導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇抗干擾設(shè)計(jì)論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

 

前言

單片機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)實(shí)驗(yàn)都可以得到很好的預(yù)期效果,然而把系統(tǒng)放到實(shí)際現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)卻不能工作。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。原因是工作現(xiàn)場比實(shí)驗(yàn)室環(huán)境惡劣,系統(tǒng)受到了各種各樣的干擾,加之構(gòu)成系統(tǒng)的元器件本身方面存在的可靠性，以及系統(tǒng)本身各部分之間的相互耦合因素等原因，系統(tǒng)必須增加一些有效的抗干擾措施才能正常運(yùn)行。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)之談，有時(shí)存在后期的抗干擾工作往往會(huì)比前期的設(shè)計(jì)工作還要艱巨,花費(fèi)的時(shí)間也需要得更多,所以說抗干擾技術(shù)是非常重要,關(guān)于在抗干擾措施是否能夠運(yùn)用得恰當(dāng)方面，其直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

一、單片機(jī)遙控系統(tǒng)系統(tǒng)工作原理

單片機(jī)以其體積小、價(jià)格廉、面向控制等方面的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使得單片機(jī)在各種工業(yè)控制、儀器儀表、產(chǎn)品的自動(dòng)化、智能化方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)的遙控系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為基本控制單元,能夠構(gòu)成無線傳輸系統(tǒng)、速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等等,而且其優(yōu)點(diǎn)是，能夠在三公里外控制運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的啟動(dòng)、速度快慢、停止、往返。而且最特別的是在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)行過程中，可根據(jù)需要隨機(jī)調(diào)節(jié)速度快慢,調(diào)速一般是在7~25km/h范圍。單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制了所有這些狀態(tài),開始通過鍵盤輸入控制參數(shù),然后經(jīng)過單片機(jī)運(yùn)算和處理行為,并且通過無線數(shù)傳模塊完成對(duì)參數(shù)的無線傳輸、運(yùn)行狀態(tài)以及調(diào)速設(shè)備的控制方式,達(dá)到遙控運(yùn)行的目的要求。

二、單片機(jī)遙控系統(tǒng)系統(tǒng)受干擾原因及危害

在電磁干擾較弱時(shí)，其可靠性和穩(wěn)定性往往是容易達(dá)到應(yīng)用要求，這方面尤其是在室內(nèi)體現(xiàn)出來，然而對(duì)在室外，會(huì)遇到各種各樣的環(huán)境條件，尤其是那種在工作環(huán)境較惡劣的情況下，就會(huì)導(dǎo)致儀器儀表工作不正?；蚴ъ`。而單片機(jī)的遙控系統(tǒng)一般都安裝在工業(yè)現(xiàn)場，而在工業(yè)現(xiàn)成環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而這樣的形式其最終造成微機(jī)系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象都是“死機(jī)”現(xiàn)象。究其原因是計(jì)算機(jī)中的CPU在執(zhí)行某條指令時(shí)，受周圍環(huán)境干擾的沖擊，影響到它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，最終致使該條指令出現(xiàn)錯(cuò)誤。這時(shí)，CPU就會(huì)執(zhí)行隨機(jī)拼寫的指令，并將其操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，從而導(dǎo)致有關(guān)程序“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。對(duì)于在工業(yè)現(xiàn)場中由于諸多大型用電設(shè)備的投入或者是撤出電網(wǎng)運(yùn)行，經(jīng)常都會(huì)造成系統(tǒng)的電源電壓不穩(wěn)，如果當(dāng)電源電壓降低或掉電時(shí)，這樣就會(huì)造成重要的數(shù)據(jù)丟失的可能性，以至于系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，而且干擾也會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂現(xiàn)象，從而使得中斷程序運(yùn)行超出定時(shí)時(shí)間。關(guān)于RAM中計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)被沖亂，導(dǎo)致程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。假設(shè)設(shè)法在電源電壓降到一定的限量值之前，單片機(jī)進(jìn)行快速地保存重要數(shù)據(jù)，將會(huì)最大限度地減少損失，對(duì)于干擾源的影響會(huì)使系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性大大降低，嚴(yán)重的情況還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行紊亂，造成生產(chǎn)事故。

