校正隔選抗干擾PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 校正隔選抗干擾校正隔選抗干擾 2/81 采樣偏差的校正技術(shù) 第1頁(yè)/共69頁(yè) 3/81 在實(shí)際采樣過程中，由于系統(tǒng)是實(shí)際系統(tǒng)，不是理想系統(tǒng)，各個(gè)環(huán)節(jié)都存在著不同程度的偏差，有些偏差很大，這就使得采樣所得的結(jié)果大大偏離實(shí)際值，就會(huì)極大的影響控制的精度。 為了使采樣結(jié)果與實(shí)際值能夠吻合，必須進(jìn)行校正。 有些通過硬件校正即可，有些還需要通過軟件校正。 校正的主要內(nèi)容有兩方面：一是線性度校正，二是零點(diǎn)校正。 第2頁(yè)/共69頁(yè) 4/81 給采樣系統(tǒng)輸入一個(gè)線性信號(hào)。 信號(hào)f(t)是理想采樣系統(tǒng)對(duì)線性輸入信號(hào)處理的結(jié)果，該電壓模擬了一個(gè)理想化的采樣系統(tǒng)處理過的某個(gè)傳感器的輸出電壓。 f*(t)

2、與f(t)之間有偏差，這些偏差中的一種偏差是回歸線f*(t)的斜率與的斜率有偏差，這個(gè)偏差就是該采樣系統(tǒng)的線性誤差。 f*(t)是實(shí)際采樣系統(tǒng)對(duì)信號(hào)不同點(diǎn)進(jìn)行采樣所得到的離散點(diǎn)。 調(diào)節(jié)線性誤差的方法：就是調(diào)節(jié)采樣系統(tǒng)中放大器的放大倍數(shù)。 第3頁(yè)/共69頁(yè) 5/81 例：如測(cè)量熱處理爐的溫升曲線，在加熱過程中用標(biāo)準(zhǔn)電測(cè)溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上同時(shí)也用研制的采樣系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，最后可以獲得標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線和采樣器采集的溫升曲線。 如果在溫度上升的線性區(qū)間，采樣器采集的溫升曲線的斜率與標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線的斜率不相等。就要調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。其原因是采樣溫升曲線的斜率與采樣器的放大倍數(shù)成正比。 第4頁(yè)/共69頁(yè)

3、6/81 如，說明采樣器的放大倍數(shù)偏小，根據(jù)與的比值=/的大小，可以準(zhǔn)確的計(jì)算出采樣器放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)量，從而將線性偏差調(diào)到最小。 如果，說明采樣器的放大倍數(shù)偏大，經(jīng)過計(jì)算后將其調(diào)小即可。 第5頁(yè)/共69頁(yè) 7/81 有些物理量的變化是一個(gè)從- 到 + 連續(xù)的函數(shù)，這些連續(xù)函數(shù)的零點(diǎn)通常都是人為設(shè)定的。 有些物理量則有確定的零點(diǎn)：例如電壓為零的情況；車床在由正轉(zhuǎn)切換到反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為零的情況等。 在設(shè)定的物理量的零點(diǎn)上，采樣器的輸出往往不是零，這一般有以下原因： 傳感器誤差 采樣器中的放大器的零點(diǎn)漂移和零點(diǎn)偏移 第6頁(yè)/共69頁(yè) 8/81 傳感器誤差 該誤差是傳感器制造出廠時(shí)就存在的。 例：工程上常用

4、的600A/5V的一種霍爾電流傳感器，其指標(biāo)為：輸出電壓誤差為1%。則在每一點(diǎn)上其允許的偏差為50mV。 在電流為零時(shí)，其輸出信號(hào)也在50 mV以內(nèi)，往往并不為零。 在工程中應(yīng)用的這種傳感器，大多數(shù)零點(diǎn)偏差在10mV20mV之間。 第7頁(yè)/共69頁(yè) 9/81 1 (15mV/5V) 600A600A(15mV/5000mV)1.8AI 傳感器誤差 該誤差是傳感器制造出廠時(shí)就存在的。 例：在某電廠的直流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，用到的兩只600A/5V的霍爾電流傳感器，其零點(diǎn)偏差1號(hào)為+15mV，2號(hào)為-14mV?？梢运愠銎鋵?duì)應(yīng)的電流偏差為： 即：1號(hào)電流傳感器在電流為零時(shí)，其輸出信號(hào)相當(dāng)于有正向1.8A電流

5、；2號(hào)電流傳感器在電流為零時(shí)，其輸出信號(hào)相當(dāng)于有反向1.68A 電流。 2 (-14mV/5V) 600A600A(14mV/5000mV)1.68AI 第8頁(yè)/共69頁(yè) 10/81 放大器的零點(diǎn)漂移主要由器件本身特性和溫度變化所引起。一般指在放大器調(diào)零調(diào)好后，在其輸入端輸入電壓為零的情況下，其輸出電壓在零點(diǎn)附近緩慢的漂移，而不是完全的輸出為零的情況。而且環(huán)境溫度越高，這種漂移越大。 解決零點(diǎn)漂移的辦法：在放大電路中加溫度補(bǔ)償元件，而且現(xiàn)在市售的運(yùn)算放大器，許多內(nèi)部已經(jīng)加有補(bǔ)償電路，溫度穩(wěn)定性已經(jīng)大為提高，這種由溫度引起的輸出漂移已經(jīng)得到很強(qiáng)的抑制，零點(diǎn)漂移已經(jīng)很小。 采樣器中的放大器的零點(diǎn)漂

