摘要：本文介绍了智能仪表中单片机本身的抗干扰措施，总结了硬件采取的相关抗干扰措施及软件采用的抗干扰措施。
关键词：单片机；抗干扰；措施
引 言：智能仪表为单片机、嵌入式系统多功能测量设备，该类设备具有智能量测、数据分析、数据传递、功能多样等优势。在工业等领域具有不可替代作用，主要作用于检测、抄表等需求范围。国际、国内智能仪表应用普及，我国大力推进相关产业发展。但智能仪表与国外对比质量存在明显不足，主要原因为国内企业产品可靠性设计水平较低，缺乏系统性优化设计方法。在进行单片机控制系统应用时，需要提高控制的有效性，避免单片机控制系统受到其他因素的干扰。
1 单片机在智能仪表中的应用优势
1.1 控制功能强
MCU本身可以说是计算机系统中非常重要的一部分。智能仪器的使用具有非常清晰的控制能力，可以非常精确地监测仪器的各种参数。微型计算机负责测量，这节省了传统仪器中的许多开关和数字电路。控制的状态通常是二进制模式。二进制状态位主要包括测量完成检测位和起始控制位[1]。
1.2 I/O功能大
智能仪器在结构上比较复杂，主要由许多功能组件组成，为了能够保持彼此组件之间的有序运行，一般单片机中的接口芯片可以稳定保证各种功能部件本身的操作使它们能够彼此协调地工作。
2 硬件抗干扰相关措施
2.1 电源干扰措施
目前，在使用单片机构建的智能仪表中，单片机产生的主要干扰是由电源引起的干扰。电源本身的上电和断电，以及电源的瞬时短路和干扰脉冲，使得MCU本身的错误占据了90％。不同的因素对于电源引起的干扰，过去使用的方法是选择交流稳压器和隔离变压器，以及低通电源滤波器和不间断电源（UPS）的使用。然而，尽管上述措施非常善于抵抗干扰，但它们并非无所不能。他不能完全抵抗所有的电源干扰。采取UPS，它可以保证在干扰期间RAM中的数据不丢失，但问题是它的响应时间（ms级别）不能与μs级别干扰脉冲相互一致，并且这种情况仍会引起单片机CPU当前工作状态的混乱。如果使用具有电源电压的监视器，则更合理和理想地处理在使用微控制器期间发生的电源干扰问题。电源电压监控器本身可以自动响应检测系统电源自身的瞬态欠压和瞬态脉冲干扰，还需要及时向微控制器系统发送复位脉冲，使微控制器本身可以做出可靠的复位保持，并且可以有效且合理地保护外部RAM存储器以防止相关信息的丢失[2]。
2.2 看门狗定时器
运行该程序的看门狗定时器，通常被称为“看门狗”，近年来已被广泛使用。使用这种“看门狗”电路，可以在无限循环或飞行状态下快速拉出微控制器，从而允许自己进入正常程序。同时，还有一些系列的单片机（如8098）配备了专门使用的看门狗定时器。当系统运行时，只需要启动看门狗定时器，因此当电流计数器溢出时，它可以将8098自己的RESET引脚拉低，这样可以快速复位8098。
2.3 光电隔离
对于智能仪器的输入和输出通道，还需要选择光电子器件以在MCU系统之间隔离它们，并且在MCU系统和外部世界之间没有电连接。因此，它具有很强的抗干扰性。对于数字信号，其自身的光电隔离相对简单，因此可以直接使用光耦；模拟信号的隔离相对复杂，并且经常使用差分放大器（隔离电压低），V/F转换光电隔离电路（应用电路比较复杂）和隔离放大器（性能相对较贵），应用过程可根据实际情况选择。相关实践表明，光耦合器主要用于抑制尖峰和各种噪声[3]。
3 软件相关的抗干扰措施
3.1 设置自检程序
启动后，您可以先检查硬件本身。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如，您可以查看硬件是否有故障。如果硬件故障，系统需要暂时停止工作。另外，在MCU本身内部建立了相关的状态标志，程序本身可以在运行过程中不断查询相关的状态标志，从而保证系统本身在运行过程中的可靠性。
