陳 雪

（西京學(xué)院，陜西西安，710123）

單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾措施

陳 雪

（西京學(xué)院，陜西西安，710123）

單片機(jī)是當(dāng)前控制系統(tǒng)中必不可少的元件，它一般工作在較為惡劣、干擾因素較多的環(huán)境中。由于單片機(jī)種類不同，所以其抗干擾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也就不同，本文設(shè)計(jì)了不同單片機(jī)種類對(duì)應(yīng)的不同抗干擾策略。

抗干擾；單片機(jī)；軟硬件

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，使用比較廣泛的一種控制元件就是單片機(jī)，單片機(jī)技術(shù)是通信技術(shù)、控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，方便進(jìn)行擴(kuò)展，使用簡(jiǎn)單便利，同時(shí)具有較高的可靠性和較強(qiáng)的自動(dòng)控制功能，可以應(yīng)用于電力生產(chǎn)自動(dòng)領(lǐng)域中、化工生產(chǎn)自動(dòng)控制中、交通運(yùn)輸自動(dòng)控制中以及冶金生產(chǎn)自動(dòng)控制中等。

單片運(yùn)行性能評(píng)價(jià)的一個(gè)重要的指標(biāo)就是運(yùn)行是否可靠?，F(xiàn)代生產(chǎn)的單片機(jī)制造工藝嚴(yán)格可靠，使用了大規(guī)模電路技術(shù)，加入了抗干擾模塊的設(shè)計(jì)，所以運(yùn)行故障率較低，能夠適應(yīng)多種不同的工作環(huán)境。但在實(shí)際使用過(guò)程中，還是需要注意工作環(huán)境的選擇，避免不良工作環(huán)境以及環(huán)境中存在的干擾因素對(duì)單片機(jī)運(yùn)行性能的影響。

1 單片機(jī)元件在運(yùn)行過(guò)程中的主要干擾因素分析

1.1 接地干擾

為了提高單片機(jī)系統(tǒng)的兼容性，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行接地處理。如果接地模塊設(shè)計(jì)優(yōu)良，那么不僅可以消除外界系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的影響，也可以消除單片機(jī)在工作過(guò)程中對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生的影響。如果接地模塊設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，那么在單片機(jī)模塊正常工作中就會(huì)存在較為嚴(yán)重的干擾，影響單片機(jī)模塊性能的發(fā)揮。

1.2 線路干擾

在單片機(jī)模塊正常工作中，需要進(jìn)行各種信息的接收和傳輸，這就需要各種信息接收和傳輸線路。信號(hào)傳輸線路是影響單片機(jī)模塊正常工作的干擾源之一，其對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)輸?shù)母蓴_途徑為：一是線路所產(chǎn)生電磁輻射；二是線路中各種儀表、變壓器在接入電網(wǎng)過(guò)程中所產(chǎn)生的干擾。

1.3 電源干擾

單片機(jī)工作需要電源支持，電網(wǎng)是單片機(jī)工作的主要電源。電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中，受多種電磁干擾，例如變頻器產(chǎn)生的電磁干擾、雷達(dá)產(chǎn)生的電磁干擾、電視產(chǎn)生的電磁干擾、無(wú)線電產(chǎn)生的電磁干擾、雷電產(chǎn)生的電磁干擾以及各種電器設(shè)備在非穩(wěn)態(tài)情況下產(chǎn)生的電磁干擾，這些干擾影響電網(wǎng)的正常工作，而單片機(jī)工作電源為電網(wǎng)，因此這些干擾也會(huì)對(duì)電網(wǎng)正常工作產(chǎn)生影響，出現(xiàn)感應(yīng)電壓。變頻器開(kāi)啟、電網(wǎng)短路、傳動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的諧波、大負(fù)荷電器的暫態(tài)運(yùn)行，刀閘合開(kāi)瞬間以及電網(wǎng)突變都會(huì)影響到電網(wǎng)正常運(yùn)行，使電網(wǎng)電壓不穩(wěn)，對(duì)供電質(zhì)量產(chǎn)生影響，電源原邊也會(huì)受到這些干擾的影響，使程序運(yùn)算出現(xiàn)錯(cuò)誤輸入或者是錯(cuò)誤輸出，在這種情況下，設(shè)備很可能產(chǎn)生誤動(dòng)作，發(fā)生失控現(xiàn)象，單片機(jī)正常運(yùn)行受到影響。綜上所述，在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在多種干擾因素，這些因素會(huì)使電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)波動(dòng)，因此電網(wǎng)輸送給單片機(jī)的電源也會(huì)存在波動(dòng)，影響單片機(jī)的正常工作。