6、移和零點(diǎn)偏移 第9頁(yè)/共69頁(yè) 11/81 運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓：指的是要保持運(yùn)算放大器的輸出為零，在其輸入端所加的一個(gè)微小的電壓。 在不加輸入失調(diào)電壓即輸入為零的時(shí)候，其輸出就有一個(gè)電壓值，稱之為放大器的零點(diǎn)偏移，其偏移電壓既與輸入失調(diào)電壓有關(guān)，也與放大電路的放大倍數(shù)有關(guān)，這種輸出偏移電壓正比于輸入失調(diào)電壓和放大倍數(shù)。 采樣器中的放大器的零點(diǎn)漂移和零點(diǎn)偏移 第10頁(yè)/共69頁(yè) 12/81 例：設(shè)放大器的輸入失調(diào)電壓=0.2mV，放大倍數(shù)=100（采樣器多級(jí)放大的綜合放大倍數(shù)），則該采樣器在輸入信號(hào)電壓為零時(shí)的輸出偏移電壓為： 0.2 100 20 IO VVKmVmV 采樣器中的放大器的

7、零點(diǎn)漂移和零點(diǎn)偏移 如果該采樣器是對(duì)一個(gè)從0到1m高程的液面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采樣器的最大線性輸出電壓為10V，在輸出10V時(shí)對(duì)應(yīng)的液面高度為2m，則采樣器的零點(diǎn)偏移所對(duì)應(yīng)的液面高度h為： 0.004m)2m(0.02V/10V2m(20mV/10V)h 即：在液面高度為零時(shí)，采樣器的輸出值為0.004m。 第11頁(yè)/共69頁(yè) 13/81 采樣器誤差是普遍存在的，是由多方面的原因決定的。通過在電路設(shè)計(jì)上進(jìn)行補(bǔ)償和校正以外，通過軟件進(jìn)行校正是一個(gè)重要的方法。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，軟件校正比硬件校正效果更好。尤其是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行硬件校正，有時(shí)候因條件限制，很難校正。而用軟件校正則很方便。 軟件校正又稱為軟調(diào)節(jié)。 第12

8、頁(yè)/共69頁(yè) 14/81 以熱處理爐溫度控制中的溫度采樣檢測(cè)為例，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置一個(gè)校正變量，可以通過鍵盤方便的改變的數(shù)值。 設(shè)每次采樣完成后A/D轉(zhuǎn)換所得的溫度值為Td，通過標(biāo)準(zhǔn)溫度表測(cè)得的溫度值為Tc，則輸出顯示與存入數(shù)據(jù)庫(kù)的溫度值Tdat必須等于Tc，在軟件中規(guī)定： +A = T = TT DJdcdat 第13頁(yè)/共69頁(yè) 15/81 當(dāng)熱處理爐初始處于室溫（例如20）時(shí)，由于傳感器和采樣器的零點(diǎn)偏移造成的綜合偏移 ，采樣器所得到的溫度值Td不一定是20 ； 在沒有調(diào)節(jié)之前，設(shè)置ADJ的初始值為零，再看屏幕上Td 的數(shù)值是多少，例如若此時(shí)的Td = 21，而實(shí)際爐溫為20，說明采樣

9、器初始偏差為1。這就是該系統(tǒng)總的初始偏移或零點(diǎn)偏移。 糾正該偏移：就是通過鍵盤將ADJ設(shè)置為-1，這樣設(shè)置后，程序按公式計(jì)算后，得到的系統(tǒng)總輸出值Tdat就必然為20。從而與實(shí)際值相吻合。 第14頁(yè)/共69頁(yè) 16/81 由于在現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)整定的時(shí)候，系統(tǒng)已經(jīng)在線運(yùn)行，實(shí)際的溫度值不可能為室溫； 此時(shí)校正的方法：先將校正變量ADJ設(shè)置為零，記錄用標(biāo)準(zhǔn)溫度表測(cè)定實(shí)際的溫度值Tc，并同時(shí)記錄同一時(shí)刻采樣器輸出的溫度值Td (由于此時(shí)ADJ= 0 因此該Td值就是屏幕上顯示的Tdat)。例如測(cè)定的幾個(gè)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)溫度值如表所示： 實(shí)際溫度與測(cè)得數(shù)值及其偏差 Tc86012001220136015401600

