关键词：单片机；测控系统；抗干扰
一、干扰测控系统的因素
在微机测控系统中,人们总是期望系统的输出以一定的精度跟随输入,但是由于系统所在现场环境比较恶劣,干扰严重,导致输出脱离输入指令的要求,甚至引起设备事故。影响测控系统可靠性和安全性的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰以及系统结构设计、元器件选择安装和制造工艺以及外部环境等,这些因素对测控系统的干扰造成严重的后果主要表现在下列几方面：
1.1数据采集误差大
当干扰侵入微机系统测量单元模拟信号的输入通道时,它叠加在有用的信号上,会使数据采集误差加大,特别是当传感器输出微弱信号时干扰更加严重。
1.2控制状况失灵
微机输出的控制信号常常依据某些条件的状态输入信号和这些信号的逻辑处理结果,若这些输入的状态信号受到干扰,引入虚假状态信号,将导致输出误会加大,甚至于控制失常。
1.3数据受干扰发生变化
微机系统中,由于RAM存储器是可以读/写的,因此在干扰的侵害下,RAM中的数据有可能被窜改。这样会导致某些元器件的工作状态和程序状态的改变。
1.4程序运行失常
微机中程序计数器PC的正常工作是系统维持程序正常运行的关键,若外界干扰导致PC值改变,就会破坏程序的正常运行。由于受干扰后的PC值是随机的因而导致程序混乱,造成死循环。
二、单片机测控系统的抗干扰技术
硬件抗干扰具有效率高的特点,只要合理布置与选择有关参数,适当的硬件抗干扰措施就能抑制系统的绝大部分干扰。
2.1硬件抗干扰技术
2.1.1干扰源
所谓干扰源具体指的是电源干扰，一般来讲，主要是因为雷电或是大规模设备的大动作所引起的电源欠压或是过压，亦或是浪涌与下陷等多种形式的干扰。在这种情况下，按照干扰源的不同，可以采用以下两种方法。
1)将压敏电阻接入到交流电网进线端能够有效地规避干扰。这样一来，不仅可以防雷，同时还能够对因为浪涌所引发的电压进行有效吸收。
2)受电源干扰的主要原因就是高次谐波，因此，应当将低通滤波器接入其中，进而抵抗干扰。其中，50HZ市电利用低通滤波器能够将高次谐波过滤，进而对电源的波形进行有效地改善。但是，如果是处于低压情况，若滤波器有大电流通过，则应当使用滤波网络，主要由小电感和大电容构成。若滤波器处于高压工作状态，则需要使用由小电容和最大允许电感组成的滤波网络。
2.1.2干扰传播途径抗干扰
当信号通道在传输线与外部设备连接的状态下，因为传输介质主要是传输导线与输入输出通道信号量，无论是模拟量还是数字量，必然会有一定的干扰进入到通道内部。因而，需要积极采取措施予以规避。
1)传输线应该尽可能远离功率较大的器件，与此同时，为了避免长传输线的干扰，需要使用屏蔽线，并积极采用光耦方式，以保证长传输线能够全部浮置。
2)针对数字量抗干扰设计，需要使用光电隔离与继电器隔离的方法。其中，光电隔离可以对尖峰脉冲和不同噪声干扰进行有效地抑制，而继电器隔离主要是针对启停负荷不大的情况。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果设备不要求速度，那么实际的效果会高于光电隔离。
2.1.3屏蔽抗干扰技术
1)电磁屏蔽主要是防止高频电磁波辐射的干扰,以金属板、金属网或金属盒构成的屏蔽体能有效地对付电磁波的干扰。屏蔽体以反射方式和吸收方式来削弱电磁波,从而形成对电磁波的屏蔽作用。
2)磁场屏蔽是防止电极、变压器、磁铁、线圈等的磁感应和磁耦合,使用高导磁材料做成屏蔽层,使磁路闭合,一般接大地。当屏蔽低频磁场时,选用磁钢、坡莫合金、铁等导磁率高的材料；而屏蔽高频磁场则应选择铜、铝等导电率高的材料。
3)电场屏蔽是为解决分布电容问题,一般是接大地,这主要是指单层屏蔽。对于双层屏蔽,例如双变压器,原边屏蔽接机壳(即接大地),副边屏蔽接到浮地的屏蔽盒。
2.2软件抗干扰技术
2.2.1数字滤波
1)中位值滤波的方法。确保连续N次采样，并且根据大小进行排列，选择中间值作为有效数值。这种方式最主要的优点就是能够对偶然因素所导致的波动干扰予以克服，但同样也具有一定的缺点，具体表现在测量速度变化较快的参数方面并不适用。
2)限幅滤波的方法。这种方法是按照个人经验判断，便于对两次采样允许最大偏差数值进行确定。若在每一次检测全新数值的时候，本次值和上次值的差异不超过最大的偏差数值，就说明本次值具有有效性，反之则无效，需要放弃，而使用上次值进行替代。这种方法的主要优势就是可以对偶然因素所引发的脉冲干扰予以克服。但是，缺点主要表现在难以对周期性干扰进行控制，而且数据平滑度不理想。
2.2.2软件冗余技术
在CPU受到干扰以后，就会将操作数当作指令执行，最终导致程序出现混乱的情况。而很多单片机指令都不多于三个字节，所以，单字节指令比较常见。由此可见，应当在关键位置添加单字节的指令，进而确保被弹飞的程序可以在短时间内恢复到正确控制范围之内。
2.2.3软件陷阱的设置
一旦程序受干扰，就会进入到非程序区域，所以，需要对应用相关指令将捕获乱飞的程序导入至复位程序区域的入口位置。而在此位置，也会安排能够把程序转移到由于出错而处理的程序，在这种情况下，系统就能够正常地执行程序要求。
2.2.4软件看门狗技术
当失控的程序进入“死循环”,冗余指令和软件陷阱也无能为力,通常采用“看门狗”技术。“看门狗”技术分为硬件和软件两种,这里主要介绍软件看门狗。如MCS-51,它有2个定时器T0和T1,可用这2个定时器来做“看门狗”定时器,对主程序的运行进行监控。“看门狗”根据程序运行指定时间间隔内未进行操作,来判断程序“跑飞”,立即使程序复位。可以采用定时器T0监视定时器T1,用定时器T1监视主程序,主程序监视定时器T0,采用这种环形结构的软件“看门狗”,具有良好的抗干扰性能,从而保证系统的稳定运行。
三、结束语
抗干扰技术是单片机系统设计过程中重要的环节,合理的使用软件、硬件抗干扰技术,可使系统最大限度地避免干扰的产生和使系统恢复正常,保证系统长期稳定可靠的工作。在以往的测控系统单片机抗干扰设计中,根据系统实际情况,均采用了上述相应的几种方法相结合的抗干扰措施,实践证明,上述抗干扰方法是有效的,均能保证系统长期稳定、可靠、安全的运行。
参考文献：
［1］高源．软件抗干扰技术在煤矿用单片机测控系统中的应用［J］．煤炭技术，2014，33(3):239－240．
［2］吴秋宁，邵建龙，吕英英，等．提高单片机测控系统的抗干扰能力的研究［J］．电子测量技术，2010，33(2):63－66．
论文作者:蔡柳丹 周勤
论文发表刊物:《科技新时代》2018年1期
论文发表时间:2018/3/27
标签：干扰论文; 抗干扰论文; 系统论文; 屏蔽论文; 程序论文; 单片机论文; 技术论文; 《科技新时代》2018年1期论文;