三 如何實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的遙控系統(tǒng)的抗干擾

關(guān)于高頻干擾噪聲和有用信號(hào)的頻帶是不同的,其解決方法是在導(dǎo)線上增加濾波器的方法來切斷高頻干擾噪聲的傳播,或者也可加隔離光耦來解決這個(gè)問題。關(guān)于電源噪聲的危害最大。需要把電源做得好,其整個(gè)電路的抗干擾能力就解決了一大半問題。對(duì)于在單片機(jī)系統(tǒng)中還可借助于一定的外部附加電路來監(jiān)測(cè)電源電壓，當(dāng)在電源發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)通知單片機(jī)快速保存重要數(shù)據(jù)，同時(shí)斷開單片機(jī)外圍設(shè)備用電電源，從而使整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的功耗降到最低點(diǎn)。目前市場上許多單片機(jī)對(duì)電源噪聲都是十分敏感的,那么就要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器,達(dá)到減小電源噪聲對(duì)單片機(jī)的干擾。比如,可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路,當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100Ω電阻代替磁珠。當(dāng)電源恢復(fù)正常時(shí)，取消掉電工作方式，通過復(fù)位單片機(jī)，使系統(tǒng)重新正常工作。

單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的抗干擾與系統(tǒng)的接地方式也存在很大的影響，接地技術(shù)有能夠抑制噪音的效果。所以說一個(gè)良好的接地能在很大程度上抑制系統(tǒng)內(nèi)部噪音耦合的現(xiàn)象，而且還能夠防止外部干擾的侵入，能夠真正提高系統(tǒng)的抗干擾能力。在這里需要注意的是，如果要求設(shè)備的金屬外殼等需要安全接地，其屏蔽用的導(dǎo)體的必須能夠很好的接地，這樣才能為單片機(jī)系統(tǒng)提供良好的地線，并且對(duì)提高系統(tǒng)的抗干擾能力極為有效果。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。尤其是對(duì)于有防雷擊要求的系統(tǒng)，其良好的接地是至關(guān)重要的。假設(shè)系統(tǒng)不能接地，或者是雖有地線現(xiàn)象，但是接地電阻過大，就會(huì)抗干擾元件就不能正常發(fā)揮其應(yīng)有的作用了。

關(guān)于單片機(jī)供電的電源的地俗稱邏輯地，并且和大地的地的關(guān)系具有相通性、浮空性、或接電阻性。但是不能把地線隨便接在暖氣管子上。堅(jiān)決不能把接地線與動(dòng)力線的火線、零線中的零線相混淆。因?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)通常存在模擬電路和數(shù)字電路兩種，并且關(guān)于數(shù)字地與模擬地是要分開，只是在一點(diǎn)相連，假設(shè)兩者不分，就會(huì)存在互相干擾現(xiàn)象，那么可以把控制條件中的關(guān)于一次采樣和處理控制輸出更改為循環(huán)采樣和處理控制輸出，這樣能夠?qū)T性較大的控制系統(tǒng)具有良好的抗偶然因素干擾作用效果。

設(shè)置輸出狀態(tài)寄存單元來抗干擾。其程序是根據(jù)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理后的輸出結(jié)果為依據(jù)，設(shè)置出相應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存單元形式，假設(shè)其中干擾侵入輸出通道將輸出狀態(tài)破壞時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)在定時(shí)查詢寄存單元的輸出狀態(tài)信息時(shí)，并發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，及時(shí)糾正輸出狀態(tài)。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。

設(shè)置自檢程序來抗干擾。論文大全，遙控系統(tǒng)抗干擾分析。通常是在計(jì)算機(jī)內(nèi)的特定位置或某些內(nèi)存單元中來設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志，并且在開機(jī)后或有自檢中斷請(qǐng)求要求時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)首先將運(yùn)行自檢測(cè)試程序，如對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬方面的測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果再通過某種方式顯示出來，目的是保證系統(tǒng)中信息存儲(chǔ)、傳輸、運(yùn)算的高可靠性。設(shè)計(jì)單片機(jī)的遙控系統(tǒng)過程中，要求電路的元器件或線路布局合理以消除元器件之間的電磁耦合相互干擾，如去耦電路或者是平衡電路等。還有種方法是采用冗余結(jié)構(gòu)，也稱容錯(cuò)技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)，該方法是通過增加完成同一功能的并聯(lián)或備用單元數(shù)目來提高系統(tǒng)可靠性的一種設(shè)計(jì)方法。當(dāng)某些元器件發(fā)生故障時(shí)也不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于消減外部電磁干擾，可采用電磁兼容設(shè)計(jì)，目的是提高單片機(jī)系統(tǒng)在電磁環(huán)境中的適應(yīng)性，即能保持完成規(guī)定功能的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]麥山.基于單片機(jī)的協(xié)議紅外遙控系統(tǒng).電子技術(shù).1998

[2]孟慶建張恭孝.單片機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容問題[J].自動(dòng)化儀表,2004

篇2

中圖分類號(hào)：TH741 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（b）-0007-02

隨著現(xiàn)代傳感技術(shù)和微納米測(cè)量技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外對(duì)小量程高精度位移測(cè)量儀器的研究與設(shè)計(jì)越來越多?，F(xiàn)在市場上的該類儀器大都價(jià)格昂貴且和具體應(yīng)用領(lǐng)域不相適應(yīng)，所以筆者自主研發(fā)了一臺(tái)用于測(cè)量微小零件尺寸和升降臺(tái)位移的小位移測(cè)量儀，其量程為10 mm。采用的位移傳感器為長光柵，其分辨率為10 mm。

