單片機測控系統中的抗干擾技術

摘要：微機測控系統的應用有效地提高了生產效率，改善了工作條件、大大提高了控制質量與經濟效益。微機測控系統應用的可靠性、安全性成為一個非常突出的問題，人民日益關心的課題，這不僅具有一定的科學理論意義而且具有現實意義。

關鍵詞：單片機;測控系統;抗干擾

隨著科學技術的迅速發展，人們對單片機測控系統的各種性能要求越來越高。而系統的可靠性更倍受人們的關注，這是因為系統的可靠性決定了系統能否實現對目標的精確測控。這就要求我們在設計測控系統時應根據現場具體情況，認真分析可能存在的干擾源，在硬件設計、印刷電路板設計、軟件設計等方面采取相應的抗干擾措施。就單片機測控系統而言，其主要干擾是來自電源和信號傳輸通道的干擾。

一、抗電源干擾的措施

在工業現場，大部分單片機測控系統通常沒有專線供電，而是由市電供電。市電網絡的干擾因素很多，如雷電、大容量負載的起停、瞬時斷電及停電等，都會造成電源瞬間欠壓、過載，以致產生浪涌、下陷、尖峰等干擾，使系統不能正常工作。實踐證明，測控系統因外部干擾引起的故障中，80%以上是因電源干擾產生的。因此，抑制電源干擾，提高電源供電質量是保證系統正常工作的關鍵。

1.1用濾波器抑制高頻干擾

市電中含有多種高次諧波，它們很容易經電源進入單片機系統，還有一些射頻發射、電磁波等也會由電源線感應反饋入單片機測控系統造成干擾。因此，在電源電路中必需采取有效地濾波措施，來抑制這些高頻干擾的侵入。電源濾波的一般方法是在電源變壓器初、次級分別設置低通濾波器和線間電容濾波器，使50Hz市電基波通過，而抑制掉高頻信號。此外在變壓器的初、次級之間均采用屏蔽層隔離，其中初級屏蔽層接大地，次級屏蔽層接系統邏輯地，以減少其分布電容，提高抗共模干擾的能力。圖1給出了一種典型的低通濾波器電路。

1.2用浪涌吸收器抑制尖峰、浪涌電壓

壓敏電阻是最常用的半導體式浪涌吸收器。壓敏電阻兩端的電壓如果超過其限定值時，其電流就會迅速增大，此時壓敏電阻呈短路狀態，利用這一特點，可以在電源變壓器初、次級并聯壓敏電阻，就能有效的吸收瞬間尖峰、浪涌電壓，使電源干擾造成單片機測控系統程序失控的可能性大大減小。

二、單片機測控系統的抗干擾技術

2.1硬件抗干擾技術

2.1.1干擾源

所謂干擾源具體指的是電源干擾，一般來講，主要是因為雷電或是大規模設備的大動作所引起的電源欠壓或是過壓，亦或是浪涌與下陷等多種形式的干擾。在這種情況下，按照干擾源的不同，可以采用以下兩種方法。

1）將壓敏電阻接入到交流電網進線端能夠有效地規避干擾。這樣一來，不僅可以防雷，同時還能夠對因為浪涌所引發的電壓進行有效吸收。

2）受電源干擾的主要原因就是高次諧波，因此，應當將低通濾波器接入其中，進而抵抗干擾。其中，50HZ市電利用低通濾波器能夠將高次諧波過濾，進而對電源的波形進行有效地改善。但是，如果是處于低壓情況，若濾波器有大電流通過，則應當使用濾波網絡，主要由小電感和大電容構成。若濾波器處于高壓工作狀態，則需要使用由小電容和最大允許電感組成的濾波網絡。

2.1.2干擾傳播途徑抗干擾

當信號通道在傳輸線與外部設備連接的狀態下，因為傳輸介質主要是傳輸導線與輸入輸出通道信號量，無論是模擬量還是數字量，必然會有一定的干擾進入到通道內部。因而，需要積極采取措施予以規避。

1）傳輸線應該盡可能遠離功率較大的器件，與此同時，為了避免長傳輸線的干擾，需要使用屏蔽線，并積極采用光耦方式，以保證長傳輸線能夠全部浮置。

2）針對數字量抗干擾設計，需要使用光電隔離與繼電器隔離的方法。其中，光電隔離可以對尖峰脈沖和不同噪聲干擾進行有效地抑制，而繼電器隔離主要是針對啟停負荷不大的情況。如果設備不要求速度，那么實際的效果會高于光電隔離。

2.2軟件抗干擾技術

2.2.1數字濾波

1）中位值濾波的方法。確保連續N次采樣，并且根據大小進行排列，選擇中間值作為有效數值。這種方式最主要的優點就是能夠對偶然因素所導致的波動干擾予以克服，但同樣也具有一定的缺點，具體表現在測量速度變化較快的參數方面并不適用。

2）限幅濾波的方法。這種方法是按照個人經驗判斷，便于對兩次采樣允許最大偏差數值進行確定。若在每一次檢測全新數值的時候，本次值和上次值的差異不超過最大的偏差數值，就說明本次值具有有效性，反之則無效，需要放棄，而使用上次值進行替代。這種方法的主要優勢就是可以對偶然因素所引發的脈沖干擾予以克服。但是，缺點主要表現在難以對周期性干擾進行控制，而且數據平滑度不理想。

2.2.2軟件冗余技術

在CPU受到干擾以后，就會將操作數當作指令執行，最終導致程序出現混亂的情況。而很多單片機指令都不多于三個字節，所以，單字節指令比較常見。由此可見，應當在關鍵位置添加單字節的指令，進而確保被彈飛的程序可以在短時間內恢復到正確控制范圍之內。

2.2.3軟件陷阱的設置

一旦程序受干擾，就會進入到非程序區域，所以，需要對應用相關指令將捕獲亂飛的程序導入至復位程序區域的入口位置。而在此位置，也會安排能夠把程序轉移到由于出錯而處理的程序，在這種情況下，系統就能夠正常地執行程序要求。

三、結語

單片機測控系統中的抗干擾技術主要可以劃分成硬件與軟件干擾技術，必須將兩者相互結合，才能夠確保系統在復雜的現場環境中經受長期的檢驗，最終增強抗干擾的效果。

參考文獻：

[1]高源.軟件抗干擾技術在煤礦用單片機測控系統中的應用[J].煤炭技術，2014，33（3）：239-240.

[2]吳秋寧，邵建龍，呂英英，等.提高單片機測控系統的抗干擾能力的研究[J].電子測量技術，2010，33（2）：63-66.

（作者單位：遼寧科技學院）

作者簡介：孫娜 1985年11月 女 漢族 ?遼寧本溪 講師 研究生 研究方向：智能控制。