10、 Tdat（Td）98013301350148016601720 Tc - Tdat-120-130-130-120-120-120 (單位：) 第15頁(yè)/共69頁(yè) 17/81 +A = T = TT DJdcdat 現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)為Tc值就是實(shí)際溫度值，要求輸出顯示與存入數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)值Tdat要等于Tc值。變量ADJ 與Td和Tc的關(guān)系： 當(dāng)ADJ等于Td和Tc的偏差平均值時(shí)，可保證Tdat=Tc。 1 1 (1)24 N DJCdatn n AT T N 即：將變量ADJ設(shè)置為-124，就可以消除系統(tǒng)的偏差。使最終輸出值Tdat與實(shí)際值Tc相符。再用Tdat數(shù)值進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算分析和對(duì)加熱控制器的輸出

11、控制就準(zhǔn)確的多了。 第16頁(yè)/共69頁(yè) 18/81 信號(hào)隔離與選通技術(shù) 第17頁(yè)/共69頁(yè) 19/81 當(dāng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有多路模擬信號(hào)輸入，通常要將這些信號(hào)互相隔離，再對(duì)這些信號(hào)有選擇的選通，或者逐一選通后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 有些系統(tǒng)有多路數(shù)字量信號(hào)輸入，也要進(jìn)行隔離與選通。 信號(hào)隔離與選通的器件很多，要根據(jù)信號(hào)特征選用。 第18頁(yè)/共69頁(yè) 20/81 其要求的驅(qū)動(dòng)電流大，損耗大； 因?yàn)榭繌椈善ぷ?，在一定的工作次?shù)后會(huì)疲勞損壞，即壽命有限； 其觸點(diǎn)接觸電阻不穩(wěn)定，觸點(diǎn)新鮮干凈且彈簧片沒有疲勞，能夠壓緊的情況下，其導(dǎo)通電阻很小，導(dǎo)通良好。但觸點(diǎn)上有油污或觸點(diǎn)氧化或彈簧壓緊無(wú)力

12、，其接觸電阻就比較大，對(duì)微弱信號(hào)影響很大。 在沒有電子開關(guān)以前，所有信號(hào)都是用繼電器進(jìn)行隔離或接通的。 繼電器存在以下缺點(diǎn)： 第19頁(yè)/共69頁(yè) 21/81 后來電子開關(guān)的問世，大大提高了信號(hào)的傳輸質(zhì)量。尤其是集成電路電子開關(guān)的導(dǎo)通電阻相當(dāng)穩(wěn)定，在一個(gè)芯片內(nèi)每一路的導(dǎo)通電阻數(shù)值幾乎相同。同類型的芯片其性能也幾乎相同。給信號(hào)的隔離與選通帶來了極大的好處。 電子開關(guān)有數(shù)字型（數(shù)據(jù)選擇器）和模擬型（模擬開關(guān)）兩大類。 在制造工藝上有晶體管式和場(chǎng)效應(yīng)管式兩種。 第20頁(yè)/共69頁(yè) 22/81 由于晶體管在導(dǎo)通時(shí)有殘留電壓，而且在飽和時(shí)集電極與發(fā)射極之間是一個(gè)非線性電阻，傳輸過程有失真，對(duì)模擬開關(guān)來說，

13、這樣大的誤差是不允許的。因此晶體管式開關(guān)都作為多路數(shù)據(jù)選擇器，不用作多路模擬開關(guān)。 數(shù)據(jù)選擇器的選通速度快，模擬開關(guān)的選通速度要慢一些。 數(shù)據(jù)選擇器只能用于數(shù)字量信號(hào)的隔離與選通。 模擬開關(guān)既可用于模擬量信號(hào)的隔離與選通，也可用于數(shù)字量信號(hào)的隔離與選通，模擬開關(guān)在用于數(shù)字量信號(hào)的隔離與選通時(shí)，要注意開關(guān)的速度能否適應(yīng)要求。 第21頁(yè)/共69頁(yè) 23/81 對(duì)數(shù)字量信號(hào)，可根據(jù)信號(hào)是TTL電平還是CMOS電平選用相應(yīng)的多路數(shù)據(jù)選擇器。 數(shù)據(jù)選擇器又稱為多路數(shù)據(jù)選擇器，它類似于多個(gè)輸入的單刀多擲開關(guān)，它在選擇控制信號(hào)作用下，選擇多路數(shù)據(jù)輸入中的某一路與輸出端接通。 第22頁(yè)/共69頁(yè) 24/81

14、多路數(shù)據(jù)選擇器用于對(duì)多路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行選擇。每一路數(shù)字信號(hào)相當(dāng)于二進(jìn)制的一位，只有高、低電平兩個(gè)狀態(tài)。 每次選擇多路中的一路進(jìn)行傳輸。在傳輸過程中只要求所傳送信息的狀態(tài)(高電平或低電平)不變即可，允許電壓幅度有一定變化。 數(shù)據(jù)選擇器能將對(duì)應(yīng)輸入端口上的數(shù)字電平信號(hào)選通到輸出端口，使其數(shù)字量的0或者1保持原值或反碼值。 例：若定義3.5V以上為1(高電平)，只要傳輸最后保證3.5V以上即可，比方說4V甚至5V仍然是1，沒有改變信息。 第23頁(yè)/共69頁(yè) 25/81 有雙4選1數(shù)據(jù)選擇器，如74LS153，74HC153； 有8選1數(shù)據(jù)選擇器，如74LS152，74HC152； 有16選1數(shù)據(jù)選擇器

