單片機自動控制中抗干擾問題分析

趙家瑩

摘要：如今，科技技術(shù)發(fā)展速度越來越快，單片機技術(shù)也變得越來越成熟，由于其本身所具有的特點和優(yōu)勢，使得其在很多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用，但是抗干擾性卻一直都沒有得到有效解決，這也在一定程度上阻礙了單片機的發(fā)展。因此，本文就針對單片機自動控制中的抗干擾問題進行分析，首先分析出現(xiàn)抗干擾的原因，然后為了提升單片機抗干擾能力從硬件和軟件兩個方面進行探討，希望通過文章的探討能夠為相關(guān)工作人員在此方面上提供一定參考。

關(guān)鍵詞：單片機;自動控制;抗干擾

0 ?引言

單片機在工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中都得到了廣泛應(yīng)用，但是由于受到各種因素的影響，使得自動控制系統(tǒng)會受到很多干擾，影響到單片機正常穩(wěn)定的運行。所以，如何提升單片機自身的抗干擾能力便成為了很多研究人員需要重點研究和解決的問題，也是保障系統(tǒng)運行可靠性的重點。文章對自動控制系統(tǒng)抗干擾能力和方法進行了研究，通過采取有效方法和措施避免單片機在運行時受到干擾，下面筆者就針對相關(guān)內(nèi)容進行詳細闡述。

1 ?單片機自動控制中出現(xiàn)干擾的原因

單片機是機械自動化中非常重要的部件，但是該部件在應(yīng)用時常常會出現(xiàn)被干擾的情況，從而影響到單片機的正常使用。通過對各個方面進行分析，造成干擾問題的原因主要包括：①電源干擾。在單片機中，其所使用的電源主要是與工業(yè)系統(tǒng)所共用的，當(dāng)對電源進行開關(guān)等操作時常常會導(dǎo)致電源電壓產(chǎn)生非常大的波動，而且還會在操作過程中產(chǎn)生較強干擾信號[1]。另外，當(dāng)電源引線過長電力傳輸還會形成感應(yīng)電動勢，從而對微機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成一定干擾影響。②人為干擾。此干擾主要是指因為人為因素而產(chǎn)生的的干擾，例如啟動電動機、虛焊等等。③過程通道干擾。在自動控制系統(tǒng)中，模擬量和開關(guān)量這兩者輸入通道是非常重要的，在這些通道之中難免會形成干擾信號，從而對單片機的正常應(yīng)用產(chǎn)生影響。由于各種原因都會形成干擾信號，對單片機的正常運轉(zhuǎn)和應(yīng)用產(chǎn)生非常大的影響，如此則需要采取有效措施提高單片機本身的抗干擾能力，促使單片機能保持正常運轉(zhuǎn)。

2 ?單片機自動控制中抗干擾的硬件措施

在提升單片機抗干擾能力上，可以通過硬件措施得以實現(xiàn)，具體措施如下。

2.1 消除電源干擾

在自動控制系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)提升供電系統(tǒng)本身的質(zhì)量，降低亂入干擾，此時應(yīng)當(dāng)做好如下工作：首先，選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備與電源。在選擇隔離電源變壓器時，應(yīng)當(dāng)盡量選擇具有抗電磁和靜電屏蔽功能的設(shè)備，同時還要將單片機和強電設(shè)備的電源進行分離，為單片機單獨供電[2]。在對中央處理器、控制線等線路進行配線時，應(yīng)當(dāng)選擇具有良好導(dǎo)電性的材料，最大程度降低外界信號所產(chǎn)生的干擾。其次，保持電源電壓穩(wěn)定。為了避免電壓發(fā)生畸變或是發(fā)生毛刺，應(yīng)當(dāng)濾波處理器處安裝+5V電源，在布設(shè)電源線時應(yīng)當(dāng)盡量保持平行，降低電網(wǎng)所發(fā)生的波動。另外，在避免兩級電壓存在的不平穩(wěn)問題，還能夠?qū)⒓煞€(wěn)定塊安裝在系統(tǒng)中，以此來保障電壓的平衡。最后，利用電源變頻器。該設(shè)備的應(yīng)用是對變壓器進行隔離，以此來有效降低電源傳導(dǎo)而發(fā)生的干擾，在抗干擾上具有良好的作用。

2.2 優(yōu)化布線結(jié)構(gòu)

自動控制系統(tǒng)是否具有良好的抗干擾能力與布線結(jié)構(gòu)有著緊密聯(lián)系，當(dāng)布線結(jié)構(gòu)合理，那么系統(tǒng)便會具有較為理想的抗干擾能力[3]。為了能夠充分發(fā)揮布線結(jié)構(gòu)在抗干擾上的能力，需要對布線結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化與調(diào)整，其具體為：①對強弱電進行分離，尤其是在布設(shè)交流電時，最為理想的狀態(tài)是使用分槽走線法，將交流與直流線單獨進行捆綁，并讓兩者保持最大距離，降低對雙方所產(chǎn)生的干擾。②模擬地與信號地兩者應(yīng)當(dāng)保持分離狀態(tài)，在進行接地處理時盡量保持單點接地狀態(tài)。在使用屏蔽線時，需要對其布線結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，并對材料進行調(diào)整，如此才能夠有效提升系統(tǒng)本身所具有的抗干擾能力。

