基于單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)抗干擾的硬件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)抗干擾的硬件設(shè)計(jì)Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｈａｒｄｗａｒｅｂａｓｅｄｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ０１３ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆ蔣萌輝Ｊｉａｎｇ，Ｍｅｎｇｈｕｉ摘要：以８０Ｃ５１系列單片機(jī)作為下住機(jī)的分布式微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)為研究對(duì)象，在提出干擾主要竄八渠道的基礎(chǔ)上，從供電系統(tǒng)、輸八輸出通道等方面介紹了抗干擾的硬件設(shè)計(jì)方法．關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；干擾豫；抗干擾；硬件中圖分類號(hào)：ＴＰ２７４文件標(biāo)識(shí)碼：Ａ３電源系統(tǒng)的抗干擾措施３１系統(tǒng)電源采用能抑制交流電源１：擾的系統(tǒng)電源，如圖１所示ＬｔＬ３文章編號(hào)：１００８－０５７０（２００４）０２－００３５－０２Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆａｓｍｓｅａｆ℃ｈａｓｏｂｊ∞ｌｔｈｅ㈣ｍｏｆａｃｃｅｓｓａｎｄｉｎｃｏｎｔｒｏｌｕｎｄｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐｄｅｓｉｇｎｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｌａｙｅｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｈａｒｄｗａｒｅｏｕｔｐｕｔｍｅｔｈｏｄｓａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ圖１抑制＿Ｔ擾的系統(tǒng)電源ｏｆｉｎｐｕｔｏｒｆｒｏｍｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｎｏｆｅｌｅｅｔｒｉｃｉｔｙ、ｔｉｌｅＴ為瞬間電壓抑制器．可有效地吸收電網(wǎng)的過(guò)壓和浪涌電壓干擾；由電感ｋ、ｋ和電容ｃ。組成的高頻濾波器抑制高頻干擾；由電感ｌ。、Ｌ４和電容ｃ：組成的低頻濾波器可以吸收電源的低頻十?dāng)_：ｊ＃在電源進(jìn)線測(cè)配用幣間斷電源ＵＰＳ．保證電源的穩(wěn)定性和供電的連續(xù)性．３２直流穩(wěn)壓電源以開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源代替各種穩(wěn)壓電源，電源分別對(duì)各個(gè)系統(tǒng)功能塊供電，各個(gè)功能塊單獨(dú)對(duì)電壓過(guò)載保護(hù)．從而減少了公共電源和公共阻抗的相互耦臺(tái)，提高了電源的抗干擾性和可靠性，并有利于電源散熱．３ｅｒｅ，ｂａｓｅｄｅｘｐｏｕｎｄｉｎｇｔｈｅｍａｉｎｄｉｓｈｏｆｉｎｔｒｕｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｌｎｇｌｅ－ｃｈｌｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｔｈｅｓｌｏｎ；ａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ｈａｒｅＷａｒｅｓｏｌｌｒｕｌｅｏｆＩｎｔｒｕ—１引言微機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)一般處于應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜惡劣的丁業(yè)牛產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)．系統(tǒng)在正常運(yùn)行州可能會(huì)遇到系統(tǒng)設(shè)訓(xùn)時(shí)未曾預(yù)料到的干擾．它是影響系統(tǒng)可靠性最常見、最主要目素，其影響豐要表現(xiàn)在２個(gè)方面：一是影響軟件的正常執(zhí)行．使程序執(zhí)行紊亂．產(chǎn)生“飛程序”．二是影響采集數(shù)據(jù)的精度，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)偏離設(shè)計(jì)要求．導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果，使系統(tǒng)控制Ｈｉ可靠．系統(tǒng)的抗干擾措施可以從硬件和軟件兩方面著手解決本文以分布式微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)為例，主要討論下位機(jī)采用８０Ｃ５１系列單片機(jī)為核心處理器的測(cè)控系統(tǒng)的硬件抗千擾技術(shù)．３采用過(guò)零脈沖檢測(cè)技術(shù)本單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)存在有大功率電機(jī)頻繁啟動(dòng)，這將嚴(yán)重污染電剛電壓．