用相應的對策處理，布設軟件陷阱的過程會在未應用ROM空間、中斷向量區(qū)中運用，比如：返回指令、跳轉指令，這一部分為執(zhí)行死角不能加強監(jiān)控，對執(zhí)行工作質量構成直接影響。

3 濾波技術處理要點

單片機自動化控制系統(tǒng)軟件設計期間，軟件濾波算法的使用能夠將一些輸入信號干擾所致輸出控制錯誤過濾，確保測控的質量，這時便于為后期作業(yè)提供良好支持、促進建設企業(yè)的整體發(fā)展。

4 結語

單片機受到干擾和四周環(huán)境、人為、電磁波、過程通道和電源等因素，均存在緊密的聯(lián)系。所以，會對單片機應用構成不同程度的影響，設計時需考慮到抗干擾性能，以軟硬件方面加以完善，以此提高單片機自動控制系統(tǒng)的性能，不斷完善自身不足，并確保單片機運行的穩(wěn)定、安全。