嵌入式機(jī)電設(shè)備硬件與軟件系統(tǒng)抗干擾措施探討

摘要：隨著嵌入式機(jī)電設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的使用日益擴(kuò)大，抗干擾技術(shù)得到了人們的廣泛關(guān)注。文章通過(guò)分析嵌入式機(jī)電設(shè)備硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的干擾來(lái)源，探討了具體相應(yīng)的抗干擾措施。

關(guān)鍵詞：嵌入式；機(jī)電設(shè)備；抗干擾

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2012）05-0079-01

1抗干擾的硬件系統(tǒng)

1.1預(yù)防信號(hào)傳播途徑中的干擾

①對(duì)于輸入的信號(hào)與輸出的信號(hào)選擇光電耦合器接口電路以及濾波器進(jìn)行光電隔離的一項(xiàng)措施；針對(duì)傳輸線采取的屏蔽技術(shù)，比如選擇普通雙膠線、屏蔽線等。

②通過(guò)電容使得前置放大器的頻帶寬度變窄，從使其對(duì)于高頻噪聲的回聲響應(yīng)進(jìn)一步降低，從而使高頻噪聲得到有效抑制。

③采取負(fù)載阻抗匹配的方法，使得傳輸線的兩端的源和阻抗負(fù)載阻抗與特性阻抗大小相同，從而減少信號(hào)傳送過(guò)程中的畸變。

④在電源電路中增加低通濾波電路能夠?qū)Ω哳l信號(hào)的產(chǎn)生干擾進(jìn)行有效抑制。

1.2預(yù)防空間電磁產(chǎn)生的干擾

①選擇具有優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬當(dāng)作屏蔽盒，并進(jìn)行接地，從而使得電磁產(chǎn)生的輻射不會(huì)對(duì)所控制部件造成影響。

②選擇具備差動(dòng)輸入功能的測(cè)量放大器使得微弱信號(hào)加大，再進(jìn)行傳輸。

③模擬和開(kāi)關(guān)的信號(hào)檢測(cè)線能夠選擇屏蔽雙膠線，以預(yù)防靜電以及電磁產(chǎn)生的干擾。

1.3電源抗干擾的技術(shù)

①選擇模擬電源或者穩(wěn)壓電源模塊作為供電電源。

②能夠在電源端通過(guò)磁珠以及電容器構(gòu)成濾波電路，從而出現(xiàn)濾波電路浪涌電壓。

1.4正確接地

①使電纜的屏蔽層和機(jī)電設(shè)備的金屬外殼正確接地，可以防止漏電以及起到屏蔽的作用，預(yù)防干擾源從外部侵入，能夠增加系統(tǒng)的有效抗干擾作用。

②接地線和電源線盡量短而粗。并且采取隔離措施，也就是使得機(jī)電設(shè)備的地線和其余設(shè)施的地線徹底隔離開(kāi)來(lái)，從而將外部的干擾源隔斷。

③把未使用懸空的引腳處置好。將未使用的引腳進(jìn)行接地。

1.5印制板電路抗干擾

①電路布線科學(xué)合理。合理對(duì)抗干擾電路進(jìn)行布局能夠有效降低干擾，進(jìn)而提升電磁的兼容性。確保環(huán)路的面積變得最小。布局去耦電容（IC）時(shí)應(yīng)當(dāng)與電源管腳（IC）盡量靠近，并且使之和電源與地之間構(gòu)成最短的回路。

②在電路的供電電壓（VCC）、公共端（GND）、中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀內(nèi)存（ROM ）等主芯片間聯(lián)接瓷片以及電解電容器；除去高頻和低頻脈沖的干擾，應(yīng)當(dāng)在每一個(gè)集成電路芯片上面安裝一個(gè)0.01微法的瓷片電容器，除去射頻耦合產(chǎn)生的干擾。所選用的電容引線應(yīng)短一點(diǎn)，與芯片的電源線和地線應(yīng)盡量靠緊。