造成系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，從而影響控制精度系統(tǒng)采用過(guò)零脈沖檢測(cè)技術(shù)來(lái)采集數(shù)據(jù)．其過(guò)零脈沖發(fā)生器電路圖見圖２．正弦交流電頻率為５０ＨＺ．每秒鐘有１００個(gè)電壓零點(diǎn)．ＬＭ３１１電壓比較器的輸入信號(hào)取自交流電全波整流以后的Ａ點(diǎn)，“的波形如圖３（ａ）所示．ＬＭ３兒的輸入電平取自４．７Ｋ１）和２２１）電阻的分壓．其值小于ｌｖｕ。端輸出每秒鐘產(chǎn)生１００個(gè)過(guò)零脈沖波形，見圖３（ｂ），利用這一過(guò)零脈沖作為數(shù)據(jù)采集的申請(qǐng)信號(hào)。此時(shí)電網(wǎng)電上匠為零，基本上排除了電網(wǎng)的波動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)采集的干擾。２干擾源根據(jù)干擾竄入系統(tǒng)渠道的不同．主要分為三類，第一是空間（電磁場(chǎng)干擾）ｔ各種高頻干擾信號(hào)可以產(chǎn)生強(qiáng)大的電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及電磁輻射，這些干擾可以不經(jīng)過(guò)接觸而卣接進(jìn)入測(cè)控系統(tǒng)；第二是輸入輸出通道引入的干擾；單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)輸入輸出通道與被測(cè)控對(duì)象進(jìn)行信號(hào)交換．由此引往引入的干擾影響大且危害重：第三是電源干擾：工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大功率設(shè)備的肩停，引超電源過(guò)電壓、欠電壓、波形畸變和尖峰干擾等，這監(jiān)干擾直接影響測(cè)控系統(tǒng)的工作電源的穩(wěn)定性所有干擾的形成都需要同時(shí)具備三個(gè)要素：干擾源，二Ｆ擾的傳播途徑和對(duì)干擾敏感的接收電路三者之間的聯(lián)系為：Ｕｅ＋５Ｖ圖２過(guò)零脈沖發(fā)生器電路干擾的形成三個(gè)要素提示了解決干擾的措施．只要破壞干擾三要素中的仟一要素的存在．就會(huì)消除干擾，從而測(cè)控系統(tǒng)就不會(huì)受到干擾影響。達(dá)到抗干擾的日的基金項(xiàng)目：福建省林業(yè)廳科學(xué)基金資助項(xiàng)目（２００１—１２４輸入輸出通道的抗干擾措施４．１通道隔離技術(shù)由于輸入輸出通道直接與外部設(shè)備相連，因此無(wú)論是數(shù)字量的輸入輸出通道．還是模擬量的輸入輸出通道，都是干擾竄入萬(wàn)方數(shù)據(jù)＠…一毒茗紫篇。：ｈ玉ｔｔ蝴ｐ：／“ｖｗ，ｗ∞．ａ元ｕｔｏ，ｃ年ｏｎ‘ｒ，ｏ，１．。ｎ一的渠道．所咀去掉外部設(shè)備與輸入輸出之間的公共線路，實(shí)現(xiàn)彼此隔離對(duì)于數(shù)字量來(lái)說(shuō)．可以采用光電耦合器、繼電器等隔離，并使用ＩＲＣ電路濾波和施密特電路整形等；對(duì)以模擬量來(lái)說(shuō)，可以采用光電耦臺(tái)器、隔離變壓器、隔離放大器和差動(dòng)放大器等隔離。Ｕ＾在設(shè)計(jì)中應(yīng)做到：印刷電路板的尺寸大小適中；數(shù)字信號(hào)輸入端與模擬信號(hào)輸入端應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，且二者的地線不要相混；電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，電源線和接地線盡可能加粗７．２其它方面的設(shè)計(jì)在印刷電路板關(guān)鍵部位（如在電源輸入端跨按１０一１００“Ｆ的電解電容）配置去耦電容；對(duì)于ＣＭＯＳ芯片的末使用端碰強(qiáng)制接地或接ｌＥ電源．—圖３ｕ。和ｕ。的波形８結(jié)束語(yǔ)抗干擾設(shè)計(jì)是測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)除了采用硬件的抗干擾技術(shù)外，還應(yīng)結(jié)合軟件的抗干擾，從而完善整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求參考文獻(xiàn)『１１李杜青。劉弟楷．黎洪生工業(yè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制［Ｍ］北京：氣象出版社，１９９５．４．２長(zhǎng)線傳輸抗干擾技術(shù)在輸入輸出通道巾．由于系統(tǒng)的主頻較高，當(dāng)導(dǎo)線的長(zhǎng)度和在它上面?zhèn)鬏數(shù)男盘?hào)波長(zhǎng)接近時(shí)，導(dǎo)線就要當(dāng)作Ｋ線來(lái)處理，即存在“傳輸長(zhǎng)線效應(yīng)”，會(huì)使傳輸信號(hào)在長(zhǎng)線卜因阻抗不匹配而出現(xiàn)反射．使得傳輸信號(hào)發(fā)生失真和畸變．可以采用始端串聯(lián)阻抗匹配、終端并聯(lián)阻抗匹配和終端二極管嵌位匹配等方法使阻抗匹配．消除傳輸線中波形反射而造成的信號(hào)失真４［２】李朝青．李如瑋，凌澤軍，李永銘．計(jì)算機(jī)期ｌ控系統(tǒng)的抗十?dāng)_設(shè)計(jì)冊(cè)．計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究．１９９９，１６（１２）：１０１－１０３．