汽車(chē)行駛記錄儀的抗干擾技術(shù)研究

范　燾

摘要：汽車(chē)行駛記錄儀對(duì)于物流運(yùn)輸、智能交通系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義，然而汽車(chē)行駛記錄儀的工作環(huán)境非常惡劣，干擾嚴(yán)重，其正常工作受到影響。文章對(duì)影響汽車(chē)行駛記錄儀的各項(xiàng)干擾進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的抗干擾技術(shù)，能有效提高汽車(chē)行駛記錄儀的工作可靠性。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)行駛記錄儀；抗干擾；可靠性；EMC

中圖分類(lèi)號(hào)：U463文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）11-0007-02

汽車(chē)行駛記錄儀是對(duì)車(chē)輛行駛速度、時(shí)間、里程以及有關(guān)車(chē)輛行駛的其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及實(shí)時(shí)報(bào)警的數(shù)字式電子記錄裝置。汽車(chē)行駛記錄儀的使用，對(duì)遏制疲勞駕駛、車(chē)輛超速等交通違章、約束駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為、交通事故的分析鑒定等方面起到了重要的作用，有效地保障了車(chē)輛行駛安全及道路暢通。2003年9月1日，我國(guó)開(kāi)始實(shí)施汽車(chē)行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T19056-2003），使得汽車(chē)行駛記錄儀的生產(chǎn)和使用有了較大的發(fā)展。然而，汽車(chē)行駛記錄儀的工作環(huán)境非常復(fù)雜，干擾嚴(yán)重，其工作可靠性受到考驗(yàn)。文中從分析干擾源著手，提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，能有效提高汽車(chē)行駛記錄儀的可靠性。

一、干擾來(lái)源

汽車(chē)行駛記錄儀的抗干擾性是指在一定的條件下，系統(tǒng)受到外界擾動(dòng)后，仍然能夠完成規(guī)定功能的能力。提高系統(tǒng)的可靠性，要從外界擾動(dòng)分析來(lái)著手，查明擾動(dòng)產(chǎn)生的原因，然后根據(jù)原因找到解決方法。

一般來(lái)講，記錄儀的工作環(huán)境往往十分惡劣，影響記錄儀正常工作的因素通?？梢苑譃槿?lèi)：一類(lèi)是汽車(chē)中惡劣多變的溫度和濕度環(huán)境，會(huì)使電子元件產(chǎn)生難以預(yù)料的信號(hào)漂移，從而形成干擾。甚至有溫度過(guò)高導(dǎo)致電解電容爆裂的情況。

其次是車(chē)輛行駛過(guò)程中的機(jī)械振動(dòng)造成的影響。機(jī)械振動(dòng)的影響是顯而易見(jiàn)的，可能會(huì)導(dǎo)致器件松動(dòng)、導(dǎo)線斷裂等物理?yè)p壞。

最后一類(lèi)則是電磁干擾，它是影響記錄儀正常工作的主要因素。汽車(chē)處在工作狀態(tài)時(shí)，電磁干擾相當(dāng)突出，汽車(chē)上存在許多噪聲源，如刮水器電動(dòng)機(jī)、燃油泵、火花點(diǎn)火線圈、空調(diào)起動(dòng)器、交流發(fā)電機(jī)線纜連接的間歇切斷，以及某些無(wú)線電子設(shè)備，如手機(jī)和車(chē)載電臺(tái)等。這些干擾源不但會(huì)產(chǎn)生從低頻到高頻的復(fù)雜電磁場(chǎng)，還會(huì)影響系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性，輕則會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞電子設(shè)備。

二、抗干擾技術(shù)

上述干擾會(huì)影響汽車(chē)行駛記錄儀的正常工作，一些實(shí)驗(yàn)室工作良好的記錄儀安裝到車(chē)上以后，往往會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。要使這些記錄儀能穩(wěn)定可靠地工作，就必須有效地消除上述干擾，文中從硬件和軟件兩方面提出消除干擾的措施。

（一） 硬件抗干擾技術(shù)

針對(duì)環(huán)境溫度變化和機(jī)械振動(dòng)對(duì)記錄儀可靠性的影響可以通過(guò)元器件的選擇和加固來(lái)消除或降低，例如可以選擇寬溫元件、把記錄儀置于溫度變化相對(duì)較小的地方，采用航空插頭來(lái)避免線路脫落等。

對(duì)抑制電磁干擾的影響應(yīng)該從干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備這三方面著手。首先應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗干擾能力，降低其對(duì)噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，常用的方法有屏蔽、隔離、接地和濾波等。

1．屏蔽。屏蔽是指用屏蔽體把通過(guò)空間進(jìn)行電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)耦合的部分隔離開(kāi)來(lái)，割斷其空間場(chǎng)的耦合通道。屏蔽的方法通常是用低電阻材料作為屏蔽體，把需要隔離的部分包圍起來(lái)。被隔離的部分既可以是干擾源，也可以是易受干擾的部分。這樣，既屏蔽了被隔離部分向外施加干擾，也屏蔽了被隔離部分接受外來(lái)的干擾。

