淺析避免單片機(jī)控制系統(tǒng)干擾的措施

郭太君

沈陽工學(xué)院

淺析避免單片機(jī)控制系統(tǒng)干擾的措施

郭太君

沈陽工學(xué)院

單片機(jī)控制系統(tǒng)在機(jī)械生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其具有擴(kuò)展性好、生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)。但單片機(jī)控制系統(tǒng)在工作環(huán)境中易受其他因素干擾，影響工作效果。本文分析了單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾源，并提出通過硬件和軟件措施提高其抗干擾性，以此保證工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的有序進(jìn)行。

單片機(jī) 控制系統(tǒng) 干擾源 措施

1 引言

單片機(jī)具有體積小，成本低，使用便捷等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)械制造、科研系統(tǒng)中都得到廣泛應(yīng)用。但是在惡劣的工作環(huán)境下，單片機(jī)控制系統(tǒng)易受不良因素，例如：電源波形畸變、電磁設(shè)備停止等情況，都將導(dǎo)致單片機(jī)控制系統(tǒng)工作效率降低。因此，提高單片機(jī)的安全可靠性具有一定的意義。避免單片機(jī)控制系統(tǒng)受干擾，首先需要分析系統(tǒng)的干擾源，在設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的過程中做好系統(tǒng)控制工作，采取硬件和軟件措施有效避免干擾因素，促進(jìn)單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)揮出做大的應(yīng)用價(jià)值。

2 單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾源

單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾源主要是現(xiàn)場(chǎng)干擾源和系統(tǒng)自身的干擾源。其中工作現(xiàn)場(chǎng)干擾源來自電磁的干擾。電磁干擾包括輻射干擾和傳導(dǎo)干擾兩部分，二者都是伴生存在的，在干擾和吸收之間相互轉(zhuǎn)換。輻射電磁干擾通過多種途徑進(jìn)行傳播，在實(shí)際工作環(huán)境中，設(shè)備的電纜或外殼縫隙，還有導(dǎo)線都將成為輻射電磁干擾的傳播路徑。傳導(dǎo)電磁干擾通過金屬、變壓器等途徑傳播。現(xiàn)場(chǎng)干擾源中的電磁干擾通過能量傳遞到測(cè)控系統(tǒng)中，干擾測(cè)控系統(tǒng)的磁場(chǎng)。現(xiàn)場(chǎng)干擾源還包括電容性耦合干擾，其主要通過電路或者導(dǎo)線的分布為媒介，通過干擾信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中影響系統(tǒng)的正常工作。單片機(jī)控制系統(tǒng)自身的干擾源主要是為與系統(tǒng)外部實(shí)現(xiàn)區(qū)分，單片機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部的材料部件會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾，系統(tǒng)中元件布局不合理或質(zhì)量不合格等因素都將形成單片機(jī)控制系統(tǒng)自身的干擾源。其中產(chǎn)生的噪聲干擾包括散粒噪聲和熱噪聲。其中散粒噪聲主要受半導(dǎo)體元件影響，通過晶體管進(jìn)行隨機(jī)擴(kuò)散，并在電子和空穴中發(fā)生碰撞形成。熱噪聲主要受電阻影響，由電子的熱運(yùn)動(dòng)發(fā)生于電阻兩端形成的噪聲。單片機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)干擾源和系統(tǒng)自身干擾源都對(duì)其順利工作產(chǎn)生不利影響，因此，需要采用有效的措施進(jìn)行避免。