15、，如74LS150，74HC150等。 多路數(shù)據(jù)選擇器種類： 74LS15為低功耗TTL器件，輸入輸出為TTL電平； 74HC15為高速CMOS器件，輸入輸出為CMOS電平。 其中： 第24頁(yè)/共69頁(yè) 26/81 有原碼值輸出的器件，74153為原碼值輸出； 也有反碼值輸出的器件，74152和74150為反碼值輸出； 74151為8選1既有原碼輸出引腳，又有反碼輸出引腳的器件。 根據(jù)輸出數(shù)碼值與輸入數(shù)碼值的關(guān)系： 也有具有電平轉(zhuǎn)換功能的數(shù)據(jù)選擇器，可以在選通信號(hào)的同時(shí)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將輸入端的TTL電平信號(hào)，轉(zhuǎn)換為CMOS電平輸出，如74AC(T)153。 CMOS多路數(shù)據(jù)選擇器國(guó)產(chǎn)的有4與或

16、選擇器CC4019，8對(duì)1數(shù)據(jù)選擇器CC4512，4線-16線譯碼器/數(shù)據(jù)選擇器CC4514、CC4515等。 數(shù)據(jù)選擇器內(nèi)部結(jié)構(gòu)純粹是數(shù)字電路的輸入輸出結(jié)構(gòu)，電路比較簡(jiǎn)單，只要將所選中端口的邏輯電平送到輸出端即可。 第25頁(yè)/共69頁(yè) 27/81 16選1反碼輸出器件150 8選1既有反碼輸出也有原碼輸出的器件151 雙4選1原碼輸出的器件153 AC(T)153：雙4選1原碼輸出具有電平轉(zhuǎn)換功能的器件，該器件輸入為TTL電平，輸出為CMOS電平。 通道的選通由選通編碼輸入引腳A、B、C、D的碼值決定。 每種芯片都有允許控制端EN：當(dāng)EN為低電平時(shí)才允許將所選通的輸入端的數(shù)碼輸出到輸出端；否

17、則，輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)，以便于和與其相連的總線隔離。 第26頁(yè)/共69頁(yè) 28/81 模擬信號(hào)的隔離與選通電路比較復(fù)雜，要求開關(guān)接通時(shí)，開關(guān)兩端電阻很小，而斷開時(shí)此電阻很大，并希望對(duì)所傳輸?shù)男盘?hào)有良好的線性度，以減小傳輸失真，要求工作穩(wěn)定性好，開關(guān)速度快，壽命長(zhǎng)； 多路模擬開關(guān)是CMOS電路，它比晶體管式的導(dǎo)通電阻小且為線性電阻，傳輸非線性失真小，精度高，功耗低，但速度比晶體管式的慢。CMOS多路模擬開關(guān)電路無(wú)殘留電壓，有的只能單向傳輸，有的可雙向傳輸，有很小的導(dǎo)通電阻，很高的斷開電阻，可以傳輸與輸入信號(hào)幅度一致的全幅度信號(hào)。 模擬信號(hào)的隔離與選通電路 第27頁(yè)/共69頁(yè) 6 4 2 5 1 1

18、2 15 14 13 9 10 11 EN 7 6 5 4 3 2 1 0 2 0 G 0 7 4051 MUX/DX S I0/O0 I7/O7 0.7I/O 3 VDD:16 VSS:8 VEE:7 INH A B 6 10 9 EN 0 1 1 5 2 4 12 14 15 11 0 1 2 3 0 1 2 3 I0/O0 I3/O3 I0/O0 I3/O3 I/O 3 13 0.3 4052 MUX/DX Vcc:16 GND:8 VEE:7 0.3I/O G 0 3 13 1 1C 1I/O EN1 1 5 4 6 8 12 11 3C 3I/O 4066 1 2 1O/I 3 9

19、10 3O/I Vcc:14 GND:7 I15/O15 I0/O0 INH 16 17 18 19 20 21 22 23 2 3 4 5 6 7 8 9 13 14 11 10 15 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 3 1 0.15 0 EN O/I 4067 MUX/DX G0 15 VDD:24 VSS:12 (a) (b)(c)(d) A A B B C C D 4路可單獨(dú)控制的雙向模擬開關(guān)4066，每路開關(guān)都有一個(gè)控制引腳，當(dāng)給該引腳加上高電平時(shí)，該 路開關(guān)開通，給 控制引腳加上低 電平時(shí)，該路開 關(guān)斷開。 8選1 雙向模擬開關(guān)4051