2．隔離。信號(hào)隔離的目的是從電路上把干擾源和易被干擾的部分隔離開(kāi)，使兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間僅保持信號(hào)聯(lián)系，但不發(fā)生直接電的聯(lián)系。隔離的實(shí)質(zhì)就是把會(huì)引入干擾的通道切斷，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場(chǎng)的目的。常用的隔離方式有：光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離等。

3．接地。在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則，如果形成多點(diǎn)接地，會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲。一點(diǎn)接地又有串聯(lián)一點(diǎn)接地和并聯(lián)一點(diǎn)接地兩種方式。串聯(lián)一點(diǎn)接地的方式會(huì)導(dǎo)致各接地點(diǎn)電位不同，而且還要受其他電路工作電流的影響。而并聯(lián)一點(diǎn)接地的方式中各電路的電位僅與本電路的地電流和地電阻有關(guān)，可以避免各個(gè)工作電路的地電流耦合，減少互相干擾，但在高頻電路中地線阻抗的感抗分量增大，因此在高頻電路中應(yīng)采用多點(diǎn)接地方式。

在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”，因此，為降低接地阻抗、消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地，利用一個(gè)導(dǎo)電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。

4．濾波。濾波技術(shù)是電磁兼容性設(shè)計(jì)的主要技術(shù)之一，是屬于電磁兼容性措施中頻譜方面的技術(shù)措施，其基本用途是選擇信號(hào)和抑制干擾。

最后，對(duì)不穩(wěn)定電源的影響除了采取穩(wěn)壓濾波外，還可采取電源冗余技術(shù)。例如某些汽車(chē)點(diǎn)火啟動(dòng)瞬間，系統(tǒng)供電電壓會(huì)快速降低，對(duì)記錄儀產(chǎn)生很大的拉電流，使記錄儀產(chǎn)生欠壓復(fù)位。如果采用電池作為冗余電源，則能保證記錄儀的正常工作，電壓不受影響。

（二）軟件抗干擾技術(shù)

在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時(shí)，軟件抗干擾以其設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好的特點(diǎn)越來(lái)越受到重視。在實(shí)際應(yīng)用中，消除模擬輸入信號(hào)的噪聲（如數(shù)字濾波技術(shù)）和程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法是軟件抗干擾研究的主要內(nèi)容。

1．指令冗余。CPU取指令過(guò)程是先取操作碼，再取操作數(shù)。當(dāng)受干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤，程序便脫離正常軌道“亂飛”，當(dāng)亂飛到某雙字節(jié)指令，若在取指令時(shí)刻落在操作數(shù)上，誤將操作數(shù)當(dāng)做操作碼，程序?qū)⒊鲥e(cuò)。若飛到了三字節(jié)指令，出錯(cuò)幾率更大。在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫(xiě)（稱(chēng)為指令冗余）。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的空操作。這樣即使亂飛程序飛到操作數(shù)上，由于空操作指令的存在，避免了后面的指令被當(dāng)做操作數(shù)執(zhí)行，程序自動(dòng)納入正軌。此外，對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令如跳轉(zhuǎn)、返回等指令之前插入兩條空操作指令，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。

2．?dāng)r截技術(shù)。所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進(jìn)行出錯(cuò)處理。當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無(wú)法起作用，通過(guò)軟件陷阱攔截亂飛程序，將其引向指定位置再進(jìn)行出錯(cuò)處理。軟件陷阱是指用來(lái)將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址的指令。

3．軟件看門(mén)狗技術(shù)。失控的程序進(jìn)入死循環(huán)通常采用看門(mén)狗技術(shù)使程序脫離死循環(huán)。看門(mén)狗技術(shù)是通過(guò)不斷檢測(cè)程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過(guò)最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入死循環(huán)，需進(jìn)行出錯(cuò)處理。看門(mén)狗技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)，有些情況下系統(tǒng)工作環(huán)境中的嚴(yán)重干擾會(huì)破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷，則系統(tǒng)無(wú)法定時(shí)“喂狗”，硬件看門(mén)狗電路失效，而軟件看門(mén)狗可有效地解決這類(lèi)問(wèn)題。

三、結(jié)語(yǔ)

文中提出的措施在筆者完成的課題“基于GPS的汽車(chē)行駛記錄儀研究與實(shí)現(xiàn)”中得到應(yīng)用，證明能有效提高汽車(chē)行駛記錄儀的抗干擾能力。但由于汽車(chē)工作環(huán)境復(fù)雜多變，加上成本不同等原因，使得抗干擾技術(shù)措施的采用具有多種限制因素，設(shè)計(jì)者需要結(jié)合車(chē)型、成本等因素合理組織和采用軟硬件抗干擾技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：范燾（1980－），男，四川南溪人，四川理工學(xué)院碩士，研究方向：嵌入式控制與儀表智能化技術(shù)。