2.3 提升接地抗干擾能力

在自動控制系統(tǒng)中電網(wǎng)與模擬地兩者連接在一起，所以非常容易產(chǎn)生電網(wǎng)干擾，數(shù)字區(qū)域中會受到十分嚴(yán)重的干擾，導(dǎo)致單片機運行時數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，從而影響到設(shè)備的應(yīng)用[4]。要想讓單片機在應(yīng)用時具有非常高的安全性，而且受到的干擾也很小，那么則需要不斷健全接地方法避免干擾。由于單片機在接地形式上存在不同，如果信號頻率在1-10MHz范圍內(nèi)，此時采用單點接地的形式，也就是將端子就近連接接地點;如果信號頻率在10MHz以上，此時則應(yīng)使用多點接地形式;如果信號頻率在1MHz以下，那么則應(yīng)當(dāng)選擇單點接地方式。

3 ?單片機自動控制中抗干擾的軟件措施

除了硬件措施以外，通過使用軟件措施也能夠起到良好的抗干擾作用，具體包括如下三個方面。

3.1 軟件陷阱技術(shù)

所謂軟件陷阱主要是指攔截技術(shù)，也就是將發(fā)生顯示錯誤等問題的程序識別出來，然后將其強行傳輸?shù)较鄳?yīng)的處理程序之中的軟件技術(shù)。一般情況下，通常都會軟件陷阱對發(fā)生亂飛的程序進行攔截，再使用合理措施對其進行處理[5]。在布設(shè)軟件陷阱時，一般都是應(yīng)用在沒有使用的ROM空間和中斷向量區(qū)等等，例如返回與跳轉(zhuǎn)指令，此部分屬于執(zhí)行死角，難以對其進行有效監(jiān)控，所以不會影響到執(zhí)行效率。例如，可以設(shè)計容錯程序，將系統(tǒng)之中出現(xiàn)失控的程序送到容錯程序中，以便對其進行處理，處理結(jié)束后再將其送到正軌之中。

3.2 “看門狗”技術(shù)

該技術(shù)的應(yīng)用主要是監(jiān)控不斷循環(huán)運行的城市需，若是當(dāng)時間已經(jīng)超過預(yù)設(shè)循環(huán)時間，此時則可以認(rèn)為其進入到了死循環(huán)的狀態(tài)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)利用強迫執(zhí)行方法將其送至0000H入口處，然后進行識別處理，讓系統(tǒng)復(fù)位，以便走入運行正軌中[6]。此項技術(shù)具有非常明顯的特征，主要表現(xiàn)為：①不依賴CPU，能夠獨立完成相關(guān)工作;②該系統(tǒng)每隔一段時間便與CPU接觸一次，也就是所謂的“喂一次狗”，兩者之間的接觸在一定程度上說明了自動控制系統(tǒng)處于正常運行的狀態(tài);③當(dāng)CPU出現(xiàn)了死循環(huán)問題，“看門狗”便能夠及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)所存在的故障，以便能夠快速對其進行復(fù)位處理。

3.3 其他技術(shù)

除了上述兩種措施以外，還可以使用其他軟件技術(shù)對其進行處理，則需要根據(jù)單片機中斷情況采取有效措施進行處理。在單片機自動控制中所采取的抗干擾方法還包括：①重復(fù)讀取信號。在采集外部中斷信號時，由于會受到干擾的影響而導(dǎo)致所采集的信號存在失真問題，如果不對其進行任何的處理，那么將會導(dǎo)致發(fā)生程序的錯誤執(zhí)行。當(dāng)產(chǎn)生干擾信號時，如果瞬間波動很短，那么采取重復(fù)讀取信號的方式便能夠有效解決該問題。②關(guān)閉未使用空間。將沒有使用的空間進行關(guān)閉，能夠避免錯誤的程序進入到空間中，從而降低所產(chǎn)生的干擾。

4 ?總結(jié)

對單片機所造成的干擾主要因素是其周圍戶環(huán)境，由于各種干擾因素的存在在一定程度上嚴(yán)重影響了單片機的應(yīng)用，需要對其進行抗干擾設(shè)計，從硬件和軟件兩個方面采取措施進行優(yōu)化，以便全面提升單片機本身的抗干擾性能。但是，如果在系統(tǒng)中應(yīng)用大量抗干擾硬件設(shè)施的，那么則會降低系統(tǒng)本身的可靠性，所以可以通過采取軟件技術(shù)彌補硬件技術(shù)所存在的不足，進一步提升自動控制系統(tǒng)本身的抗干擾性，保障單片機在運行上的可靠性與安全性，而這也能夠為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻：

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[3]沈志昕.單片機控制系統(tǒng)的抗干擾措施[J].河北農(nóng)機，2018（03）：65.

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[6]黃啟鋒，郭麗花，林有希，等.單片機控制系統(tǒng)軟件抗干擾方法的研究[J].中國農(nóng)機化學(xué)報，2016，37（2）：214-217.