1.4 信號(hào)線引入的干擾

與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信號(hào)之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過(guò)變送器或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾；二是信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，由此引起單片機(jī)控制系統(tǒng)故障的情況也很多。

1.5 接地系統(tǒng)的干擾

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使單片機(jī)控制系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。

2 抗干擾的措施

根據(jù)干擾來(lái)源可以進(jìn)行抗干擾措施的設(shè)計(jì)。

2.1 抑制接地干擾

單片機(jī)接地主要的目的就是減少電壓沖擊對(duì)單片機(jī)正常工作的危害，確保單片機(jī)系統(tǒng)正常運(yùn)行。單片機(jī)接地不僅可以減少干擾，而且還可以確保單片機(jī)工作的安全。減少單片機(jī)正常工作中干擾因素影響的一種有效方法就是接地。保護(hù)地、屏蔽地、交流地、信號(hào)地以及電源地是單片機(jī)常見(jiàn)的幾種接地形式。將機(jī)械中某一零件單獨(dú)的接地或者是機(jī)械外殼接地的方式就是保護(hù)地，保護(hù)地的作用為避免由于機(jī)械漏電而對(duì)工作人員產(chǎn)生傷害；將金屬絲網(wǎng)或者是金屬外殼安放在電源上，并且將外殼和大地相接，通過(guò)這種方法來(lái)減少磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的影響的方式就是屏蔽地；電源的N線和交流電相接的方法就是電源地；將信號(hào)元件的輸入端和電源相接的接地方式就稱為是信號(hào)地；將單片機(jī)和直流電源直接相接的方式就稱為是電源地。為了減少輸入線路、輸出電路以及線路負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的影響，應(yīng)該對(duì)單片機(jī)進(jìn)行接地處理。根據(jù)信號(hào)頻率進(jìn)行接地方式的選擇，如果信號(hào)頻率在0-1MHz的范圍內(nèi)，應(yīng)該選擇一點(diǎn)接地法；如果信號(hào)頻率在1-10MZ的范圍內(nèi)，應(yīng)該將單片機(jī)接地接口和最近接地端相連；如果信號(hào)頻率在10MHz之上，應(yīng)該選擇多點(diǎn)接地法，通常要求接地線路電阻小于一百歐姆，接地線路截面面積在兩平方毫米之上。

2.2 抑制線路干擾措施

電網(wǎng)傳入和傳出線路、控制線路以及變壓器連接線路應(yīng)該為雙絞線，輸入和輸出線路、電源線、控制線以及電網(wǎng)動(dòng)力線路應(yīng)該單獨(dú)配線。大負(fù)荷機(jī)械和單片機(jī)配線應(yīng)該相互獨(dú)立，如果這兩路線必須安放在一個(gè)線槽內(nèi)，必須將其分開(kāi)捆扎。最好的一種方法就是分槽走線，而且單片機(jī)線和大負(fù)荷機(jī)械線路之間的間隔應(yīng)該越大越好，通過(guò)這種方法降低大功率電器對(duì)單片機(jī)正常工作的干擾。例外一種抑制線路干擾的措施就是在單片機(jī)和信號(hào)傳遞線路之間安放隔離器。利用半導(dǎo)體元件對(duì)單片機(jī)接受到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制轉(zhuǎn)換，利用電磁元件或者是光感元件對(duì)單片機(jī)接受到的信號(hào)進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，之后再對(duì)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，同時(shí)隔離電源信號(hào)，通過(guò)這種方法確保信號(hào)變換之后信號(hào)仍然保持獨(dú)立性，各種信號(hào)之間不會(huì)產(chǎn)生相互干擾。

