单片机测控系统的抗干扰对策.pdf

我们在多项测控项目的实践中体会到，干扰源主要来自三个方面。一是空间场干扰，通过电磁辐射富入系统：二是电源干扰，它直接侵害Week电子工程网htp://e。fekm/RCR/2-2CQ上Meh附图双T滤波器工程网3.2信号通道干扰的抑制1)共阻抗偶合干扰及其抗干扰措施。通过公共接地线的偶合形成共模干扰。A/D,D/A等I/0板的输入、输出电路的“地”与单片机地线GND之间有各种信号电路的电流流过,并由接地线阻抗变换成电压,形成共模干扰。其次在1/0电路、前置放大器等各部分电路中,也存在同样的的共地偶合形成局部的共模干扰,尤其是执行机构开关通断、线圈动作等通过共地构成的回馈干扰尤为严重,特别是感性负载时,若不注意反电热,有关电子会受到损坏。针对共阻抗偶合干扰采取如下措施:①采用单点接地和分别电源供电,消除共阻抗回路数字信号地线信号调地线和负载地线分开设置,数字电路、模拟电路和负载电路分别单独供电,独自构成回路且单点接地。②加强电源退偶。为避免通过共用电源内阳造成儿个电路之间的相互十扰,应在每个电路的直流电源进线与地线之间加装退偶滤波器,工作频率较高的电路加LC滤波器或RC滤波器。一般单片机主板及其外围接口电路和一般Ⅰ/0板等,在大规模集成电路电源引脚处加一只0.①F电容,小功率TL电路可几片加一只退偶电容即可③用集成隔离放大嚣切断共阳抗环路。由于隔离放大器采用浮离式设计,消除了输入、输出间的直接儁合,切断了共地和共电源环路,因而具有共模抑制比高、能保护系统元件不受高共模电压的损害和防止高压对低压信号系统损坏的特点④采用光电隔离器切断共阻抗环路。单片枧与各数字电路、脉冲电路或开关电路的接口可用数字式光电隔离器进行隔离,以切断共阻抗环路,避免长线感应及电源和各种负载通过共阻抗冋馈的各种干扰的窜入。对于线性模拟电路通道,如因考虑成本不能使用隔离放大器进行隔离时,则可采用线性光偶或用V/F变换后再用数字光偶进行隔离。(2)静电偶合十扰及其对策。静电偶合是由于两个电路间存在寄生电容,使一个电路的变化影响到另一个电路般尖蜂干扰或脉冲干扰的频谱极高,其静电1禺合的途径不能忽视。编辑:TodWeek电子工程网htp://e。fekm/针对静电偶合干扰采取如下措施:①合理布线,减少分布电容,特别是高频信号线尽量不要与其他信号线路平行走线,若必须平行走线时,应注意留一定的距离,以切断静电偶合通道。②降低接收电跤输入阻抗。例如用光电偶合器等。光电的输入阻抗与干扰源相比极小,前者数量级为100Q/~1kΩ,而后者则为105Q~108g,因此,使用光偶可以使干扰大大减小(3)传导偶合干扰及其措施。在单片机测控系统中,传输线上的信息多为脉冲信号,它在传输线上传输吋会岀现延吋、畸变和衰减。尤垬是当长传输线经过干扰环境时,导线相当于天线拾取干扰信号,对电路产生千扰。针对传导偶合千扰采取如下措施:①长传输线采用屏蔽线,避免电磁感应干扰。但要注意屏层要一端接大地,并保证接地良好。若采用两端接地,屏蔽层又构成新的干扰回路,起不到好的屏蔽效果。②用光电偶合器将长线完全浮置起来,长线的“浮置”去掉了长线两端间的公共地线,不但有效消除了各逻辑电路的电流终公共地线时所产牛的噪声电压形成相互窜扰,m也有效地解决了长线驱动和阻抗匹配问题。同时,受控设备短路时,还能保护系统不受损害。③传输线应尽量远离变压器及电源等大功率器件,且尽可能短。若较长时,可用双纹屏蔽线传输,用双绞屏蔽线与光电偶合器配合使用效果更佳。同时,注意强电信号线和弱电信号线分开,高频信号线和低频信号线分开,交流和自流分开,电源线和信号线分开4软件抗干扰措施根据经验,用软件方汯抑制信号通道干扰很有效,下面就这个范围介绍几种软件抗干扰的方法4.1数据采集干扰抑制方法进行实时数据采集时,为了消除传感器通道中的干扰信号,有三种常用滤波方法。(1)算术平均算法。对一点数据连续采样多次,以其平均值作为该点采样结果。这样做可以减少系统的随机干扰对采样结果的影响,多次采样般取35次平均即可。(2)比较取合法。当测控系统测量结果的个别数据存在偏差时,为了剔除个别误差较大的数据,可采用此法,即根据几个采样点数据变化的规律,确定取合办法。如:“采三取二”,就是对每点采样三次,取两次相同的为采样结果(3)数字滤波法。该方法利用软件完成RC低通滤波器的算法,经常采用的二阶递推数字滤波公式为编辑:TodWeek电子工程网htp://e。fekm/实践证明,采川软件滤波对消除数据采集中的误差可以获得满意效果。在应用中,究竞使用哪一种方法,要根据被釆样信号的具伓变化规律进行选择4.2控制失常的抑制方法在大量开关量的单片机系统中,确保信号的正常状态显得尤为重要。如果干扰进入系统影响到控制条件时,就会岀现失控现象,通常可用下述两种方法扣制(1)重复检査法。对于开关量、控制条件处理输岀,进行循环采样。若相邻}各次检测结果在允许误差范围内,则输出控制。如超出误差范围,则重新检测,自至检测结果符合要求为止。(2)设置输出寄存单元。当干扰侵入输出通道使输出状态破坏时,也会导致控制失常。此时应考虑设置输出寄存单元,在控制输出时可及时查询、比较寄存器单元的内容,一旦异常可及时纠忙输出状态。4.3程序盲目运行的抑制方法系统受到干扰时,有时PC值被改变,结果导致程序飞出,盲目运行和进人死循环。显然,抗干扰软件要能做到:系统出塊1述情况后,能自动及时地引导系统恢复到正常状态,以下两种方沙有郊(1)设置 Watchdog Watchdog亦即龈踪监视定时器,利用定时器屮断功能来监视程序的运行状态。具体做法为:测算好最长循环程序循环一次的时间,然后定时时间的设置稍大于它。正常循环一次后,定时器重新置初值,否则定时器继续计数,直到溢出进入中断。在中断服务程序中设冒PC值,迫使其珧出死循环(2)设置陷阱方法。若PC值并非进人死循环,而是随机“乱飞”,可设置啗阱拦截。具体做法是在所有子程序和程序快的连接处(前提是程序正常运行时不会进入该处)填上绝对跳转指令,失控的PC一旦进入该处即可捕获,迫使其重新回到复位状态5结束语单片机往往需要工作在应用环境较差的工业现场,周围强电设备多,干扰严重,且受控设备或检测对象到单片机会有一定的距离,信号在长线上传输过程中难免带来前述的干扰。因此,单片机的抗干扰技术显得尤为重要。实践证明,只要对单片机系统实行总体抗干扰设计,就可保障它在工作环境恶劣的条件下可靠运行。编辑:Tod