汽車行駛記錄儀抗干擾技術(shù)的研究

焦安提，王沛禹

（1. 日照市高級技工學(xué)校，山東 日照 276800；2. 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 日照 276826）

汽車行駛記錄儀是一種安裝在車輛上能全程對汽車的行駛狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲、分析、輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。它能有效監(jiān)控車輛的狀態(tài)和駕駛員的駕駛行為，為道路交通事故的分析、鑒定、處理提供科學(xué)的原始數(shù)據(jù)。但是汽車作為一個復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品，本身的電子元器件在工作時往往存在著相互干擾，所處的外界環(huán)境也復(fù)雜多變，嚴(yán)重影響了記錄儀的可靠穩(wěn)定性。因此，必須對其采取抗干擾技術(shù)措施。

1 汽車行駛記錄儀的干擾源

常見干擾源一般有電磁干擾源和自然因素干擾源。電磁干擾源產(chǎn)生干擾的根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化，使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射，例如點火線圈點火、交流發(fā)電機(jī)線纜連接間歇切斷、雨刮電機(jī)間歇動作和來自車外界的手機(jī)、電臺等無線電磁波等，會產(chǎn)生從低頻到高頻的復(fù)雜電磁場，影響汽車行駛記錄儀正常穩(wěn)定工作；此外，環(huán)境的溫度、濕度、雷電、宇宙噪音等自然因素會使電子元件產(chǎn)生難以預(yù)料的信號漂移，甚至?xí)a(chǎn)生電子元器件故障，例如電路腐蝕、電容爆裂、雷電擊穿等。

2 硬件抗干擾措施

對電磁干擾的處理，可從干擾源、敏感源（受干擾設(shè)備）和耦合路徑3方面考慮。第一，盡量抑制干擾源，消除干擾的根本原因；第二，消除干擾源和受干擾設(shè)備之間的耦合、輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三，提高受干擾設(shè)備的抗干擾能力，降低其對噪聲的敏感度。本文主要采用的是屏蔽、隔離、接地和濾波等切斷干擾源和受干擾設(shè)備之間的耦合通道的方法。

2.1 屏蔽

屏蔽是指用屏蔽材料把通過空間進(jìn)行電場、磁場或電磁場耦合的部分隔離開來，切斷其空間場的耦合通道。本文采用的屏蔽方法是用低電阻和導(dǎo)磁屏蔽材料，把行駛記錄儀需要隔離的部分包圍起來，使行駛記錄儀避免受外界點火線圈、電臺等產(chǎn)生的電磁場的干擾，同時也屏蔽了記錄儀對外界的干擾。

2.2 隔離

信號隔離的目的是把干擾源和敏感源在電氣上完全隔離或部分隔離開，使兩個相互通信的設(shè)備之間僅保持信號聯(lián)系，但不發(fā)生直接電的聯(lián)系，不會影響信號的正常傳輸。隔離的實質(zhì)就是把會引入干擾的通道切斷，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場的目的。常用的隔離方式有：光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離等。該汽車行駛記錄儀采用了光電隔離技術(shù)，例如速度采集模塊等。

2.3 接地

由于設(shè)備之間的信號互傳互送，這就存在信號參考點的問題，理想化的情況是所有設(shè)備儀表的參考點之間的電位差為“零”。因此，在PCB布局設(shè)計時應(yīng)遵循“一點接地”的原則。如果形成多點接地，會出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過該回路時將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲?！耙稽c接地”有串聯(lián)和并聯(lián)一點接地兩種方式。

在實際應(yīng)用中通常采取平面式或多點接地，利用一個導(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。還采用旁路電容減少返回電流的幅值，降低接地回路的壓降。

2.4 濾波

濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號的頻譜寬得多，因此，需要進(jìn)行信號選擇和干擾抑制。本記錄儀已經(jīng)將該技術(shù)多次應(yīng)用于信號采樣和處理中。

針對自然環(huán)境因素影響，可以通過選擇性能更加合理的元器件方法來消除或降低，例如可以選擇寬溫元件、置于溫度相對恒定的地方等措施。

3 軟件抗干擾措施

軟件抗干擾以其高可靠性、低成本、高靈活性的特點越來越受到重視。通常，消除模擬輸入信號的噪聲（如數(shù)字濾波技術(shù)）和程序運行混亂時使程序重入正軌的方法是軟件抗干擾研究的主要內(nèi)容。

從軟件的運行來看，瞬時電磁干擾可能會使CPU偏離預(yù)定的程序指針，進(jìn)入未使用的RAM區(qū)和ROM區(qū)或其他字節(jié)空間，引起一些莫名其妙的現(xiàn)象，其中程序“飛掉”和死循環(huán)是最常見的。為了有效地排除這種干擾故障，常用指令冗余和軟件“陷阱”法。

3.1 指令冗余

指令冗余指在程序中某些關(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。CPU取指令過程是先取操作碼，再取操作數(shù)。當(dāng)受干擾出現(xiàn)錯誤，程序便脫離正常執(zhí)行順序發(fā)生“亂飛”，當(dāng)亂飛到某雙字節(jié)指令或三字節(jié)指令，可能會把操作數(shù)誤當(dāng)作操作碼，程序?qū)⒊鲥e。因此，常在雙字節(jié)和三字節(jié)指令后插入兩個字節(jié)以上的空操作（NOP）。這樣一旦程序受干擾亂飛到操作數(shù)上，由于空操作指令的存在，避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，使程序回正。跳轉(zhuǎn)、返回等指令之前也通常插入兩條空操作指令，以確保這些重要指令的正確執(zhí)行。

3.2 軟件“陷阱”

軟件“陷阱”法是指在系統(tǒng)存儲器（RAM和ROM）中沒有使用的單元開辟“陷阱”區(qū)，填滿了某一種重新啟動的代碼指令，當(dāng)受到干擾使指令亂飛而進(jìn)入此區(qū)域時，軟件“陷阱”來捕獲“飛掉”的程序，將飛掉的程序指向特定的復(fù)位入口地址。重新啟動的代碼指令用來掃描現(xiàn)場的各種狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)判斷程序應(yīng)該轉(zhuǎn)到系統(tǒng)程序的哪個入口，使系統(tǒng)重新投入正常運行。

3.3 “看門狗”

軟件看門狗（WATCHDOG）是利用定時器來監(jiān)控程序運行的。首先對定時器設(shè)定一個定時時間，系統(tǒng)運行后看門狗計數(shù)器自動計數(shù)，到了設(shè)定的時間未清看門狗的定時器（無喂狗行為），則認(rèn)為系統(tǒng)運行出錯（干擾發(fā)生），可通過軟件進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位或按事先預(yù)定方式運行，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定正常工作?？撮T狗技術(shù)可以由硬件或軟件實現(xiàn)。

4 結(jié)論

本文分析了汽車行駛記錄儀最常見的干擾源，針對干擾源提出了硬件、軟件干擾措施。這些措施在我們設(shè)計的汽車行駛記錄儀的實際應(yīng)用測試中，抗干擾的效果較好。

1 范燾.汽車行駛記錄儀的抗干擾技術(shù)研究［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2009（11）.