小位移測(cè)量儀的測(cè)量過程可以分解為兩個(gè)子過程：測(cè)桿運(yùn)動(dòng)過程和測(cè)量數(shù)據(jù)讀取并處理過程。測(cè)桿運(yùn)動(dòng)的目的之一是使測(cè)桿能夠平穩(wěn)可靠地和各種不同的被測(cè)對(duì)象接觸以實(shí)現(xiàn)對(duì)該被測(cè)對(duì)象豎向位置信息的讀??；另一個(gè)目的則是通過測(cè)桿運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)多次測(cè)量多次讀數(shù)，以便通過對(duì)多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)求平均值來消除隨機(jī)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

1 測(cè)桿運(yùn)動(dòng)控制方法研究

1.1 測(cè)桿驅(qū)動(dòng)方法

測(cè)桿的運(yùn)動(dòng)需要在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下才能實(shí)現(xiàn)，小位移測(cè)量儀的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是直流電機(jī)和電磁離合器，如圖1所示。對(duì)測(cè)桿升降的控制可通過控制電磁離合器來實(shí)現(xiàn)。

將電磁離合器的電源接通會(huì)使電磁離合器吸合，向上的驅(qū)動(dòng)力作用在測(cè)桿上便可將測(cè)桿提升；當(dāng)測(cè)桿需要下降時(shí)，將電磁離合器的電源斷開會(huì)使電磁離合器斷開，這時(shí)驅(qū)動(dòng)力消失，測(cè)桿便可在自身重力的作用下降落。

控制電磁離合器電源的通斷有兩種方法：一種是通過連接在電源線上的按鈕開關(guān)進(jìn)行手動(dòng)控制；另一種是使用處理器芯片通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

手動(dòng)控制需要操作者親臨儀器旁并在測(cè)桿運(yùn)動(dòng)的過程中實(shí)時(shí)觀察自主判斷何時(shí)接通或斷開離合器電源，這種方法不方便操作，是落后的不被提倡的。

采用自動(dòng)控制后，測(cè)桿運(yùn)動(dòng)控制完全由電路和軟件實(shí)現(xiàn)，這樣就減小了操作者的工作強(qiáng)度，也避免了由于操作者的誤判斷和誤操作而導(dǎo)致的測(cè)量流程紊亂及測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤。所以本論文采用自動(dòng)控制的方法來控制測(cè)桿升降。

由于電磁離合器屬于大功率器件，所以處理器對(duì)電磁離合器的控制需要借助繼電器來實(shí)現(xiàn)。這樣，測(cè)桿運(yùn)動(dòng)控制的控制鏈為：處理器引腳輸出的控制信號(hào)輸入繼電器的控制端，繼電器的兩個(gè)觸點(diǎn)接入電磁離合器的電源線路，繼電器觸點(diǎn)的通斷決定了電磁離合器電源線的通斷。

1.2 監(jiān)測(cè)測(cè)桿上升高度的控制方法

本論文在控制測(cè)桿升降運(yùn)動(dòng)時(shí)采用了一種監(jiān)測(cè)測(cè)桿上升高度的控制方法。

具體來說，就是在測(cè)桿上升階段采用某種位置傳感器對(duì)測(cè)桿的上升高度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)測(cè)桿上升到預(yù)定高度時(shí)位置傳感器的輸出信號(hào)會(huì)發(fā)生跳變，處理器感知到該信號(hào)跳變后就采取控制措施將測(cè)桿降落。

處理器會(huì)在測(cè)桿降落并和被測(cè)件表面穩(wěn)定接觸后從光柵信號(hào)處理板中讀取測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)桿降落的耗時(shí)是確定的，由實(shí)驗(yàn)知從測(cè)桿開始降落時(shí)刻算起的8 min之后測(cè)桿必定會(huì)與被測(cè)件穩(wěn)定接觸，所以在測(cè)桿開始降落之時(shí)開啟了一個(gè)定時(shí)時(shí)間為八秒的定時(shí)器，處理器會(huì)在八秒定時(shí)時(shí)間到時(shí)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取、保存與處理。

監(jiān)測(cè)測(cè)桿上升高度的控制方法中提到的位置傳感器可以是很多種傳感器，鑒于光電開關(guān)（即紅外反射式傳感器）具有非接觸觸發(fā)且便于安裝的優(yōu)點(diǎn)，本論文選用光電開關(guān)作為位置傳感器。