3 避免單片機(jī)控制系統(tǒng)干擾的措施

3.1 硬件措施

避免單片機(jī)控制系統(tǒng)受干擾可以采取接地、隔離、安裝屏蔽結(jié)構(gòu)、濾波、控制反電勢(shì)等措施。根據(jù)單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際情況，結(jié)合電壓、電流等因素，綜合設(shè)計(jì)接地。受信號(hào)影響，弱信號(hào)接地主要表現(xiàn)為將單片機(jī)控制系統(tǒng)中的信號(hào)弱的回路與控制回路等部分與直流電流綁定在一起，形成實(shí)際工作地。功率接地是指將單片機(jī)控制系統(tǒng)中的電磁閥等元件與功率大的電路元件共同構(gòu)成功率接地，降低系統(tǒng)受弱信號(hào)回路的干擾的消極影響。當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈有屏蔽層是，將變壓器的初級(jí)繞組交流零線與屏蔽層連接，保證兩者處于同一屏蔽層中形成變壓器屏蔽層接地。采用同軸電纜或雙絞線接地，減少單片機(jī)控制系統(tǒng)受電磁干擾的程度，保證工作地上的接地點(diǎn)與屏蔽部件的有效連接。單片機(jī)控制系統(tǒng)中避免干擾的硬件隔離措施包括物流隔離和光電隔離，物理隔離時(shí)常應(yīng)用于隔離小信號(hào)低電平，保證信號(hào)與功率導(dǎo)線的距離。光電隔離表示在相同設(shè)備中兩種信號(hào)導(dǎo)線需要分開走線，保證信號(hào)電纜的分開，達(dá)到最佳的隔離效果。屏蔽結(jié)構(gòu)具有吸收和反射來降低電磁波能量的作用，將金屬板等屏蔽結(jié)構(gòu)安裝與單片機(jī)控制系統(tǒng)中降低其受電磁干擾的影響。將莫合金等材質(zhì)應(yīng)用于低頻磁場(chǎng)的制作屏蔽結(jié)構(gòu)中，將導(dǎo)電率高的材質(zhì)應(yīng)用于高頻磁場(chǎng)的制作屏蔽結(jié)構(gòu)中。保證屏蔽結(jié)構(gòu)發(fā)揮出最大的功效。濾波的抗干擾硬件措施主要表現(xiàn)為利用濾波電容來降低負(fù)載變化的干擾因素，削弱濾波電容和噪聲高頻分量達(dá)到抗干擾效果。大電感量的元件在單片機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程中易產(chǎn)生反電勢(shì)造成一定的破壞，有效的控制反電勢(shì)需要采取將線圈兩端并聯(lián)電阻元件的措施，在形成交流電后，將電容和電阻構(gòu)成旁路。

3.2 軟件措施

避免單片機(jī)控制系統(tǒng)受干擾可以采取攔截技術(shù)和程序監(jiān)視技術(shù)兩種軟件措施。其中攔截技術(shù)主要是通過軟件攔截達(dá)到提高單片機(jī)控制系統(tǒng)抗干擾性的目的。實(shí)際操作內(nèi)容表現(xiàn)為將單字節(jié)指令或指令冗余應(yīng)用于程序中。在雙字節(jié)或三字節(jié)指令的前后拆入兩條單字節(jié)指令，保證其指令不被失控程序拆開，維持穩(wěn)定的工作。單字節(jié)指令主要應(yīng)用于單片機(jī)控制系統(tǒng)的重要指令中，保證程序的正確流向，主要是SJMP、CJNE等指令。當(dāng)軟件攔截技術(shù)失控時(shí)，則需要采用程序監(jiān)視技術(shù)。其屬于軟件和硬件結(jié)合來避免單片機(jī)系統(tǒng)受干擾的措施。其中的硬件部分是指用產(chǎn)生定時(shí)的計(jì)數(shù)器元件，并進(jìn)行獨(dú)立工作，將其輸出端連接在CPU的復(fù)位線上，起到防止定時(shí)溢出的作用。

4 結(jié)語

單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾問題已經(jīng)影響其在實(shí)際生活中的應(yīng)用價(jià)值。為提高單片機(jī)控制系統(tǒng)的工作效率，保證其能順利運(yùn)行，需要充分了解系統(tǒng)的干擾源，采取硬件措施和軟件措施進(jìn)行有效的預(yù)防，促進(jìn)單片機(jī)控制系統(tǒng)在各大領(lǐng)域的健康發(fā)展。

[1]張楠.單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)探析[J].湖北郵電技術(shù),2014(1):36-36

[2]史玲.單片機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2014(22):63-64