【３】單片機(jī)原理及接口技術(shù)【明北京：北京航空航天大學(xué)出版社，１９９９３采用雙絞線使用雙絞線傳輸，波阻抗高，抗干擾能力強(qiáng)，雙絞線能使各個(gè)小環(huán)路的電磁感應(yīng)干擾互相抵消．所以雙絞線對(duì)電磁干擾有一定的抑制作用．作者簡(jiǎn)介：蔣萌輝（１９６８年６月生），女．福建長(zhǎng)樂市人，講師，學(xué)士，主要研究方向：計(jì)算機(jī)在工業(yè)控制等方面的應(yīng)用研究?，F(xiàn)在福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院從事教學(xué)與科研工作。電話：０５９１—３７５０５８６Ｈ．手機(jī)：１３１５９４３０８６２，Ｅ—ＭＡＩＬ：ｊｉａｎｇｒｎｅｎｇｈｕｉ＠２１ｃｎｍｍ（３５徹０２福建省福州市福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院辦公室）蔣萌輝（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＦｕＪｌａｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙ５空間的抗干擾措施５１屏蔽技術(shù)用導(dǎo)電或?qū)Т藕玫牟牧蠈⑿璺雷o(hù)干擾的部分包起來(lái)．把空間的干擾源屏蔽．阻斷電力線或磁力線入內(nèi)造成干擾．５．２浮空技術(shù)從理論上講．一個(gè)控制系統(tǒng)所有接地點(diǎn)間及大地之間應(yīng)具有零阻抗．但在實(shí)際中往往不可能達(dá)到，故采用浮守技術(shù)，即將控制系統(tǒng)中的檢測(cè)、主機(jī)、輸出各環(huán)節(jié)間實(shí)行電隔離并與大地隔離，相互之間不存在公共地線，阻斷共地線竄入的干擾，對(duì)抑制干擾有明顯效果Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ，州ｉ∞３５０００２，Ｃｈｉｎａ）ｆ收稿日期：２００３９２１Ｊｌａｎｇ，Ｍｅｎｇｈｕｉ（接第８８頁(yè)）設(shè)計(jì)了電源、信號(hào)濾波、線性化處理等電路；數(shù)據(jù)的線性化采用軟件實(shí)現(xiàn)；為了有效的實(shí)現(xiàn)抗干擾，硬件方面使用了一些比較精確的電源，模擬電路盡量簡(jiǎn)潔．使用了有源濾波電路?？撮T狗電路及自動(dòng)復(fù)位電路等，軟件方面采用指令冗余，軟件陷阱。軟件看門狗等。鍵盤廈顯示則采用了非編碼矩陣鍵盤中斷掃描方式和６位ＬＥＤ動(dòng)態(tài)顯示。報(bào)警則以光聲報(bào)警結(jié)臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂撇糠种皇呛?jiǎn)單地使用了電平控制。該系統(tǒng)已在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功，通用性強(qiáng)．能用于工控領(lǐng)域的溫度壓力控制。參考文赫：ｆ１１張毅剮等．ＭＣＳ－－５１單片機(jī)應(yīng)用設(shè)刊哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，２００２６接地系統(tǒng)的抗干擾措施單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中有三種不同的地線，第一是安全接地：其作用是當(dāng)電路系統(tǒng)中的電源系統(tǒng)一旦出現(xiàn)敲障時(shí)．用來(lái)保護(hù)人身和設(shè)各安全：第二是電源接地：作為單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)直流的回路：第三是信號(hào)接地：用作信號(hào)的參考點(diǎn)。由于存在不同的接地線．測(cè)控系統(tǒng)中可能同時(shí)存在幾個(gè)接地點(diǎn)．這些接地點(diǎn)可能處于相同電位，也可能處于不同電位．接地點(diǎn)的電位會(huì)引起系統(tǒng)的檢測(cè)誤差，所以測(cè)控系統(tǒng)中，這三種接地點(diǎn)往往接在同一點(diǎn)上，這個(gè)公共點(diǎn)接在一根導(dǎo)線Ｅ．這根導(dǎo)線或者通過(guò)原來(lái)電源系統(tǒng)電路或者直接通過(guò)打八地下的金屬棒接到大地．要求系統(tǒng)的接地點(diǎn)到大地之間的阻抗非常低。ｆ２１陳光東等單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)．武漢：華中理工大學(xué)出版社．１９９９作者簡(jiǎn)介：楊帆，女，生于１９６６，漢族，副教授，碩士畢業(yè)于武漢理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)．主要從事自動(dòng)化儀器儀表及控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)。聯(lián)系電話：０２７—８７１９５１６８（Ｈ），１３９７１５０７９２１７提高單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)自身抗干擾措施無(wú)論采取何種抗干擾措施也無(wú)法完全消除外界進(jìn)入單片機(jī)的干擾信號(hào)，因此必須提高系統(tǒng)自身的抗干擾能力。使其能在具有定干擾的環(huán)境中正常工作．７．１印刷電路的設(shè)計(jì)印刷電路板是元器件、