基于單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

劉西玲 常多貴

摘 要：隨著單片機(jī)性價(jià)比的不斷提高，它的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。從人們的日常工作和生活用品到高端的國(guó)防通訊產(chǎn)品，單片機(jī)的身影隨處可見。單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的可靠性和安全性愈來(lái)愈成為人們關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。因此，抗干擾設(shè)計(jì)是單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可忽視的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；控制系統(tǒng)；抗干擾

1 概述

單片機(jī)因其集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，作為嵌入式控制器件，在很多控制系統(tǒng)中得到了普遍應(yīng)用。由于控制系統(tǒng)的工作環(huán)境往往比較惡劣，存在各種各樣的干擾，這些干擾源進(jìn)入控制系統(tǒng)的方式主要有：空間干擾（場(chǎng)干擾）；過(guò)程通道干擾；供電系統(tǒng)干擾等。一般情況下過(guò)程通道干擾和供電系統(tǒng)干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)大于空間干擾，故在設(shè)計(jì)單片機(jī)的控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮過(guò)程通道與供電系統(tǒng)的干擾。

2 過(guò)程通道干擾及抗干擾措施

對(duì)于過(guò)程通道，它直接與輸入輸出設(shè)備相連，輸入輸出信號(hào)在過(guò)程通道中傳輸時(shí)，干擾也隨之進(jìn)入系統(tǒng)，因此要防止干擾信號(hào)的進(jìn)入，一是要去掉過(guò)程通道與外部設(shè)備間的公共地線，實(shí)現(xiàn)相互間的電隔離；二是利用光電耦合器將主機(jī)部分與過(guò)程通道及其它部分隔離開來(lái)；三是要充分考慮元器件的排列和布線，減小電路中雜散電容，分布電容的產(chǎn)生，抑制各種干擾噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響。

在設(shè)計(jì)這一部分電路時(shí)，對(duì)于過(guò)程通道中的數(shù)字信號(hào)，應(yīng)采用光電隔離并增加必要的硬件電路，把主機(jī)電源和供電電源分開單獨(dú)供電。對(duì)于過(guò)程通道中的模擬信號(hào)，應(yīng)讓抗干擾屏蔽的位置往外設(shè)置。也就是說(shuō)，對(duì)于輸入端先設(shè)干擾屏蔽再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，對(duì)于輸出端先進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換再設(shè)置抗干擾屏蔽。并采用具有線性變換和傳輸?shù)奶匦缘墓怆婑詈掀鳎M可能的減少干擾信號(hào)在通道中的干擾。另外還要分別對(duì)光電耦合器兩邊的輸入輸出回路電源單獨(dú)供電，接地電路也要分開。

3 供電系統(tǒng)干擾及抗干擾措施

單片機(jī)控制系統(tǒng)的各單元模塊電路都需要工作電壓，系統(tǒng)所需的這些工作電壓一般由市電電網(wǎng)通過(guò)交流變壓器變壓，由整流電路、濾波電路、集成穩(wěn)壓環(huán)節(jié)穩(wěn)壓得到。由于變壓器初級(jí)繞組是接在市電電網(wǎng)上，電網(wǎng)上的噪聲干擾會(huì)竄入系統(tǒng)，影響系統(tǒng)的安全性能，另外輸電線路及濾波電路都存在或多或少的阻抗，它往往以內(nèi)阻、電容、電感的形式分布于整個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)。造成了電源的嚴(yán)重污染，隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，電源污染日趨嚴(yán)重。

電源供電系統(tǒng)中主要的干擾源有：過(guò)壓、欠壓、停電、浪涌、下陷、降出、尖峰干擾等，都有會(huì)形成干擾電壓。

過(guò)壓、欠壓、停電的危害是顯而易見，對(duì)于電網(wǎng)欠壓，可以在直流穩(wěn)壓電路的輸出端接一大電解電容，增大它的輸出電壓。對(duì)于電網(wǎng)過(guò)壓，可以采用電源調(diào)節(jié)器快速調(diào)節(jié)電源或增加穩(wěn)壓器對(duì)電源加以保護(hù)。而對(duì)于短時(shí)間的停電則配置不間斷電源（UPS）。

尖峰電壓是一種頻繁出現(xiàn)的疊加于電網(wǎng)上的隨機(jī)脈沖，持續(xù)時(shí)間很短，一般不會(huì)毀壞控制系統(tǒng)，但往往會(huì)造成系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序無(wú)法正常運(yùn)行，邏輯功能紊亂，數(shù)據(jù)丟失甚至死機(jī)。對(duì)于這種干擾，一般采用軟件和硬件結(jié)合進(jìn)行抑制，硬件設(shè)計(jì)方面采用能夠抑制噪聲能力的參數(shù)可變的穩(wěn)壓器、可調(diào)節(jié)的交流電源或超隔離變壓器。軟件設(shè)計(jì)方面及時(shí)引導(dǎo)系統(tǒng)恢復(fù)原始狀態(tài)或使用定時(shí)中斷來(lái)監(jiān)視程序運(yùn)行狀態(tài)。

下陷與浪涌是電壓的快變化，這種電源干擾往往會(huì)使系統(tǒng)中反應(yīng)遲緩的元器件產(chǎn)生振蕩，引起電壓的上下變化，直接導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作，一般使用響應(yīng)快速的交流電源調(diào)壓器。

另外對(duì)于供電系統(tǒng)也可以采用獨(dú)立供電模塊進(jìn)行供電，以減少因某塊電源出現(xiàn)故障而導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)無(wú)法工作，提高了供電系統(tǒng)的可靠性，也有利于電源的散熱。

4 空間干擾及抗干擾措施

空間干擾主要有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類，對(duì)于傳導(dǎo)干擾主要是由導(dǎo)線傳播到敏感器件上的干擾。由于有用信號(hào)的頻帶和高頻干擾噪聲頻帶不同，可以采用在導(dǎo)線上增加濾波器的方法濾掉高頻干擾或者采用光電耦合器；對(duì)于輻射干擾主要是由空間輻射傳播到敏感器件的干擾。可以采用加大干擾源與敏感器件的之間長(zhǎng)度，用接地線進(jìn)行隔離或在敏感器件上加屏蔽罩的方法。

5 結(jié)束結(jié)

文章簡(jiǎn)略地分析了單片機(jī)控制過(guò)程中各種干擾源及抗干擾措施。在控制系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)干擾和過(guò)程通道干擾的遠(yuǎn)大于空間干擾，成為主干擾。而空間干擾在某些特定情況下也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重干擾，必須引起重視。另外隨著單片機(jī)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，控制系統(tǒng)中由于電網(wǎng)污染而引起系統(tǒng)故障所占比例越來(lái)越大，這就要求我們有必要加大綠色電源的開發(fā)，提高電路中各種設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的污染，同時(shí)還要繼續(xù)提高電源的穩(wěn)定性和可靠性，使得單片機(jī)系統(tǒng)工作更加安全、穩(wěn)定。

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作者簡(jiǎn)介：劉西玲（1966，3-），女，籍貫：陜西武功，工作單位：寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，研究方向：計(jì)算機(jī)控制，學(xué)歷：本科，職稱：副教授。