摘要：单片机控制系统是一种监控功能强、可靠性高、方便使用的自动控制系统，在多种领域受到广泛应用。在进行单片机控制系统应用时，为了提高控制的有效性，需要避免单片机控制系统受到其他因素的干扰。通过分析单片机控制系统的主要干扰来源，可以有针对性地制定抗干扰措施，避免单片机控制系统在运行中受到干扰，造成不必要的生产问题。
关键词：单片机；控制系统；抗干扰措施
一、单片机控制系统干扰源分析
单片机作为工业生产运行系统中非常重要的构成部分之一，由单片机所构成的控制系统必须具备较高的灵敏度。但同时，灵敏度越高，则意味着系统可能引入干扰因素越多。特别在强噪声环境下，被测信号可能被淹没，影响测量效果的实现。工业现场应用中，存在大量且多类型的干扰源，这些干扰源以一种或多种方式对计算机测控系统产生影响，导致整个控制系统性能指标无法满足设计要求，进而对测量控制结果的可靠性产生不良影响，必须引起高度重视。结合单片机控制系统的实际运行情况来看，在单片机控制系统工业现场应用中，所承受干扰以电磁能量干扰为主。
具体而言，单片机控制系统内外部干扰源主要包括以下几个方面：第一是无线电设施所产生射频干扰；第二是发动机装置上高压点火线圈向外辐射磁场强度大且频带宽的电磁波信号干扰；第三是单片机内部晶振电路干扰；第四是外部交流电路系统中所产生工频信号干扰；第五是数字电路本身门电路频繁的导通、截止造成电源地线在电流变化因素作用下所产生高频电磁干扰。
二、抗干扰的措施
2.1软件抗干扰措施
在单片机运行时，会有少数的干扰进入单片机控制系统，软件抗干扰措施必不可少。因为软件抗干扰措施是以CPU为代价的，所以，如果没有硬件抗干扰措施来消除绝大多数的干扰，CPU就会一直忙碌，没有精力进行正常工作，进而严重影响单片机系统的工作效率与实时性。下面介绍几种CPU解决抗干扰的措施。
2.1.1人工复位
针对于失控的CPU,最简单的方法就是让CPU进行复位，使程序自动从OOOOH开始执行。所以，我们只需要在单片机的RESET端上加一个高电平信号，并且持续10ms以上就可以了。
2.1.2掉电保护
电网在瞬间断电或者电压突然下降会使计算机系统陷入混乱的状态，即使电网电压在恢复正常后，微机系统也很难恢复正常。针对于这种情况的，我们可以采用掉电保护的方法。硬件电路会检测到掉电信号，并将掉电信号加到单片机的外部中断输入端。在软件中断中，将掉电中断规定为高级中断，进而系统能够对掉电及时作出反应。在掉电中断的子程序中，会先进行保护现场，将当时重要的状态参数进行保存。当电源恢复正常时，CPU将进行重新复位，将现场恢复，继续没有完成的工作。
2.1.3睡眠抗干扰
CMOS型的51系列单片机拥有睡眠状态，这种状态下只有定时系统或计数系统和中断系统处于工作的状态。这种时候，CPU对于系统三总线上所出现的干扰不会作出任何的反应，进而系统对干扰的敏感程度大幅度降低。在我们系统软件进行分析后会发现，CPU在很多种情况下执行一些循环检查程序和等待指令。虽然这时CPU是没有重要工作的，但是CPU是清醒的，这时就很容易会受到干扰。让CPU在没有正常的工作时进入休眠，在有需要的时候再让中断系统对CPU进行唤醒，之后再使CPU进入休眠的状态。采用这种方法后，一般的CPU会有50%-95%的时间进行休眠，进而大幅度的降低CPU所遭受的随机干扰，同时使CPU的功耗得到降低。
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2.2硬件抗干扰措施
2.2.1电源干扰的限制
1）一般都是通过设置屏敝的电缆、单片机控制系统，和高压泄放元件进行保护。选用的都是隔离性能较好的设备、具有优良的电源和信号线走线，且走线要合理，对电源的变压器、中央处理器、编程器等主要部件都要采用导电和导磁性较好的材料，来进行屏蔽处理，这样避免了因外界干扰造成对信号的影响。