③對(duì)于印制板電路，可以選擇屏蔽保護(hù)以及接地，而屏蔽可以對(duì)空間輻射進(jìn)行隔離。

④電源的印制板加設(shè)濾波電路，選擇DC-DC的方式進(jìn)行隔離，信號(hào)選擇光電耦合進(jìn)行隔離，以預(yù)防外圍部件出現(xiàn)動(dòng)作的時(shí)候形成的回流對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。針對(duì)干擾元器件采用相應(yīng)的抑制措施，針對(duì)敏感的元器件采用隔離以及對(duì)應(yīng)的保護(hù)措施。

2抗干擾的軟件系統(tǒng)

2.1信號(hào)采集的抗干擾措施

在信號(hào)采集當(dāng)中，通常傳感器中所采集到的信號(hào)的往往會(huì)有干擾信號(hào)存在，在硬件方面一般選擇濾波器對(duì)信號(hào)完成空間頻率濾波，在軟件方面利用程序多次采集模擬信號(hào)，并且以此利用軟件算法獲得非常逼真的數(shù)據(jù)。在同一點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次采集，算出它們的均值，其均值就是采樣的最終結(jié)果，能夠有效降低干擾信號(hào)對(duì)于采樣結(jié)果產(chǎn)生的影響。假如發(fā)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，就必須對(duì)同一采集點(diǎn)持續(xù)采集數(shù)個(gè)信號(hào)，然后按照中值的計(jì)算方法，取其中值當(dāng)作采樣的最終結(jié)果。通過(guò)程序判斷濾波法選擇軟件方法取代硬件RC無(wú)源濾波器。一旦在持續(xù)采集的數(shù)據(jù)間插進(jìn)延時(shí)加載程序，還可以預(yù)防比較寬的信號(hào)干擾。

2.2系統(tǒng)中的軟件看門(mén)狗技術(shù)

看門(mén)狗電路在系統(tǒng)一旦出現(xiàn)操作失誤、死機(jī)或者是整個(gè)系統(tǒng)崩潰等狀況，看門(mén)狗電路就會(huì)自動(dòng)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，從而使得系統(tǒng)能夠重新恢復(fù)運(yùn)行。這種技術(shù)是軟件有效結(jié)合硬件的一種抗程序“跑飛”的技術(shù)措施，通過(guò)引導(dǎo)指令將被捕捉到的失控程序強(qiáng)制引到復(fù)位的入口，從而讓程序恢復(fù)正常運(yùn)行。

2.3循環(huán)冗余檢查措施

設(shè)置了循環(huán)冗余檢查措施后，萬(wàn)一產(chǎn)生了故障，程序就會(huì)返回前面一個(gè)檢查點(diǎn)再次進(jìn)行計(jì)算，以便于徹底避免錯(cuò)誤。對(duì)于程序的流向發(fā)揮非常關(guān)鍵性作用的某些指令以及一些對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的正常工作發(fā)揮十分重要作用的某些指令，對(duì)于這些指令的用循環(huán)采樣代替一次采樣，處置并對(duì)輸出進(jìn)行控制。

2.4數(shù)據(jù)的保護(hù)與系統(tǒng)的恢復(fù)措施

在嵌入式的機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，通常會(huì)面臨到兩種狀況：一是系統(tǒng)的電壓由于瞬間欠壓造成系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行；二是系統(tǒng)出現(xiàn)意外斷電造成關(guān)鍵數(shù)據(jù)丟失無(wú)法恢復(fù)正常運(yùn)行。為了確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，務(wù)必進(jìn)行強(qiáng)行復(fù)位，CPU與外部設(shè)備的端口以及寄存器中的全部?jī)?nèi)容將變?yōu)樵O(shè)定值。

3結(jié)語(yǔ)

由于工業(yè)環(huán)境對(duì)機(jī)電設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)有強(qiáng)大的干擾，采用硬件和軟軟件相結(jié)合的抗干擾技術(shù)措施，構(gòu)成雙道抗干擾防線，就能提高機(jī)電設(shè)備嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 田澤.嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)

出版社，2005.