2.3 抑制電源干擾

抑制電源干擾的主要方式包括以下四種：一是進(jìn)行電源的選擇，要求電源性能優(yōu)良，具有良好的隔離性能，設(shè)置高壓泄放元件、局部屏蔽元件以及電纜屏蔽元件等，各種線路(例如信號(hào)線、動(dòng)力線以及電源線）之間布局應(yīng)該合理，利用各種具有良好磁導(dǎo)性和電導(dǎo)性的元件屏蔽單片機(jī)編程模塊、中央處理器以及變壓器等模塊產(chǎn)生的電導(dǎo)和磁導(dǎo)，避免環(huán)境干擾對(duì)其影響；二是抑制變頻器干擾。在信號(hào)傳遞線路中安裝變壓器，通過(guò)這種方式減緩電源干擾。另外，由于濾波器抗干擾性能較強(qiáng)，并且還可以避免設(shè)備本身對(duì)電源的干擾，還有的濾波器能夠吸收尖峰電壓，所以可以在線路中安放濾波器，還可以利用電抗器來(lái)避免能量傳輸過(guò)程中變頻器產(chǎn)生的電磁干擾。三是合理進(jìn)行變壓器接地。使用不同的變壓器接地方法，對(duì)變壓器干擾的抑制具有完全不一樣的效果。一般來(lái)說(shuō)，電源輸入輸出電路應(yīng)該進(jìn)行接地的設(shè)置，而電源次級(jí)線路不應(yīng)該進(jìn)行接地。另外，為了避免接地線路對(duì)各種機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的電磁輻射，應(yīng)該將濾波電路插入到電源的輸入端口，還可以在電源輸入線路中安裝一臺(tái)變壓器（變比為1:1），通過(guò)這種方法減少大地對(duì)單片機(jī)工作的影響；四是調(diào)整電源，電網(wǎng)在正常工作中會(huì)存在電壓波動(dòng)的問(wèn)題，而電壓的波動(dòng)將會(huì)影響到單片機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，通常利用集成電壓器以及多級(jí)濾波系統(tǒng)進(jìn)行欠電壓、過(guò)電壓的處理。

3 結(jié)語(yǔ)

在單片機(jī)實(shí)際工作中，存在多種影響單片機(jī)正常工作的因素，因此在考慮單片機(jī)干擾抑制問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該從多方面考慮，根據(jù)干擾來(lái)源提出有針對(duì)性的解決方法。當(dāng)前，單片機(jī)已經(jīng)成為各種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的主要控制元件，對(duì)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量具有非常大的影響，所以必須確保單片機(jī)工作的可靠性和穩(wěn)定性。今后單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該為：一是通信能力更加強(qiáng)大；二是人機(jī)交互功能更為豐富；三是單片機(jī)種類更為齊全；四是單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛?？梢哉f(shuō)，未來(lái)人類的生產(chǎn)和生活已經(jīng)離不開(kāi)單片機(jī)這種控制元件。

[1]王鴻磊1,2,張雪松1.王鴻磊，張雪松基于信息傳播算法的云存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)研究[J].河北軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).2014(04)

[2]楊昆.綜述單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息.2016(04)

Single chip microcomputer control system of anti-jamming measures

Chen Xue
（Xijing University，Xi'an Shanxi，710123）

The SCM is an essential component in the current control system, it generally works in a more harsh and interference factors of environment. Due to the different types of single-chip, so the design of anti-jamming systems are different, we design different microcontroller types correspond to the different anti-interference policy.

anti-jamming; SCM; hardware and software