單片機應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

隨著工業(yè)控制的發(fā)展，單片機應(yīng)用系統(tǒng)以其高性價比逐步取代模擬式控制系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。應(yīng)用現(xiàn)場存在著各種干擾源，對單片機應(yīng)用系統(tǒng)的工作影響很大，在實驗室里設(shè)計好的控制系統(tǒng)，安裝調(diào)試時完全符合設(shè)計要求，而置入現(xiàn)場后，系統(tǒng)常常無法正常穩(wěn)定地工作。干擾雖不能直接造成硬件的損壞，但常使計算機不能正常運行以致控制失靈，造成設(shè)備和生產(chǎn)事故。因此，為了保證設(shè)備在實際應(yīng)用中可靠地工作，從系統(tǒng)設(shè)計開始就必須充分考慮到對系統(tǒng)抗干擾性能的要求。

1 干擾源、干擾途徑和干擾的影響

1.1 應(yīng)用系統(tǒng)自身干擾源及干擾途徑

應(yīng)用系統(tǒng)自身干擾源是因在設(shè)計系統(tǒng)時對某些問題考慮不全面，如元器件布局不合理、電路工作不可靠、元器件質(zhì)量差等，形成諸如電阻熱噪聲干擾、半導(dǎo)體散粒噪聲干擾、接觸噪聲干擾、過程通道干擾、公共電阻形成的干擾等。這些干擾現(xiàn)象隨流動元器件電流增大越加明顯，這些噪聲電流通過系統(tǒng)自身電路和通道而影響系統(tǒng)，其結(jié)果是使系統(tǒng)控制精度下降。

1.2 電磁干擾源及干擾途徑

工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾源很多，如動力斷路器斷弧過程中的多次復(fù)燃、電磁鐵線圈電感和分布電容的諧振、大電流電弧的電磁輻射、工頻輸電線附近所存在的強大交變電場和磁場以及來源于太陽等天體輻射的電磁波、雷電和地磁場的變化都可歸結(jié)為電磁干擾。干擾信號通過導(dǎo)線或回路之間的互感耦合、電容耦合進(jìn)入控制系統(tǒng)。電磁干擾造成的后果輕者使控制系統(tǒng)產(chǎn)生誤差，重者將使系統(tǒng)不能正常工作。

1.3 供電系統(tǒng)干擾

由于工業(yè)現(xiàn)場運行的大功率設(shè)備眾多，特別是大感性負(fù)載設(shè)備的啟停，使得電網(wǎng)電壓大幅度浪涌與下陷，有時會出現(xiàn)長時間的過壓、欠壓和短時間的尖峰電壓，他們十分方便地以線路傳輸形式經(jīng)電源線進(jìn)入控制系統(tǒng)，其中過壓干擾是單片機控制系統(tǒng)最為惡劣的干擾。

1.4 干擾產(chǎn)生的后果

干擾常使系統(tǒng)程序跑飛，造成死機，數(shù)據(jù)采集誤差加大或數(shù)據(jù)發(fā)生變化，控制狀態(tài)失靈，系統(tǒng)被控對象不穩(wěn)定或誤操作等。

2 應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù)

硬件抗干擾總的原則是消除干擾源、切斷干擾侵入途徑和設(shè)計低噪聲電路。

2.1 電磁干擾的抑制措施

工業(yè)微機系統(tǒng)比一般計算機更多地受著各種電磁場干擾的影響。電磁場干擾可能來自系統(tǒng)外部，也可能來自系統(tǒng)內(nèi)部，抑制電磁干擾的主要手段就是采取屏蔽。方式有兩種：一是將易干擾的電路或設(shè)備等屏蔽起來，以防接收輻射干擾；另一種是將輻射源屏蔽起來，防止輻射出干擾影響其他電路。另外，系統(tǒng)可以浮置(如信號地不接機殼或大地)來阻斷干擾電流的通路，設(shè)備內(nèi)部具有輻射能力的電路要獨立遠(yuǎn)置，以減少對其他電路的影響。

2.2過程通道干擾的抑制

(1) 光電耦合隔離，采用光電耦合可以切斷主機與前向、后向通道電路以及其他主機電路的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入主機，同時對抗共地干擾也有好處。

(2)雙絞線傳輸，雙絞線能使各小環(huán)路的電磁感應(yīng)干擾相抵消，對電磁場干擾、共模噪聲有一定的抑制效果。

(3)長線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ?，要求信號源的輸出阻抗、傳輸線的特性阻抗與接收端的輸入阻抗相等。否則，信號在傳輸線上會產(chǎn)生反射，造成失真。

2.3 印制電路板的抗干擾設(shè)計

電路板是微機系統(tǒng)中器件、信號線、電源線高密度集合體，對抗干擾性能影響很大，電路板設(shè)計、布線及接地不妥可能使整個系統(tǒng)無法正常運行。

(1)印制電路板：大小要適中。過大時，印刷線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也高；過小，散熱不好，且易受干擾。盡量使用多層印制板，保證良好的接地網(wǎng)，減少地電位差。