處理器對(duì)光電開關(guān)輸出的跳變信號(hào)的檢測(cè)是通過中斷機(jī)制中的“外部中斷”實(shí)現(xiàn)的，光電開關(guān)信號(hào)作為外部中斷源輸入處理器的外部中斷引腳。當(dāng)處理器檢測(cè)到外部中斷輸入信號(hào)產(chǎn)生了下降沿跳變時(shí)，就會(huì)認(rèn)為光電開關(guān)發(fā)出了中斷請(qǐng)求，從而在外部中斷的中斷處理函數(shù)中將測(cè)桿降落。

2 大功率器件抗干擾方法研究

2.1 干擾的產(chǎn)生及其影響

分析1.1節(jié)所論述的控制鏈可以發(fā)現(xiàn)：電磁離合器和處理器之間存在間接的聯(lián)系，大功率器件電磁離合器可能會(huì)對(duì)處理器產(chǎn)生干擾。

實(shí)際情況確實(shí)是這樣，電磁離合器在工作時(shí)會(huì)將干擾信號(hào)通過連接線路耦合進(jìn)處理器電路板中。這種干擾信號(hào)一般在電磁離合器進(jìn)行電源切換和狀態(tài)跳變時(shí)產(chǎn)生，用示波器對(duì)其進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)這種干擾信號(hào)是電壓幅值大持續(xù)時(shí)間短的瞬間劇烈脈沖。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，干擾信號(hào)耦合進(jìn)處理器電路板后，主要是對(duì)處理器中的“外部中斷”部分產(chǎn)生不利影響，使處理器產(chǎn)生對(duì)外部中斷輸入信號(hào)的誤判斷和誤觸發(fā)。表1為大功率器件產(chǎn)生干擾的分析。

在正常情況下，輸入外部中斷引腳的跳變信號(hào)是由光電開關(guān)產(chǎn)生的，但是在表現(xiàn)為瞬間劇烈脈沖的干擾信號(hào)耦合進(jìn)處理器電路板之后，輸入外部中斷引腳的跳變信號(hào)則有可能是干擾信號(hào)。當(dāng)處理器檢測(cè)到并響應(yīng)了實(shí)際為干擾信號(hào)的外部中斷信號(hào)時(shí)，就會(huì)發(fā)生測(cè)桿升降錯(cuò)誤。

2.2 硬件抗干擾措施

本論文使用的處理器STM32F103ZET6是產(chǎn)品系列中最強(qiáng)大的，其抗干擾能力也比一般的處理器好很多。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)若選用51內(nèi)核單片機(jī)STC12C5A60S2作為處理器，電磁離合器產(chǎn)生的干擾則可能會(huì)使處理器重啟或者死機(jī)。所以通過更換處理器來消除干擾信號(hào)影響的方法是不可行的。

在干擾信號(hào)的耦合通道中進(jìn)行信號(hào)隔離是抗干擾的一種主要方法，所以本論文在處理器的引腳和繼電器的控制端之間加入了光電耦合器6N137。光電耦合器的輸入級(jí)和輸出級(jí)使用完全不同的兩個(gè)電源供電，輸入級(jí)的地線和輸出級(jí)的地線亦相互獨(dú)立，起到了對(duì)處理器電路和繼電器電路進(jìn)行信號(hào)隔離的作用。

大幅度延長干擾信號(hào)的耦合線路，使干擾信號(hào)在電線中發(fā)生損耗是抗干擾的另一種方法，所以本論文在處理器的引腳和光電耦合器的輸入端之間以及繼電器的觸點(diǎn)和電磁離合器之間配置了超過15 m的電線。

另外，本論文還采用了對(duì)處理器電路板正反面覆銅的抗干擾方法。

實(shí)驗(yàn)證明，以上三種硬件抗干擾措施在很大程度上抑制了干擾，但是干擾并沒有完全消除，在偶爾幾次電磁離合器進(jìn)行電源狀態(tài)切換時(shí)處理器仍會(huì)產(chǎn)生中斷誤觸發(fā)。

為了完全消除干擾的影響，本論文在采用以上硬件抗干擾措施的同時(shí)，設(shè)計(jì)了一種通過軟件來抗干擾的方法。

2.3 軟件抗干擾方法的實(shí)現(xiàn)

由于電磁離合器進(jìn)行電源切換和狀態(tài)跳變的時(shí)刻是可知的，即產(chǎn)生干擾的時(shí)間點(diǎn)是固定的，所以可以采用在產(chǎn)生干擾的時(shí)間點(diǎn)上不去檢測(cè)外部中斷信號(hào)的方法來避免“外部中斷”擾信號(hào)所觸發(fā)。具體來說就是在干擾產(chǎn)生時(shí)間點(diǎn)所在的一段時(shí)間內(nèi)通過編程將外部中斷檢測(cè)功能關(guān)閉（即關(guān)中斷）。這種通過在測(cè)桿升降過程中選擇合適的時(shí)刻關(guān)中斷和開中斷來抗干擾的思路就是軟件抗干擾方法的實(shí)現(xiàn)思路。

