單片機(jī)測控系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)

一、電源的干擾及其抑制技術(shù)

一般情況下，任何電子設(shè)備或系統(tǒng)無疑都離不開供電電源，因此首先探討電源的抗干擾措施具有實(shí)際的意義。信號(hào)發(fā)生器包括靜電測試儀、浪涌測試儀、脈沖群模擬器等都可作為干擾源模擬測試。

電源干擾的耦合途徑和其他干擾源類似，基本上也分為電磁感應(yīng)耦合、電容耦合、共阻抗耦合和輻射耦合等。

1、電力供電系統(tǒng)的抗干擾

電力供電系統(tǒng)為所有用電設(shè)備提供能量來源，如果從源頭上切斷干擾源意義很大。

在供電系統(tǒng)，比如變電所內(nèi)的變壓器、大電流電纜、電容器、電抗器和電容等的周圍存在極強(qiáng)的變更電磁場，會(huì)對(duì)處于其內(nèi)部的電子設(shè)備產(chǎn)生電磁場干擾；一次設(shè)備載流體與二次回路間存在分布電容，會(huì)產(chǎn)生電容耦合干擾；供電線路對(duì)地絕緣不良，也會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的泄露電流，地電流在大地中流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電位差，在變電站內(nèi)兩端接地電纜芯和屏蔽層上產(chǎn)生電流而形成干擾；二次設(shè)備接地點(diǎn)選擇不當(dāng)，漏電流在各點(diǎn)之間形成電位差，使二次設(shè)備產(chǎn)生不確定的故障現(xiàn)象。

在供電系統(tǒng)中，還存在著一種破壞力很大的污染-諧波干擾，隨著可控硅變流技術(shù)以及大功率開關(guān)器件的廣泛應(yīng)用，再加上各種非線性負(fù)荷的增長，供電電壓波形發(fā)生畸變，導(dǎo)致用電設(shè)備諸如交流發(fā)電機(jī)、電力電容器等工作不正常，在測控系統(tǒng)中會(huì)使計(jì)算機(jī)工作失真，產(chǎn)生誤碼、錯(cuò)碼，控制失靈。

抑制電磁干擾可在變電所內(nèi)設(shè)置屏蔽、防靜電接地系統(tǒng)，系統(tǒng)接地應(yīng)保持良好，并保證供電線路絕緣可靠，消除漏電流。如果諧波比較嚴(yán)重，可在電容補(bǔ)償回路中串聯(lián)電抗器，安裝由電感、電阻及電容組成的單調(diào)諧波濾器或高通濾波器。

由于供電系統(tǒng)干擾抑制處理起來比較費(fèi)事，所以對(duì)二次用電設(shè)備就要下功夫采取保護(hù)措施，以免受干擾危害。

2、穩(wěn)壓電源的抗干擾

在測控系統(tǒng)中，特別是計(jì)算機(jī)參與工作的系統(tǒng)，各部分電路模塊都采用直流穩(wěn)壓電源供電。穩(wěn)壓電源的抗干擾措施基本上分為：使用電源濾波器，減小電源輸出阻抗，變壓器采用屏蔽措施，一般由市電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓而實(shí)現(xiàn)。電路模塊分別供電，印刷板的電源與地之間并接去耦電容等。

3、開關(guān)電源的抗干擾

開關(guān)電源本身就是一個(gè)很大的噪聲源，開發(fā)開關(guān)電源的目的旨在小型化，而越是小型化，就越要使開關(guān)頻率高頻化。這些年來，隨著電源技術(shù)的飛速發(fā)展，高頻開關(guān)電源控制從最初的模擬電路逐漸發(fā)展到微處理器、DSP等高集成度的控制器件。這些器件體積小、精密度高，但開關(guān)電源內(nèi)的電磁干擾、輻射相對(duì)其他通訊設(shè)備更強(qiáng)，這對(duì)高頻開關(guān)電源的抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的要求。

開關(guān)電源抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播途徑，提高敏感器件的抗干擾性能。開關(guān)電源的抗干擾設(shè)計(jì)應(yīng)該包括浪涌抑制、濾波器、高頻變壓器、軟開關(guān)技術(shù)、印刷線路板EMC設(shè)計(jì)等。

浪涌抑制。對(duì)電網(wǎng)中因雷電或其他負(fù)荷很大的設(shè)備瞬間工作而引起的浪涌沖擊噪聲（雷擊浪涌發(fā)生器），可以采取浪涌抑制方法進(jìn)行消除。浪涌抑制主要是采用浪涌電壓控制器件。這種器件基本上分為兩大類：第一類器件，其主要特點(diǎn)是器件擊穿后的殘壓很低，不僅有利于浪涌電壓的迅速泄放，且可使功耗大大降低。另外，該類器件的漏電流小，器件極間電容小，對(duì)線路的影響很小。

二、傳感器的干擾抑制

傳感器在測控系統(tǒng)的最前沿工作，受到的干擾噪聲多種多樣，應(yīng)針對(duì)不同的干擾噪聲采取不同的抗干擾措施。傳感器的干擾噪聲總體上可分為瞬時(shí)干擾噪聲和輻射干擾噪聲兩大類。瞬時(shí)干擾噪聲主要是在電氣設(shè)備操作執(zhí)行時(shí)發(fā)生，如合閘、分閘、雷電產(chǎn)生瞬間等（可使用雷擊浪涌發(fā)生器模擬測試）。

輻射干擾噪聲是由傳感器外部的電磁輻射造成的。這種噪聲源十分廣泛，幾乎包括所有電氣、電力設(shè)備等。同時(shí)系統(tǒng)中的模擬數(shù)字電路部分有公共接地、公共電源時(shí)，數(shù)字信號(hào)的頻繁電流變化在模擬電路中產(chǎn)生噪聲，它們通過靜電耦合、電磁耦合和漏電電流等形式存在于傳感器的電路中。

干擾噪聲進(jìn)入傳感器系統(tǒng)的主要途徑有傳感器信號(hào)傳輸通道和供電系統(tǒng)等。信號(hào)傳輸通道是傳感器輸出信號(hào)放大、整形、模數(shù)轉(zhuǎn)換、反饋信號(hào)等的途徑，由于信號(hào)在傳輸線上會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減與通道干擾，所以再傳輸過程中長線干擾是主要因素。

三、模擬電路抗干擾技術(shù)

在單片機(jī)測控系統(tǒng)中經(jīng)常需要處理模擬信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器的特點(diǎn)是，在時(shí)間上和幅值上均是連續(xù)的，在一定動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可能取任意值。大多數(shù)物理量都是時(shí)間連續(xù)的變量，如溫度、壓力、流量等，這些變量通過相應(yīng)的傳感器可轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)輸入到測控系統(tǒng)中。處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路。