采用AVR單片機的小型采暖爐控制系統抗干擾設計

2.4 輸出驅動(dòng)電路的抗干擾

輸出驅動(dòng)采用電磁繼電器方式，通過(guò)電接點(diǎn)帶動(dòng)交流電機或直流電磁鐵，盡管繼電器具有一定的電磁隔離作用，但交流電機或電磁鐵激磁線(xiàn)圈斷開(kāi)時(shí)會(huì )產(chǎn)生高壓反電勢產(chǎn)生串擾。解決的辦法如圖3(a)所示，在交流負載如電機兩端并接一個(gè)高壓電容C2，當驅動(dòng)電路使繼電器接點(diǎn) K斷開(kāi)電機時(shí)產(chǎn)生的高壓反電勢可由并接在電機負載上的電容 C2來(lái)吸收掉。該電容大小應適當，一般取所帶電機中分相電容 C1的十分之一即可。太小作用不明顯，太大則影響分相電容的工作，以致啟動(dòng)力矩太小電機堵轉。

另外繼電器內部的交流 220V接點(diǎn)離繼電器線(xiàn)圈很近，很容易產(chǎn)生靜電干擾，嚴重時(shí)會(huì )使液晶顯示器亂碼。實(shí)踐證明繼電器結構不同其抗靜電干擾能力也不同。應盡量選擇繼電器線(xiàn)圈與接點(diǎn)距離較遠的為好，如圖3(b)中的 J2結構的繼電器(JQX14F系列)等。

2.5 液晶顯示器的抗干擾

顯示電路采用 LCD漢字液晶顯示。LCD液晶顯示與 LED數碼管顯示相比具有信息量大，省電，且連接線(xiàn)路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但液晶顯示的一個(gè)致命弱點(diǎn)是抗靜電干擾能力差，在使用中一旦有較強的干擾信號出現，顯示器就會(huì )出現亂碼或花屏。尤其是有漢字的液晶顯示器花屏出現的機率更高。解決的方法是一方面盡量切斷產(chǎn)生靜電干擾的途徑，另方面是減少液晶顯示器本身產(chǎn)生靜電干擾的條件。其中，后者更為重要。一般液晶顯示器在結構上都有固定液晶顯示器面板的金屬框。如果在安裝時(shí)該金屬框直接接觸外邊的固定表盤(pán)，形成接觸面，使液晶面板會(huì )通過(guò)金屬框及外面固定的金屬表盤(pán)之間產(chǎn)生電容效應，因而靜電干擾不可避免。如圖 4所示，要減少靜電干擾就必須減少電容效應。具體解決的措施是：將開(kāi)孔尺寸拓展到圖中虛線(xiàn)位置。使得顯示器的金屬框遠離儀表機殼，實(shí)測結果電容效應幾乎為零。從而亂碼和花屏現象不再出現。

2.6外部看門(mén)狗與外部時(shí)鐘

看門(mén)狗也稱(chēng)程序監視定時(shí)器。盡管 AVR單片機系統內也有該功能的設置，但在應用實(shí)踐中發(fā)現當干擾嚴重時(shí)該功能會(huì )失效，即系統死機后單片機內部的看門(mén)狗也無(wú)法復位。故有必要在單片機外部單獨設計看門(mén)狗電路。如圖 5所示，由 MC4060芯片及外圍電路構成一個(gè)看門(mén)狗電路。MC4060是一個(gè)帶外接振蕩的 14分頻定時(shí)計數器，R18和 C2時(shí)間常數決定振蕩頻率。采用如圖 5所示的參數時(shí)，該振蕩頻率經(jīng)過(guò) 2秒左右時(shí)間后 14分頻計數器將被記滿(mǎn)，Q14由低電平變高電平經(jīng)三極管 Q3構成的反相器使輸出變?yōu)榈碗娖?，M16單片機被復位。程序正常運行時(shí)，會(huì )在規定的時(shí)間以?xún)?2S左右)由程序向看門(mén)狗 MC4060芯片及時(shí)發(fā)清零(喂狗)信號，使定時(shí)計數器還沒(méi)有記滿(mǎn)就被清除，故不會(huì )產(chǎn)生復位信號;當程序“跑飛”時(shí)，看門(mén)狗便不能在規定的時(shí)間內得到清除(喂狗)信號，則看門(mén)狗將使 M16單片機復位使程序重新開(kāi)始工作。

為配合看門(mén)狗在控制器死機后的復位工作，如圖 5所示控制器的系統時(shí)鐘由外部的時(shí)鐘專(zhuān)用集成電路 DS1307提供，AVR單片機內部時(shí)鐘資源僅對程序中的延時(shí)變量提供相對時(shí)間。這樣的好處是當看門(mén)狗一旦使系統復位，AVR內部時(shí)鐘必然要清零，而外部系統時(shí)鐘不會(huì )被清零，不影響控制器定時(shí)啟動(dòng)或定時(shí)停止等項功能的實(shí)施。另外，外部時(shí)鐘 DS1307芯片耗電極省僅需 0.5微安，而內部時(shí)鐘即使在省電模式下也需要幾毫安以上。若用小型 20mAh容量鋰電作電源后備，掉電后外部專(zhuān)用時(shí)鐘可在幾年內信息不丟，而內部時(shí)鐘不到一天就沒(méi)電了。

3.結束語(yǔ)

在設計開(kāi)發(fā) A VR單片機在工業(yè)控制系統中的應用中，抗干擾是一個(gè)不能繞過(guò)去的現實(shí)課題。要解決該課題，熟悉常用的抗干擾措施是一個(gè)重要前提。但由于干擾因素多，控制對象及所要求的控制功能不盡相同，所以抗干擾措施并沒(méi)有固定模式，只能在實(shí)踐中通過(guò)不斷摸索來(lái)篩選更合理更有效的方案。本文所述的抗干擾措施是一點(diǎn)實(shí)踐經(jīng)驗的總結，供參考。

本文創(chuàng )新點(diǎn)：1.在 DS18B20數據線(xiàn)上接阻容電路;2.在電源的輸入端并聯(lián)壓敏電阻以吸收尖峰電壓;3.加大液晶顯示器開(kāi)孔尺寸以減少它本身產(chǎn)生靜電干擾。