20、雙4選1雙向模擬開關(guān)4052 16選1雙向模擬開關(guān)4067 通道的選 通由選通 編碼輸入 引腳A、B 、C、D 的碼值決 定。 允許控制端EN。當(dāng)EN為低電平時(shí)才允許將所選通的輸入端的數(shù)碼輸出到輸出端；否則，輸出端呈現(xiàn)高 阻態(tài)，以便 于和與其相 連的總線隔 離。 第28頁(yè)/共69頁(yè) 30/81 模擬信號(hào)的隔離與選通電路 多路模擬開關(guān)只能用于共地信號(hào)的隔離與選通； 有些模擬信號(hào)是共地的（即有公共的地線），可以直接使用多路模擬開關(guān)進(jìn)行隔離與選通。 有些多路模擬信號(hào)互相不共地，甚至于電壓是互相疊加的，就不能用多路模擬開關(guān)進(jìn)行隔離與選通，而必須用繼電器進(jìn)行隔離。 第29頁(yè)/共69頁(yè) 31/81 數(shù)據(jù)采

21、集中的抗干擾技術(shù) 第30頁(yè)/共69頁(yè) 32/81 在日常生活中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣一些現(xiàn)象。比如聽收音機(jī)時(shí)，有汽車經(jīng)過，喇叭就會(huì)出現(xiàn)刺耳的噪聲，這就是干擾。 所謂干擾， 一般是指有用信號(hào)以外的噪聲， 在信號(hào)輸入、傳輸和輸出過程中出現(xiàn)的一些有害的電氣變化現(xiàn)象。這些變化迫使信號(hào)的傳輸值、 指示值或輸出值出現(xiàn)誤差，出現(xiàn)假象。 數(shù)據(jù)采集中的抗干擾技術(shù) 第31頁(yè)/共69頁(yè) 33/81 干擾對(duì)電路的影響，輕則降低信號(hào)的質(zhì)量，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；重則破壞電路的正常功能，造成邏輯關(guān)系混亂，控制失靈。 在進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)過程中，我們經(jīng)常會(huì)碰到一個(gè)很棘手的問題，即在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下系統(tǒng)運(yùn)行很正常，但小批量生產(chǎn)并安裝

22、在工作現(xiàn)場(chǎng)后，卻出現(xiàn)一些不太規(guī)律、不太正常的現(xiàn)象。究其原因主要是系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)不全面，導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)的工作不可靠。 第32頁(yè)/共69頁(yè) 34/81 形成干擾的三大基本要素： 干擾源：產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)。 用數(shù)學(xué)語(yǔ)言可描述為“du/dt或者di/dt大的地方就是干擾源”。如：繼電器、電機(jī)、可控硅、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。自然因素，如雷電和宇宙射線等也是重要的干擾源。 傳播途徑：指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。 典型的干擾傳播路徑有導(dǎo)線傳導(dǎo)（傳導(dǎo)干擾）和空間輻射（輻射干擾）。 敏感器件：指容易被干擾的對(duì)象。 常見的敏感器件有A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、弱信號(hào)放大器等。 干擾要

23、素 第33頁(yè)/共69頁(yè) 35/81 干擾源的分類 1. 從干擾的來源劃分 1) 內(nèi)部干擾 內(nèi)部干擾是應(yīng)用系統(tǒng)本身引起的各種干擾, 包括固定干擾和過渡干擾兩種。固定干擾是指信號(hào)間的相互串?dāng)_、長(zhǎng)線傳輸阻抗失配時(shí)反射噪聲、負(fù)載突變?cè)肼曇约梆侂娤到y(tǒng)的浪涌噪聲等。過渡干擾是指電路在動(dòng)態(tài)工作時(shí)引起的干擾。 2) 外部干擾 外部干擾是由系統(tǒng)外部竄入到系統(tǒng)內(nèi)部的各種干擾。包括某些自然現(xiàn)象（如閃電、 雷擊、地球或宇宙輻射等）引起的自然干擾和人為干擾（如電臺(tái)、車輛、家用電器、電器設(shè)備等發(fā)出的電磁干擾，以及電源的工頻干擾）。 一般來說， 自然干擾對(duì)系統(tǒng)影響不大，而人為干擾則是外部干擾的關(guān)鍵。 第34頁(yè)/共69頁(yè) 3

24、6/81 2. 從干擾與輸入信號(hào)的關(guān)系劃分 1）串模干擾 共模干擾 干擾源的分類 串模干擾是指迭加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲，即干擾源串聯(lián)在信號(hào)源回路中。 指輸入通道兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓，這種干擾可是直流電壓，也可以是交流電壓，其幅值可達(dá)幾伏甚至更高，取決于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境和儀表的接地情況。 2）共模干擾 串模干擾 第35頁(yè)/共69頁(yè) 37/81 抗干擾基本方法 軟件抗干擾措施 特殊抗干擾措施 l工頻周期濾波技術(shù) l信號(hào)饋送過程中的抗干擾技術(shù) l數(shù)字濾波 l軟件冗余 l特殊中斷保護(hù) l程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng) l抑制干擾源 l切斷干擾傳播路徑 l提高敏感器件的抗干擾性能 第36頁(yè)/共69頁(yè) 38/