具有軟件抗干擾功能的測(cè)桿運(yùn)動(dòng)控制流程圖如圖2所示。對(duì)該流程圖和1.2節(jié)所論述的監(jiān)測(cè)測(cè)桿上升高度的控制方法進(jìn)行比較后可以發(fā)現(xiàn)：新方法中加入了一個(gè)定時(shí)時(shí)間為兩秒的定時(shí)器。這兩秒是從測(cè)桿開始提升的瞬間干擾發(fā)生到開啟外部中斷的時(shí)間間隔。也就是說在此干擾發(fā)生時(shí)刻之后的兩秒內(nèi)，外部中斷是關(guān)閉的。

而在此干擾發(fā)生時(shí)刻之前的一段時(shí)間內(nèi)，外部中斷也是關(guān)閉的。具體來說，這一段時(shí)間是指從儀器開機(jī)到此干擾第一次發(fā)生時(shí)刻之間的時(shí)間段，以及上次測(cè)桿開始降落時(shí)刻到此干擾發(fā)生時(shí)刻之間的時(shí)間段。

可見，在測(cè)桿開始提升瞬間干擾發(fā)生時(shí)刻所在的前后一段時(shí)間內(nèi)，外部中斷是關(guān)閉的。

而由于在測(cè)桿提升到預(yù)定高度時(shí)處理器先關(guān)閉外部中斷再降落測(cè)桿，所以在測(cè)桿開始降落瞬間干擾發(fā)生時(shí)外部中斷也已經(jīng)關(guān)閉。

所以在測(cè)桿整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中的干擾產(chǎn)生時(shí)間點(diǎn)上外部中斷檢測(cè)功能都是關(guān)閉的，這就避免了處理器檢測(cè)并響應(yīng)實(shí)際為干擾信號(hào)的外部中斷信號(hào)。

3 結(jié)語

篇3

1.引言

現(xiàn)代社會(huì)是信息化的社會(huì)，人們的主要交流和溝通都是通過對(duì)信息的傳遞、處理而進(jìn)行的。傳感器就是人們從自然界獲取各種相應(yīng)外界信息的方式，能夠?qū)⑾鄳?yīng)的需要采集的信息轉(zhuǎn)換成為控制芯片能夠識(shí)別的電流或者電壓等信號(hào)，在現(xiàn)代的控制測(cè)量系統(tǒng)中具有不可缺少的作用。

本論文主要介紹的是電渦流式位移傳感器。電渦流式位移傳感器屬于電感式位移傳感器的一種，是基于電渦流效應(yīng)而工作的傳感器，具有很多優(yōu)點(diǎn)：高分辨率、高可靠性、較寬的頻率響應(yīng)以及較高的靈敏度等等。

該傳感器還具有很強(qiáng)的抗干擾能力，相比而言，傳統(tǒng)的傳感器具有非線性誤差，要求工作環(huán)境恒定或者價(jià)格較高[1]。

2.電渦流式微位移傳感器

2.1 傳感器發(fā)展歷程

國外在工業(yè)化的過程中，逐漸將傳感器廣泛應(yīng)用在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，在航天和軍事領(lǐng)域也有十分領(lǐng)先的傳感器應(yīng)用。之后伴隨各個(gè)國家的機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等信息產(chǎn)業(yè)如日中天，歐美國家以及亞洲的日本都對(duì)世界的傳感器具有相當(dāng)重要的影響。

我國主要是在1960年開始對(duì)傳感器進(jìn)行開發(fā)工作。國家組織大批科研人員對(duì)其進(jìn)行研究和開發(fā)，并實(shí)施了“八五”、“九五”等國家計(jì)劃，使得其取得了十分矚目的應(yīng)用成就。然而我們也應(yīng)該清醒地意識(shí)到，我國在傳感器的基礎(chǔ)制造工藝等方面還不能和發(fā)達(dá)國家相提并論，許多核心技術(shù)以及芯片都要進(jìn)口。與此同時(shí)，我們的傳感器在國際上沒有太大競爭力，產(chǎn)品研發(fā)和更新速度很低，缺少實(shí)用創(chuàng)新性[2]。

2.2 傳統(tǒng)傳感器缺點(diǎn)

