淺析避免單片機控制系統干擾的措施

郭太君

沈陽工學院

淺析避免單片機控制系統干擾的措施

郭太君

沈陽工學院

單片機控制系統在機械生產中應用廣泛，其具有擴展性好、生產效率高的優勢。但單片機控制系統在工作環境中易受其他因素干擾，影響工作效果。本文分析了單片機控制系統的干擾源，并提出通過硬件和軟件措施提高其抗干擾性，以此保證工業生產活動的有序進行。

單片機 控制系統 干擾源 措施

1 引言

單片機具有體積小，成本低，使用便捷等特點，在工業生產、機械制造、科研系統中都得到廣泛應用。但是在惡劣的工作環境下，單片機控制系統易受不良因素，例如：電源波形畸變、電磁設備停止等情況，都將導致單片機控制系統工作效率降低。因此，提高單片機的安全可靠性具有一定的意義。避免單片機控制系統受干擾，首先需要分析系統的干擾源，在設計單片機控制系統的過程中做好系統控制工作，采取硬件和軟件措施有效避免干擾因素，促進單片機控制系統發揮出做大的應用價值。

2 單片機控制系統的干擾源

單片機控制系統的干擾源主要是現場干擾源和系統自身的干擾源。其中工作現場干擾源來自電磁的干擾。電磁干擾包括輻射干擾和傳導干擾兩部分，二者都是伴生存在的，在干擾和吸收之間相互轉換。輻射電磁干擾通過多種途徑進行傳播，在實際工作環境中，設備的電纜或外殼縫隙，還有導線都將成為輻射電磁干擾的傳播路徑。傳導電磁干擾通過金屬、變壓器等途徑傳播?，F場干擾源中的電磁干擾通過能量傳遞到測控系統中，干擾測控系統的磁場。現場干擾源還包括電容性耦合干擾，其主要通過電路或者導線的分布為媒介，通過干擾信號進入單片機測控系統中影響系統的正常工作。單片機控制系統自身的干擾源主要是為與系統外部實現區分，單片機控制系統內部的材料部件會產生噪聲干擾，系統中元件布局不合理或質量不合格等因素都將形成單片機控制系統自身的干擾源。其中產生的噪聲干擾包括散粒噪聲和熱噪聲。其中散粒噪聲主要受半導體元件影響，通過晶體管進行隨機擴散，并在電子和空穴中發生碰撞形成。熱噪聲主要受電阻影響，由電子的熱運動發生于電阻兩端形成的噪聲。單片機控制系統的現場干擾源和系統自身干擾源都對其順利工作產生不利影響，因此，需要采用有效的措施進行避免。

3 避免單片機控制系統干擾的措施

3.1 硬件措施

避免單片機控制系統受干擾可以采取接地、隔離、安裝屏蔽結構、濾波、控制反電勢等措施。根據單片機控制系統應用的實際情況，結合電壓、電流等因素，綜合設計接地。受信號影響，弱信號接地主要表現為將單片機控制系統中的信號弱的回路與控制回路等部分與直流電流綁定在一起，形成實際工作地。功率接地是指將單片機控制系統中的電磁閥等元件與功率大的電路元件共同構成功率接地，降低系統受弱信號回路的干擾的消極影響。當變壓器的初級線圈有屏蔽層是，將變壓器的初級繞組交流零線與屏蔽層連接，保證兩者處于同一屏蔽層中形成變壓器屏蔽層接地。采用同軸電纜或雙絞線接地，減少單片機控制系統受電磁干擾的程度，保證工作地上的接地點與屏蔽部件的有效連接。單片機控制系統中避免干擾的硬件隔離措施包括物流隔離和光電隔離，物理隔離時常應用于隔離小信號低電平，保證信號與功率導線的距離。光電隔離表示在相同設備中兩種信號導線需要分開走線，保證信號電纜的分開，達到最佳的隔離效果。屏蔽結構具有吸收和反射來降低電磁波能量的作用，將金屬板等屏蔽結構安裝與單片機控制系統中降低其受電磁干擾的影響。將莫合金等材質應用于低頻磁場的制作屏蔽結構中，將導電率高的材質應用于高頻磁場的制作屏蔽結構中。保證屏蔽結構發揮出最大的功效。濾波的抗干擾硬件措施主要表現為利用濾波電容來降低負載變化的干擾因素，削弱濾波電容和噪聲高頻分量達到抗干擾效果。大電感量的元件在單片機控制系統的工作過程中易產生反電勢造成一定的破壞，有效的控制反電勢需要采取將線圈兩端并聯電阻元件的措施，在形成交流電后，將電容和電阻構成旁路。

3.2 軟件措施

避免單片機控制系統受干擾可以采取攔截技術和程序監視技術兩種軟件措施。其中攔截技術主要是通過軟件攔截達到提高單片機控制系統抗干擾性的目的。實際操作內容表現為將單字節指令或指令冗余應用于程序中。在雙字節或三字節指令的前后拆入兩條單字節指令，保證其指令不被失控程序拆開，維持穩定的工作。單字節指令主要應用于單片機控制系統的重要指令中，保證程序的正確流向，主要是SJMP、CJNE等指令。當軟件攔截技術失控時，則需要采用程序監視技術。其屬于軟件和硬件結合來避免單片機系統受干擾的措施。其中的硬件部分是指用產生定時的計數器元件，并進行獨立工作，將其輸出端連接在CPU的復位線上，起到防止定時溢出的作用。

4 結語

單片機控制系統的干擾問題已經影響其在實際生活中的應用價值。為提高單片機控制系統的工作效率，保證其能順利運行，需要充分了解系統的干擾源，采取硬件措施和軟件措施進行有效的預防，促進單片機控制系統在各大領域的健康發展。

[1]張楠.單片機控制系統的抗干擾設計探析[J].湖北郵電技術,2014(1):36-36

[2]史玲.單片機控制系統的抗干擾設計[J].產業與科技論壇,2014(22):63-64