單片機應用系統的抗干擾技術(shù)

隨著(zhù)工業(yè)控制的發(fā)展，單片機應用系統以其高性?xún)r(jià)比逐步取代模擬式控制系統，被廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域。應用現場(chǎng)存在著(zhù)各種干擾源，對單片機應用系統的工作影響很大，在實(shí)驗室里設計好的控制系統，安裝調試時(shí)完全符合設計要求，而置入現場(chǎng)后，系統常常無(wú)法正常穩定地工作。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，造成設備和生產(chǎn)事故。因此，為了保證設備在實(shí)際應用中可靠地工作，從系統設計開(kāi)始就必須充分考慮到對系統抗干擾性能的要求。

1 干擾源、干擾途徑和干擾的影響

1.1 應用系統自身干擾源及干擾途徑

應用系統自身干擾源是因在設計系統時(shí)對某些問(wèn)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、半導體散粒噪聲干擾、接觸噪聲干擾、過(guò)程通道干擾、公共電阻形成的干擾等。這些干擾現象隨流動(dòng)元器件電流增大越加明顯，這些噪聲電流通過(guò)系統自身電路和通道而影響系統，其結果是使系統控制精度下降。

1.2 電磁干擾源及干擾途徑

工業(yè)現場(chǎng)的電磁干擾源很多，如動(dòng)力斷路器斷弧過(guò)程中的多次復燃、電磁鐵線(xiàn)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(xiàn)附近所存在的強大交變電場(chǎng)和磁場(chǎng)以及來(lái)源于太陽(yáng)等天體輻射的電磁波、雷電和地磁場(chǎng)的變化都可歸結為電磁干擾。干擾信號通過(guò)導線(xiàn)或回路之間的互感耦合、電容耦合進(jìn)入控制系統。電磁干擾造成的后果輕者使控制系統產(chǎn)生誤差，重者將使系統不能正常工作。

1.3 供電系統干擾

由于工業(yè)現場(chǎng)運行的大功率設備眾多，特別是大感性負載設備的啟停，使得電網(wǎng)電壓大幅度浪涌與下陷，有時(shí)會(huì )出現長(cháng)時(shí)間的過(guò)壓、欠壓和短時(shí)間的尖峰電壓，他們十分方便地以線(xiàn)路傳輸形式經(jīng)電源線(xiàn)進(jìn)入控制系統，其中過(guò)壓干擾是單片機控制系統最為惡劣的干擾。

1.4 干擾產(chǎn)生的后果

干擾常使系統程序跑飛，造成死機，數據采集誤差加大或數據發(fā)生變化，控制狀態(tài)失靈，系統被控對象不穩定或誤操作等。

2 應用系統的硬件抗干擾技術(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計低噪聲電路。

2.1 電磁干擾的抑制措施

工業(yè)微機系統比一般計算機更多地受著(zhù)各種電磁場(chǎng)干擾的影響。電磁場(chǎng)干擾可能來(lái)自系統外部，也可能來(lái)自系統內部，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備等屏蔽起來(lái)，以防接收輻射干擾；另一種是將輻射源屏蔽起來(lái)，防止輻射出干擾影響其他電路。另外，系統可以浮置(如信號地不接機殼或大地)來(lái)阻斷干擾電流的通路，設備內部具有輻射能力的電路要獨立遠置，以減少對其他電路的影響。

2.2過(guò)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(guò)程通道進(jìn)入主機，同時(shí)對抗共地干擾也有好處。

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

(3)長(cháng)線(xiàn)傳輸的阻抗匹配，要求信號源的輸出阻抗、傳輸線(xiàn)的特性阻抗與接收端的輸入阻抗相等。否則，信號在傳輸線(xiàn)上會(huì )產(chǎn)生反射，造成失真。

2.3 印制電路板的抗干擾設計

電路板是微機系統中器件、信號線(xiàn)、電源線(xiàn)高密度集合體，對抗干擾性能影響很大，電路板設計、布線(xiàn)及接地不妥可能使整個(gè)系統無(wú)法正常運行。

(1)印制電路板：大小要適中。過(guò)大時(shí)，印刷線(xiàn)條長(cháng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也高；過(guò)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。