以往的傳感器和電渦流位移傳感器比起來，具有以下幾個(gè)方面的嚴(yán)重不足：

（1）輸入一輸出特性存在非線性且隨時(shí)間而漂移；

（2）環(huán)境會(huì)干擾參數(shù)，使得測(cè)量結(jié)果發(fā)生漂移；

（3）因結(jié)構(gòu)尺寸大，而時(shí)間響應(yīng)特別差；

（4）易受噪聲干擾、信噪比低；

（5）靈敏度或者分辨率不夠理想。

2.3 電渦流式微位移傳感器

本論文所要介紹的電渦流位移傳感器，其工作原理是利用了渦流效應(yīng)。該類型的傳感器，通過渦流效應(yīng)使相應(yīng)的位移的變化，轉(zhuǎn)換成線圈的阻抗值變化；之后利用特定的電路將線圈阻抗值變化轉(zhuǎn)換成為電壓的變化，再進(jìn)行檢測(cè)和輸出，根據(jù)相應(yīng)的公式或者經(jīng)驗(yàn)，能夠還原成位移信息。這種傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如具有很高的靈敏度、簡單的結(jié)構(gòu)以及及時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。該傳感器廣泛應(yīng)用在測(cè)量振動(dòng)和位移等信息量上。大體上輸出的電壓信號(hào)與位移的變化量是線性的關(guān)系，公式是ΔS=K?ΔV。其中K是系統(tǒng)的比例常數(shù)，在不同的傳感器中根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同是不一樣的。

2.4 電渦流式位移傳感器測(cè)量原理

公式能夠精確描述該原理。我們根據(jù)公式可以得知，在其他條件不變的情況下，Z（線圈的阻抗）與S一一對(duì)應(yīng)。電渦流傳感器測(cè)量位移的原理就是基于此公式，在特定的信號(hào)激勵(lì)過程中，傳感器會(huì)依據(jù)位移變化而產(chǎn)生電壓的變化。

3.測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 主控芯片

本論文設(shè)計(jì)的電渦流微位移傳感器使用的主控芯片是AT89S52單片機(jī)。MSC-51單片機(jī)是八位的非常實(shí)用的單片機(jī)。本論文所使用的AT89S52單片機(jī)就是基于這款單片機(jī)的。MSC-51單片機(jī)的基本架構(gòu)被ATMEL公司購買，繼而在其基本內(nèi)核的基礎(chǔ)上加入了許多新的功能，同時(shí)擴(kuò)展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內(nèi)核的單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此無論是在工業(yè)上還是在一些電子產(chǎn)品上應(yīng)用都很多。全球也有許多大公司對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，加入新的功能。即使是在今天，51單片機(jī)仍然在控制系統(tǒng)中占據(jù)很大市場[4]。

下面對(duì)本論文所使用的單片機(jī)作簡要介紹。AT89S52單片機(jī)具有最大能夠支持的64K外部存儲(chǔ)擴(kuò)展，同時(shí)還具有8K字節(jié)的Flash空間。該單片機(jī)具有4組I/O口，分別是從P0到P3，同時(shí)每組端口具有8個(gè)引腳。每個(gè)引腳除了能夠作為普通的輸入和輸出端口外，還具有其它功能，也就是我們通常所說的引腳復(fù)用。其還具有斷電保護(hù)、看門口、計(jì)時(shí)器和定時(shí)器。51單片機(jī)一般的工作電壓是5V。

3.2 顯示模塊

本論文設(shè)計(jì)的LCD1602電路，該液晶模塊能夠顯示2行*16列的字符，相對(duì)于數(shù)碼管而言，顯示更加靈活多變。該液晶模塊用來顯示其測(cè)量處理后的數(shù)據(jù)。

4.測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本論文的主程序循環(huán)采集電量的變化，并實(shí)時(shí)顯示在液晶模塊上。系統(tǒng)軟件是指完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的軟件。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性，在編寫系統(tǒng)應(yīng)用軟件時(shí)，主要考慮以下兩方面：

（1）提高系統(tǒng)抗干擾性能。在工業(yè)現(xiàn)場不可避免的有各種抗干擾因素。因此本系統(tǒng)除了在硬件上硬件復(fù)位和加電容濾波外。在軟件上，采用了指令冗余技術(shù)、延時(shí)消抖技術(shù)以及對(duì)位移大小采樣值進(jìn)行中值濾波的數(shù)字濾波方法，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

（2）采用模塊化編程。將系統(tǒng)的應(yīng)用程序分為若干個(gè)功能模塊，這些模塊可以任意更改而不影響程序的其余部分，將各個(gè)功能模塊程序調(diào)通后，再把各個(gè)功能模塊結(jié)合起進(jìn)行聯(lián)調(diào)，這大大減少了調(diào)試時(shí)間，提高了程序的通用性，方便程序的修改和檢查。

5.總結(jié)

電渦流位移傳感器是一種基于電渦流效應(yīng)的傳感器，能夠?qū)⑽灰频淖兓D(zhuǎn)換成電量的變化。本論文主要介紹了傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展歷程，進(jìn)而介紹了電渦流式微位移傳感器的測(cè)量原理和優(yōu)勢(shì)，并基于單片機(jī)設(shè)計(jì)了測(cè)量系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]譚祖根，汪樂宇.電渦流檢測(cè)技術(shù)[M].北京：原子能出版社，1986.

