[教訓(xùn)分享] 一分錢的疏忽造成數(shù)萬元的損失

 小弟去年給外面公司設(shè)計(jì)了一臺(tái)智能型閥門伺服控制器，在本地幾個(gè)小站現(xiàn)場工作都沒問題，今年開始投入生產(chǎn)。上個(gè)月，突然接到公司電話，第一批發(fā)給煙臺(tái)、青島等外地十幾臺(tái)全部不能正常工作！ 嚇出一身冷汗，這一批要是都有問題，損失可是將近10萬阿！ 現(xiàn)場的工程師反映回來的問題是：在實(shí)驗(yàn)室測試沒有任何問題，一接到現(xiàn)場的控制線上，立刻死機(jī)，無任何動(dòng)作，復(fù)位后程序正常運(yùn)行，卻無法接收控制信號(hào)的變化。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)都沒問題，我懷疑是抗干擾的問題，但是不能很肯定，因?yàn)楝F(xiàn)場人員說只要出過一次死機(jī)問題的控制器，即使回到實(shí)驗(yàn)室也無法正常工作，這應(yīng)該是又元器件損壞的表現(xiàn)，當(dāng)然也有可能是程序跑飛后將EEPROM里面存儲(chǔ)的校準(zhǔn)參數(shù)沖掉了造成故障。

   焦急的等待了一個(gè)星期，等到報(bào)廢的一批產(chǎn)品寄回西安。

   控制信號(hào)是4-20mA信號(hào)，用于控制閥門從全關(guān)到全開。CPU用的是C8051F005。因?yàn)閮?nèi)帶了12bit ADC，外圍的電路十分簡單。見圖1:

   4-20mA信號(hào)通過R1(100歐)，變成0.4-2V信號(hào)，可以被ADC直接采樣。C1的作用是濾波。實(shí)驗(yàn)中采樣非常穩(wěn)定，加上我做了一個(gè)具有50Hz零點(diǎn)的數(shù)字濾波算法，對工頻干擾抑制效果相當(dāng)好。   

   樣品終于回來了，立刻拆開檢查，把仿真機(jī)接上，重新下載代碼，故障依舊，讀取EEPROM數(shù)據(jù)，正常。松了一口氣，不像干擾造成死機(jī)。

   加10mA信號(hào)測量100歐姆兩端電壓，只有0.13V！拆下R1，測得100.1歐姆正常。
   再測ADC輸入引腳，居然對地短路??！

   因?yàn)橛?00歐姆電阻接地，不可能是靜電或者串電燒壞的，猜測必然有大電流灌入。而100歐姆電阻是一個(gè)貼片，大電流應(yīng)該燒毀阿！十幾臺(tái)設(shè)備的R1不僅都沒有燒毀，連發(fā)黑的痕跡都沒有?，F(xiàn)場工程師反復(fù)測量過現(xiàn)場控制信號(hào)，完全正常，而且接入老式設(shè)備可以正常工作。

   想了很久，終于想起來一個(gè)被忽略的細(xì)節(jié)！ 因?yàn)樵S多設(shè)備不能停機(jī)，現(xiàn)場的控制信號(hào)是不允許斷電的，也就是說，4-20mA控制信號(hào)在接入控制器的插座之前就是一直帶電的。

  我想到了電流信號(hào)開路，將會(huì)有比較高的電壓，（一般會(huì)限制在24V）而現(xiàn)場控制線有200~500米長，上面的電容也不小了。插頭相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，接入前斷開R1回路，接入后接通R1回路。見圖2的等效電路

  那么，在現(xiàn)場信號(hào)接入控制器的瞬間，相當(dāng)于一個(gè)充滿24V電壓的電容通過100歐姆電阻放電！波形如圖3，必然存在24V的瞬間尖峰。這個(gè)電壓將被直接加在MCU的ADC輸入口上。這么高的電壓會(huì)引起IO口內(nèi)部的瀉放回路得導(dǎo)通。而瀉放回路只能承受幾十毫安的電流，于是這個(gè)尖峰電壓將IO口的瀉放電路燒毀，對地呈現(xiàn)短路。這一次沖擊，引起MCU內(nèi)部錯(cuò)誤，所以表現(xiàn)出第一次加信號(hào)死機(jī)。ADC輸入口燒毀，所以以后無法正確讀取控制信號(hào)的值。

  雖然濾波電容C1能起到一定的緩沖作用，但畢竟是一個(gè)獨(dú)石電容，高頻內(nèi)阻很大，對尖峰削弱作用不是很明顯。

  在西安做實(shí)驗(yàn)為了方便，現(xiàn)場選的離控制室很近，十米不到，所以這個(gè)問題沒有被發(fā)現(xiàn)。而發(fā)往外地的一批設(shè)備都離控制室很遠(yuǎn)。所以無一例外的全部燒毀。

  


   改進(jìn)后的電路如圖4，增加了一個(gè)47K的電阻R2,即使存在尖峰，也被R2C2吸收了。即使仍有殘留電壓，有R2限流，單片機(jī)IO口的瀉放回路也是完全可以承受的
  
   因?yàn)樯偌恿艘恢?分錢的電阻，造成了數(shù)萬元的損失。雖然公司沒有追究我的責(zé)任，但是，這一教訓(xùn)卻讓我感受深刻：作為一個(gè)電子工程師，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)思路和豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)都是必不可少的。很多決定設(shè)計(jì)成敗的地方并不是技術(shù)含量，而是細(xì)節(jié)！