25、81 抗干擾基本方法 硬件抗干擾措施 第37頁(yè)/共69頁(yè) 39/81 抗干擾基本方法 硬件抗干擾措施 u繼電器線圈增加續(xù)流二極管，消除斷開線圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。如果僅增加續(xù)流二極管會(huì)使繼電器的斷開時(shí)間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時(shí)間內(nèi)可動(dòng)作更多的次數(shù)。同時(shí)在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路，減小電火花影響。 u原則上每個(gè)集成電路芯片都配置一個(gè)0.01F0.1F的瓷片電容或聚乙烯電容，它可以吸收高頻干擾。電容引線不能太長(zhǎng)，高頻旁路電容不能帶引線。 第38頁(yè)/共69頁(yè) 40/81 抗干擾基本方法 硬件抗干擾措施 u布線時(shí)避免90度折線，以減少高頻噪聲的發(fā)生。 u可控硅兩端并接RC抑制電路，

26、減小可控硅產(chǎn)生的噪聲。 u電源進(jìn)線端跨接100uF以上的電解電容以吸收電源進(jìn)線引入的脈沖干擾。 第39頁(yè)/共69頁(yè) 41/81 按干擾傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。 傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。 高頻干擾噪聲和有用信號(hào)的頻帶不同，可以通過在導(dǎo)線上增加隔離光耦來解決。 輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾，即指電磁場(chǎng)在線路和殼體上的輻射。 由于現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)所處的環(huán)境干擾強(qiáng)烈，因此所有的信號(hào)線、控制線和通信線等均須采用屏蔽接地的措施。 抗干擾基本方法 硬件抗干擾措施 切斷干擾傳播路徑 第40頁(yè)/共69頁(yè) 4242/81/81 抗干擾基本方法 硬件抗干擾措施 切斷干擾傳播

27、路徑 屏蔽 用金屬外殼將整機(jī)或部分元器件包圍起來，再將金屬外殼接地，就能起到屏蔽的作用，對(duì)于各種通過電磁感應(yīng)引起的干擾特別有效。 屏蔽外殼的接地點(diǎn)要與系統(tǒng)的信號(hào)參考點(diǎn)相接，而且只能單點(diǎn)接地，所有具有同參考點(diǎn)的電路必須裝在同一屏蔽盒內(nèi)。如有引出線, 應(yīng)采用屏蔽線, 其屏蔽層應(yīng)和外殼在同一點(diǎn)接系統(tǒng)參考點(diǎn)。 參考點(diǎn)不同的系統(tǒng)應(yīng)分別屏蔽, 不可共處一個(gè)屏蔽盒內(nèi)。 第41頁(yè)/共69頁(yè) 43/81 抗干擾基本方法 硬件抗干擾措施 切斷干擾傳播路徑 第42頁(yè)/共69頁(yè) 4444/81/81 抗干擾基本方法 硬件抗干擾措施 切斷干擾傳播路徑 第43頁(yè)/共69頁(yè) 45/81 抗干擾基本方法 硬件抗干擾措施 提高

28、敏感器件的抗干擾性能 第44頁(yè)/共69頁(yè) 46/81 抗干擾基本方法 硬件抗干擾措施 提高敏感器件的抗干擾性能 第45頁(yè)/共69頁(yè) 47/81 抗干擾基本方法 軟件抗干擾措施 u數(shù)字濾波 u軟件冗余 u特殊中斷保護(hù) u開關(guān)量輸入輸出的軟件抗干擾 u軟件看門狗 第46頁(yè)/共69頁(yè) 48/81 抗干擾基本方法 軟件抗干擾措施 數(shù)字濾波 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中各種各樣的干擾信號(hào)會(huì)直接導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)的失真，而采樣結(jié)果的真實(shí)特性往往只能從統(tǒng)計(jì)的意義上來描述。在實(shí)際應(yīng)用中必須根據(jù)不同信號(hào)的變化規(guī)律選擇相應(yīng)的濾波數(shù)字模型和算法 。 第47頁(yè)/共69頁(yè) 49/81 抗干擾基本方法 軟件抗干擾措施 軟件冗余 實(shí)際上系統(tǒng)的強(qiáng)干

29、擾往往來源于系統(tǒng)本身，如被控負(fù)載的通斷，狀態(tài)變化等，這時(shí)開關(guān)量信號(hào)多是毛刺狀，且作用時(shí)間很短。但是這種干擾是可預(yù)知的，為避免誤判控制狀態(tài)，在系統(tǒng)要接通或斷開大功率負(fù)載時(shí)，暫停一切數(shù)據(jù)采集，鍵盤掃描等工作，待狀態(tài)正常后再去進(jìn)行后續(xù)操作 。 第48頁(yè)/共69頁(yè) 50/81 抗干擾基本方法 軟件抗干擾措施 特殊中斷保護(hù) 如果CPU執(zhí)行一個(gè)非法操作碼，引起單片機(jī)80C196KC在2010H中斷的發(fā)生。該中斷矢量中含有處理錯(cuò)誤代碼的服務(wù)程序，以防止軟件的崩潰。 當(dāng)程序跑飛時(shí)，有可能進(jìn)入非程序區(qū)。針對(duì)這種情況，可在該區(qū)域設(shè)置軟件陷阱，以攔截跑飛的程序，其方法是在非程序區(qū)全部寫入RST指令，使程序重新進(jìn)入初