3.2 软件保护输出
在MCU的输出控制过程中，输出端口通常控制执行器，例如电机和继电器，以及门电路。这些执行器在其工作环境中通常非常苛刻。使用它们时，经常会引起各种信号（如火花和电弧），从而引起干扰。这些干扰有时会通过输入通道进入输出通道。在微控制器中，控制寄存器的内容也会发生故障。因此，在编程软件时，需要不断进行采样和数据处理，还需要执行输出命令，使控制寄存器的内容可以快速输出到外部，使输出合理准确，控制给予保证。
3.3 使用数字滤波技术
在采集数据的过程中，可以使用软件实现一定的数学处理，从而达到处理采样干扰的目的。核心方法有：算术平均法，中值法，一阶低通滤波法。相关实践证明，数字滤波可以明显地消除数据采集中的误差，但必须根据信号变化规律选择何种方法[4]。
3.4 数据和程序的冗余设计
当系统运行时，如果可以通过监视器或受监视的计时器重置，通常需要准确判断系统本身是否可以继续执行实时测量和控制。通常对于系统本身产生的RAM区域中的操作参数，如果这些相关数据已损坏，则必须立即停止操作并重新启动它。为了能够增强其自身的抗干扰能力，可以完成操作参数的多维冗余设计，使得每个参数共同存储在不相邻的RAM区域的多个单元中。如果某个单元的数据发生变化，其他单元的数据也很好，则可以充分保证系统本身的稳定运行。针对一些主要的程序段或者是子程序也能够去使用一些冗余的设计，这样就可以预防其令系统产生错误的动作。比如通过I/O口对主要信号进行输出的时候，能够接连或者是间歇的去对相对的命令给予充分，从而充分的对于这一信号自身的准确性给予充分的保证。
3.5 电源净化
为防止程序非正常运行，需进行抗干扰设计。电源干扰一般可通过其他渠道对单片机造成影响，导致程序失控，所以采取电源净化方式可使构建的智能仪表系统更具可靠性。完善的电源滤波为较好抗干扰方法，需在变压器左侧装置电源滤波器，在直流端进行CLCII型波净化[5]。
3.6 光电隔离
智能仪表输入、输出与单片机系统采取光电隔离方式十分必要。可利用单片机系统与外界联系，抗干扰能力强。数字信号隔离属于简单光电隔离方式，直接利用光电耦合器实现。这种方式光电隔离方便，价格便宜。
结束语
智能仪表应用可靠性做为生产企业长期关注的重点问题，采取多种方式进行可靠性设计，但并未达到理想标准。在此背景下开展本次研究，并取得显著成果，将成本与可靠性关系有效处理，在实践中该仪表系统具有强大兼容性，可实现企业生产目标，在市场竞争中居于主动地位。目前在应用智能仪表的过程中，具有很强抗干扰能力的MCU系统必须使用相关软件和相关硬件技术来解释。硬件可以同时检测和滤除，以隔离大部分干扰信号。该软件应及时纠正由一些强烈干扰引起的各种不良后果。这种情况使得智能仪表本身的可靠性和安全性得到了很大的提高。
参考文献：
[1]李丹.单片机应用系统抗干扰问题的解决方案[J].信息通信，2014（12）：16-16.
[2]赵杰，盖志刚，杨俊贤，等.提高单片机抗干扰性能的几点措施[J].气象水文海洋仪器，2013，30（4）：100-102.
[3]王显峰.单片机系统中的硬件抗干扰措施研究[J].自动化技术与应用，2015，34（3）.
[4]杨开宇，柯慧，高印寒，等.智能压装力单片机测控系统的抗干扰设计[J].计算机测量与控制，2013，21（11）.
[5]陈在明.单片机在智能仪器仪表中的应用[J].中国新通信，2016，18（1）：39-39.
论文作者:赵玲玲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/28
标签：抗干扰论文; 单片机论文; 干扰论文; 系统论文; 电源论文; 措施论文; 智能仪表论文; 《基层建设》2019年第6期论文;