篇4

引言

鋼軌內(nèi)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，應(yīng)用縱橫彎曲理論建立無縫線路軌道力學(xué)模型，根據(jù)鋼軌內(nèi)應(yīng)力計(jì)算公式，以電測(cè)應(yīng)力法進(jìn)行比較分析[1]，測(cè)量時(shí)使被測(cè)段鋼軌懸空，在其中部施加一橫向撓動(dòng)力，分別測(cè)試鋼軌的橫向力、橫向位移、軌溫和濕度等信號(hào)，將信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后計(jì)算，快速、準(zhǔn)確得出被測(cè)線路的內(nèi)應(yīng)力，并可將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，操作人員可通過液晶顯示屏測(cè)試和查詢。

作為電子類產(chǎn)品，提高測(cè)試系統(tǒng)的抗電磁干擾能力及屏蔽性能是研發(fā)、生產(chǎn)、使用過程中不可缺少的環(huán)節(jié)。

1.鋼軌內(nèi)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)硬件部分由單片機(jī)控制器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、傳感器和自加載施力機(jī)構(gòu)等組成。系統(tǒng)選用W77E532單片機(jī)為控制核心;壓力、位移、溫度和濕度為測(cè)量鋼軌內(nèi)應(yīng)力的必要參數(shù);自加載施力機(jī)構(gòu)通過電機(jī)給被測(cè)鋼軌施加定量的壓力;U盤存儲(chǔ)功能可將系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至U盤，可通過U盤將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至上位機(jī)管理軟件，也可直接通過數(shù)據(jù)線將測(cè)試儀主機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至上位機(jī)。

2.鋼軌內(nèi)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)的抗電磁干擾方法

2.1 線路板抗電磁干擾設(shè)計(jì)

以W77E532為處理核心的控制系統(tǒng)具有靈敏度高、處理速度快等特點(diǎn)，正因如此，也更容易影響測(cè)試系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，測(cè)試過程中使系統(tǒng)的性能指標(biāo)偏離設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差大[2]，因此抗干擾技術(shù)己成為設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)必須考慮的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)控制電路的抗電磁干擾部分除了采用常規(guī)方法，如數(shù)字地和模擬地單點(diǎn)相連、縮短旁路電容地線長度、相互關(guān)聯(lián)的元器件盡量放得靠近外，還采取了以下措施：

（1）采用線性光耦PC817將所有模擬量信號(hào)與數(shù)字量信號(hào)輸入輸出端隔離，為了提高隔離效果，我們將PC817縱向排列整齊，沿PC817焊腳內(nèi)側(cè)在線路板上開槽。

PC817光電耦合器輸入部分和輸出部分采用獨(dú)立的5V電源供電，數(shù)字量5V由鋰電池經(jīng)2940穩(wěn)壓后提供，模擬量5V由DC-DC5V提供。

（2）低壓差穩(wěn)壓器LM2940及其濾波器件遠(yuǎn)離單片機(jī)放置;

（3）數(shù)字量部分沿PC817開槽處雙面覆銅接地。采用金屬敷層屏蔽材料抑制電磁干擾也是目前常用的方法之一，通過非電解電鍍、陰極濺射、真空鍍金等方法在絕緣材料的表面形成導(dǎo)電金屬薄層[3]，可以提高電子設(shè)備的抗干擾能力。

2.2 供電部分的抗電磁干擾設(shè)計(jì)

鋼軌內(nèi)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)由8V鋰電池供電，經(jīng)兩個(gè)低壓差三端穩(wěn)壓器LM2940后，固定輸出5V，LM2940內(nèi)部含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路，再經(jīng)容阻濾波，給數(shù)字量電路供電。

模擬量電路電源經(jīng)LM2940降壓后，由DC-DC5V提供。

2.3 傳感器部分抗電磁干擾設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)共有1路數(shù)字量和4路模擬量輸入，有位移、壓力、溫度、濕度和電壓信號(hào)，其中，位移、壓力2路信號(hào)對(duì)測(cè)試結(jié)果具有決定性影響，我們主要對(duì)這2路傳感器信號(hào)做了抗電磁干擾處理：

（1）位移信號(hào)的采集使用千分表，其輸出為數(shù)字信號(hào)，是不隨時(shí)間連續(xù)變化的量，數(shù)字信號(hào)抗干擾能力強(qiáng);

