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[自控电力电子] 单片机软硬件抗干扰技术

单片机软硬件抗干扰技术

在工业控制、智能仪表中都普遍采用了单片机,单片机抗干扰措施提到重要议事日程上来。单片机抗干扰措施不解决,其它工作也是白费劲。要解决单片机干扰问题,必须先找出干扰源,然后采用单片机软硬件技术来解决。 干扰源:主要来自外部电源、内部电源,印制板排版走线互相干扰,周围电磁场干扰,外部干扰一般通过IO口输入等按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。 所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和 有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰 噪声的传播,有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大, 要特别注意处理。 所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干 扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离,用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。 影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰,并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素,常会导致单片机系统运行失常,轻则影响产品质量和产量,重则会导致事故,造成重大经济损失。 形成干扰的基本要素有三个: (1)干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号, 用数学语言描述如下:du/dt, di/dt大的地方就是干扰源。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。 (2)传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。 (3)敏感器件。指容易被干扰的对象。如:A/D、 D/A变换器,单片机,数字IC,弱信号放大器等。 1 干扰的分类 1.1 干扰的分类 干扰的分类有好多种,通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分类。按产生的原因分: 可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。 按传导方式分:可分为共模噪声和串模噪声。 按波形分:可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。 1.2 干扰的耦合方式 干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。因此,我们有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。干扰的耦合方式,无非是通过导线、空间、公共线等等,细分下来,主要有以下几种: (1)直接耦合: 这是最直接的方式,也是系统中存在最普遍的一种方式。比如干扰信号通过电源线侵入系统。对于这种形式,最有效的方法就是加入去耦电路。 (2)公共阻抗耦合: 这也是常见的耦合方式,这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。为了防止这种耦合,通常在电路设计上就要考虑。使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。 (3)电容耦合: 又称电场耦合或静电耦合。是由于分布电容的存在而产生的耦合。 (4)电磁感应耦合: 又称磁场耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。 (5)漏电耦合: 这种耦合是纯电阻性的,在绝缘不好时就会发生。 为叙述方便,我们分硬件、软件抗干扰措施来讲:以MSC-51系列的8031单片机为例,给出了在软硬件设计的不同阶段,对于不同干扰应采取的一些措施。 2 单片机系统软件的抗干扰   一般来讲,窜入微机测控系统的干扰,其频谱往往很宽,采用硬件抗干扰措施,只能抑制某个频率段的干扰,仍有一些干扰会进入系统。因此,除了采取硬件抗干扰方法外,还要采取软件抗干扰措施。 (二)软件抗干扰措施  1.多用查询代替中断,把中断源减到最少,中断信号连线不大于0.1米,防止误触发、感应触发  2.A/D转换采用数字滤波,平均法,比较平均法等,防止突发性干扰  3.MCS-51单片机空单元写上00H,最后放跳转指令到ORG 0000H,因干扰程序走飞,可能抓回去  4.多次重复输出,输出信号保持在RAM中,防止干扰信号输出  5.开机自检自诊断,RAM中重要内容要分区存放,经常进行比较检查,机器不能带病工作  6.表格参数放在EPROM中,检验和存于最后单元,防止EPROM内容被修改  7.加看门狗,软件走飞可从头开始  8.开关信号延时去抖动  9.IO口正确操作,必须检查口执行命令情况防止外部故障不执行控制命令  10.通讯应加奇偶校验或查询表决比较等措施,防止通讯出错 2.1 模拟输入信号抗干扰   叠加在系统模拟输入信号上的噪声干扰,会导致较大的测量误差。但由于这些噪声的随机性,可以通过数字滤波技术剔除虚假信号,求去真值。常用方法如下:   (1)算术平均滤波法算术平均滤波法就是连续取N个值进行采样,然后求其平均值。该方法适应于对一般具有随机性干扰的信号进行滤波。这种滤波法的特点是:N值较大时,信号的平滑度好,但灵敏度低;当N值较小时,平滑度低,但灵敏度高。   (2)递推平均滤波法    该方法是把N个测量数据看成一个队列,队列的长度为N,每进行一次新的测量,就把测量结果放入队尾,而扔掉原来队首的一次数据。计算N个数据的平均值。对周期性的干扰,此方法有良好的抑制作用,平滑度高,灵敏度低。但对偶发脉冲的干扰抑制作用差。  

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