2）电源调整和保护。电源波动会造成电压的畸变或者毛刺，这会对单片机控制系统造成不良影响。对单片机所需要的+5V电源要采取多级滤波处理,还要运用集成电压调整器进行合理的调整,来适应交流电网的波动、过电压和欠电压的影响。尽量要使用电源线的平行走线，来减少对电源的噪声干扰。
3）正确的处理电源变压器接地问题。电源变压器在屏蔽层接地时，运用的方法不同,干扰抑制的效果也是不一样，在一般的情况下，次级线圈不能接地。输入、输出线在应用双绞线和屏蔽层可靠接地时,以抑制干扰为主。除了这些,还可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，这样可以减少设备与地之间的产生的干扰。
4）变频器干扰的抑制。一般在加隔离变压器时,主要都是针对来自电源的传导干扰,可以将大部分的传导干扰，阻隔在隔离变压器之前。还可使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰的能力,还能防止设备本身的干扰,阻止传导给电源。在使用输出电抗器时,变频器在电动机之间增加了交流的电抗器,主要是以减少变频器以及在能量传输的过程中线路产生的电磁辐射，防止影响其他设备的正常运行。
2.2.2输入、输出光隔离
在系统输入与输出的通道上运用光电隔离器对信息进行传输，会呈现很好的效果，它使微机系统以及各种传感器和开关和执行机构从电气上进行隔离，进而阻挡很大一部分的干扰。
2.2.3采取屏蔽保护
运用屏蔽保护功能会对来自电场与磁场的干扰进行有效的抑制，通过对元器件进行屏蔽来减少其对周围电路的电磁干扰。可以对传输线进行屏蔽，采用屏蔽线做信号线，进而减少外部干扰。对部件进行屏蔽，可使电磁场干扰降低。
2.2.4接地处理
在单片机控制系统中，抑制干扰的一个重要的内容就是接地。在我们进行设计时，如果能把接地与屏蔽恰当的进行结合，就可以使大部分因干扰而引起的故障得到解决。其中接地包括两部分的内容:一个是接地点是否正确；另一个就是接地点是否牢固。正确的选择接地点可以使系统各部分的干扰得到降低，接地点牢固能够使接地点处于零阻抗，降低接地电位，进而防止接地系统的共模干扰。在单片机的控制系统中，地线有许多种类型，分为保护接地、工作接地这两大类。其中保护接地主要是确保安全性，避免工作人员因为设备绝缘损坏或性能下降而遭受到触电的危险，保证了设备的安全性。而工作接地主要是使控制系统的稳定运行得到保证，避免因地环路而引起的干扰。在单片机的控制系统当中，地线大体可以分为这几种类型:①屏蔽地，一般同机壳相连为防止静电感应而设置的，通常与大地相接。②数字地，数字地也称为逻辑地，它是数字电路的零电位。③直流地，所谓直流地就是直流电源的地线。④交流地，也就是交流电源的零线。⑤信号地，就是传感器件的低电平。⑥功率地，也就是大电流网络元件功放器件的零电位。⑦模拟地，它是放大器与采样保持器以及A/D转换器和比较器的零电位。不同的地线有不同的处理方法，要根据系统的实际情况进行相应的处理。
结语
在单片机实际工作中，存在多种影响单片机正常工作的因素，因此在考虑单片机干扰抑制问题时，应该从多方面考虑，根据干扰来源提出有针对性的解决方法。当前，单片机已经成为各种工业生产过程的主要控制元件，对工业产品生产质量具有非常大的影响，所以必须确保单片机工作的可靠性和稳定性。
参考文献
[1]赵慧萍,柳建光.基于单片机控制系统的几种实用抗干扰措施[J].中国集成电路,2012,21(Z1):65-70.
[2]刘君.单片机控制系统设计中的抗干扰措施[J].机电产品开发与创新,2008(01):162-163+142.
论文作者:王丹,宋海钰,高赛,刘淼
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/20
标签：干扰论文; 单片机论文; 控制系统论文; 抗干扰论文; 系统论文; 屏蔽论文; 措施论文; 《基层建设》2019年第22期论文;