30、始入口。 另外，在軟件編程時(shí)，對(duì)于用不完的內(nèi)存空間，可以用空操作指令填滿，并設(shè)置一些跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)到錯(cuò)誤處理程序，幫助程序由軟件錯(cuò)誤中迅速地恢復(fù)。 第49頁(yè)/共69頁(yè) 51/81 抗干擾基本方法 軟件抗干擾措施 程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng) 看門狗實(shí)際上是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，當(dāng)它啟動(dòng)后，每個(gè)狀態(tài)周期其計(jì)數(shù)加1，若在64k個(gè)狀態(tài)周期（12MHz晶振時(shí)約為10.67ms）內(nèi)，沒有通過指令清除它，則計(jì)數(shù)器溢出，使系統(tǒng)復(fù)位，重新初始化。 單片機(jī)必須在64k個(gè)狀態(tài)周期內(nèi)清零監(jiān)視定時(shí)器（“喂狗”），否則監(jiān)視定時(shí)器將復(fù)位單片機(jī)使它從頭執(zhí)行程序。 如果“跑飛”的程序落到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)中, 冗余指令和軟件陷阱都將無(wú)能為力

31、, 這時(shí)可采取WATCHDOG（俗稱“看門狗”）措施。 第50頁(yè)/共69頁(yè) 52/81 特殊濾波技術(shù) 工頻周期濾波技術(shù) 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，信號(hào)受工頻交流電干擾比較大，這種工頻干擾一部分來自電源，一部分來自電磁波，尤其是微弱信號(hào)所受的干擾更大。要采用工頻周期濾波技術(shù)才能濾除這些干擾。 V(mv) T(ms) 2040 0 Y 疊加有工頻干擾的直流電壓信號(hào) 第51頁(yè)/共69頁(yè) 53/81 特殊濾波技術(shù) 工頻周期濾波技術(shù) V(mv) T(ms) 2040 0 Y 疊加有工頻干擾的直流電壓信號(hào) 在20ms內(nèi)，其信號(hào)為正常電平上疊加著一個(gè)工頻信號(hào)，波動(dòng)的范圍為0.5mV放大1 000倍采樣，波動(dòng)的幅度為0.5

32、V。對(duì)這種信號(hào)按算術(shù)平均值法能準(zhǔn)確的反映有效信號(hào)的數(shù)值。 第52頁(yè)/共69頁(yè) 54/81 原理 特殊濾波技術(shù) 工頻周期濾波技術(shù) 設(shè)一個(gè)采樣器的A/D轉(zhuǎn)換器是A/D774，其轉(zhuǎn)換時(shí)間是8s，啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換、讀取結(jié)果和保存結(jié)果等過程花費(fèi)的時(shí)間約為10s，再給10s的延時(shí)，則每點(diǎn)采樣的總時(shí)間為20s。 一個(gè)工頻(50HZ)周期為20ms(20000s)，因此在一個(gè)工頻周期內(nèi)對(duì)一個(gè)選通的信號(hào)可采樣點(diǎn)數(shù)為20000s /20s =1000。 連續(xù)采樣1000次的結(jié)果值，包括了一個(gè)完整工頻周期內(nèi)，由工頻干擾產(chǎn)生的信號(hào)波動(dòng)(擾動(dòng))。然后對(duì)這1000個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均。 設(shè)y為平均值，Xi 為第i次采樣值，則 1

33、000 1 1 1000 i i yX 第53頁(yè)/共69頁(yè) 55/81 特殊濾波技術(shù) 工頻周期濾波技術(shù) 雖然直流信號(hào)的變化很緩慢，但不排除偶然因素造成的一些脈沖，或超出正常幅度的特異信號(hào)； 對(duì)AD774按10V輸入為滿幅值12位輸出時(shí)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系為4096/10，則每0.5V對(duì)應(yīng)值約為205，這個(gè)數(shù)值就是特異點(diǎn)的偏差閾值，考慮到信號(hào)的波動(dòng)性，計(jì)算中使用的閾值Ym略大于205即可。 Ym的初始取值為220。因此在求得采樣數(shù)據(jù)均值y值后，將y與每次采樣值Xi再比較一次。求其絕對(duì)差 ，當(dāng)Y Ym時(shí)，認(rèn)為該點(diǎn)為特異點(diǎn)。 i YYX 第54頁(yè)/共69頁(yè) 56/81 特殊濾波技術(shù) 工頻周期濾波技術(shù) 特異點(diǎn)

34、的數(shù)值不能參與平均，要從數(shù)據(jù)累加和中減去。若共有n個(gè)特異點(diǎn)Xi， Snew為從1000個(gè)采樣值累加和 S 中減去所有特異點(diǎn)值的結(jié)果。則最終均值為： n new S Y 1000 一次采樣的1 000個(gè)點(diǎn)中，特異點(diǎn)一般只有很少幾個(gè)。如果得到的特異點(diǎn)很多，就要檢查附近有沒有高頻噪聲源，如果經(jīng)信號(hào)儀測(cè)試，沒有足以影響采樣的高頻噪聲源，且示波器顯示的信號(hào)噪點(diǎn)很少，就要根據(jù)實(shí)際情況修改計(jì)算用的特異點(diǎn)信號(hào)閾值。如果附近有高頻噪聲源，信號(hào)噪點(diǎn)很多，就要根據(jù)噪點(diǎn)的偏差特點(diǎn)采取另外的濾波算法。 第55頁(yè)/共69頁(yè) 57/81 特殊濾波技術(shù) 工頻周期濾波技術(shù) 意義 ： 工頻周期采樣平均值再加上特異點(diǎn)濾除的濾波方法

35、既考慮了信號(hào)的基本特征(用平均值法實(shí)現(xiàn))，又去除了大于工頻干擾的其他脈沖干擾或激勵(lì)干擾(用消去法實(shí)現(xiàn))使得數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確反映工作參數(shù)。經(jīng)多處現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，效果良好。 第56頁(yè)/共69頁(yè) 58/81 特殊濾波技術(shù) 信號(hào)饋送過程中的抗干擾技術(shù) 傳感器或者一次儀表的輸出信號(hào)要么是毫伏（mV）級(jí)電壓信號(hào)，要么是mA級(jí)電流信號(hào)。對(duì)輸出mA級(jí)電流信號(hào)的采樣，其信號(hào)饋送有兩種方式。 第57頁(yè)/共69頁(yè) 59/81 (1)在每只儀表信號(hào)輸出端上加上一只取樣電阻R，使其輸出電流直接從R上泄放，而從R兩端取得信號(hào)電壓，再饋送到數(shù)據(jù)采集器。其特征：信號(hào)傳輸電流極?。◣孜玻?(2)用絕緣信號(hào)電纜將輸出信號(hào)直接連接到數(shù)據(jù)采

36、集器輸入端。在信號(hào)采集器內(nèi)部加上取樣電阻，進(jìn)行取樣。其特征：信號(hào)傳輸時(shí)帶有較大的電流（毫安級(jí)）。 第2種方式的抗干擾能力明顯優(yōu)于第1種。信號(hào)采集結(jié)果顯示，其數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，特異點(diǎn)明顯減少。 原因：水分析儀表所處環(huán)境電磁干擾非常大。盡管采用絕緣電纜進(jìn)行信號(hào)傳輸，但信號(hào)線上還是不可避免的產(chǎn)生了較大的感應(yīng)電勢(shì)，從而產(chǎn)生了干擾電流。對(duì)電流極小的信號(hào)傳輸來說，這個(gè)干擾電流的影響就比較大，信噪比太小。而對(duì)有較大電流的信號(hào)傳輸，其影響就明顯減小，其信噪比就大得多。從而有較好的信號(hào)質(zhì)量。 信號(hào)饋送過程中的抗干擾技術(shù) 第58頁(yè)/共69頁(yè) 60/81 A/D轉(zhuǎn)換過程中的抗干擾技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器在將各物理量轉(zhuǎn)換成數(shù)字

37、量時(shí)，會(huì)遇到被測(cè)信號(hào)小而干擾噪聲強(qiáng)的情況，干擾來自設(shè)備預(yù)熱、溫度變化、接觸電阻、引線電感、接地，也來自前級(jí)或電源。 進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的干擾從形態(tài)上可分為串模干擾噪聲和共模干擾噪聲。 串模干擾是指迭加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲，即干擾源串聯(lián)在信號(hào)源回路中。 串模干擾 第59頁(yè)/共69頁(yè) 61/81 A/D轉(zhuǎn)換過程中的抗干擾技術(shù) 對(duì)串模干擾的抑制措施 串模噪聲是和被測(cè)信號(hào)疊加在一起的噪聲，可能來源于電源和引線的感應(yīng)耦合，其所處的地址和被測(cè)信號(hào)相同。由于其變化比信號(hào)快，故常以此為特征去考慮抑制串模干擾。 采用積分式或雙積分式的A/D轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)換原理是平均值轉(zhuǎn)換，瞬間干擾和高頻噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響很小。 同步采樣低通濾波法可濾除低頻干擾，例如50Hz工頻干擾。做法是先測(cè)出干擾頻率，然后選取與此頻率成整數(shù)倍的采樣頻率進(jìn)行采樣，并使兩者同步。 第60頁(yè)/共69頁(yè) 62/81 將轉(zhuǎn)換器做小，直接附在傳感器上，以減小線路干擾。 用電流傳輸代替電壓傳輸。傳感器與A/D相距甚遠(yuǎn)時(shí)易引入干擾，用電流傳輸代替電壓在傳輸線上傳輸，然后通過長(zhǎng)線終端的并