（2）壓力信號(hào)由JLBS-Ⅱ型拉力傳感器提供，其采用箔式應(yīng)變片貼在合金鋼彈性體上，可承受拉、壓力，具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性能好、溫度漂移小、輸出對(duì)稱性好等特點(diǎn)。由于壓力傳感器的變送器電路處理的是比較微弱的信號(hào)，而且還要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，外界干擾極易耦合到電路中從而影響有用信號(hào)。因此，本系統(tǒng)的壓力信號(hào)采用電流傳輸代替電壓傳輸，接收電路低的輸入阻抗和對(duì)地懸浮的電流源（電流源的實(shí)際輸出阻抗與接收電路的輸入阻抗形成并聯(lián)回路）使得電磁干擾對(duì)電流信號(hào)的傳輸不會(huì)產(chǎn)生大的影響，可獲得較好的抗干擾性能。

另外，本系統(tǒng)針對(duì)模擬量輸入通道的抗電磁干擾還采用了以下措施：壓力、溫度、濕度傳感器使用屏蔽線，屏蔽層與線路板GND相連，盡量縮短信號(hào)線長度。

2.4 外殼抗電磁干擾設(shè)計(jì)

為了使外殼在操作者和內(nèi)部電路間建立隔離、形成屏蔽層，起到抗電磁干擾作用，本系統(tǒng)主機(jī)箱采用金屬鋁殼，既可以防止因操作者對(duì)金屬外殼的直接接觸放電造成干擾，又可以防止環(huán)境干燥時(shí)操作者對(duì)周圍物體放電形成的電磁干擾耦合到測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部。即便如此，我們?cè)谧隹闺姶鸥蓴_試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)還是存在干擾現(xiàn)象，液晶屏出現(xiàn)亂碼，經(jīng)過分析，我們認(rèn)為此現(xiàn)象是由于主機(jī)箱上銑了液晶屏安裝槽、航空插座孔、充電口、電源開關(guān)孔、鍵盤孔等造成，于是又采取了以下抗干擾措施：

（1）盡量縮短主機(jī)箱內(nèi)部導(dǎo)線長度，并在每根導(dǎo)線上增加磁環(huán);

（2）將主機(jī)箱內(nèi)固定線路板的所有金屬小件都更換為絕緣材料，在液晶屏與主機(jī)箱外殼之間增加一層絕緣紙;

（3）主機(jī)箱內(nèi)部在充電孔、航空插座孔、電源開關(guān)孔及液晶屏開孔處噴涂三防漆，三防漆是一種特殊配方的涂料，用于保護(hù)線路板及其相關(guān)設(shè)備免受壞境的侵蝕。三防漆具有良好的耐高低溫性能，其固化后成一層透明保護(hù)膜，具有優(yōu)越的絕緣、防潮、防漏電、防震、防塵、防腐蝕、防老化、耐電暈等性能;

（4）主機(jī)箱底部裝設(shè)一只金屬螺帽作為電磁干擾泄放通道，在操作者對(duì)外殼的孔、洞、縫隙放電時(shí)將放電電流泄放，防止對(duì)內(nèi)部電路直接放電。

2.5 軟件抗電磁干擾設(shè)計(jì)

若單靠硬件措施消除干擾會(huì)增加系統(tǒng)的硬件成本，使系統(tǒng)復(fù)雜化，而且并非所有因干擾而產(chǎn)生的故障都可通過硬件抗干擾措施得到完全解決;軟件抗干擾技術(shù)不僅可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，成本降低，設(shè)計(jì)也很靈活方便[3]。

本系統(tǒng)的控制軟件由KeilC編制，軟件組成主要包括A/D轉(zhuǎn)換、鍵盤響應(yīng)、液晶顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀取及分析計(jì)算等部分。本系統(tǒng)采用數(shù)字濾波、設(shè)立軟件陷阱、看門狗（Watchdog）和軟件冗余等技術(shù)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

3.結(jié)束語

影響鋼軌內(nèi)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)抵抗電磁干擾能力的因素有很多，本文從系統(tǒng)硬件的線路板、供電電源、傳感器、外殼等部分入手，分析并提出了測(cè)試系統(tǒng)抗電磁干擾的方法，提高了測(cè)試系統(tǒng)的抗電磁干擾的能力，解決了系統(tǒng)受干擾時(shí)液晶顯示屏出現(xiàn)亂碼的情況，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]王建文.無縫線路溫度力及鎖定軌溫測(cè)試技術(shù)研究.擴(kuò)大鐵路對(duì)外開放、確保重點(diǎn)物資運(yùn)輸――中國科協(xié)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)鐵道分會(huì)場暨中國鐵道學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)和粵海通道運(yùn)營管理學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集，2005.

篇5

二、單片機(jī)開發(fā)中的幾個(gè)基本技巧

在單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)中，代碼的使用效率問題、單片機(jī)抗干擾性和可靠性等問題仍困擾著。現(xiàn)歸納出單片機(jī)開發(fā)中應(yīng)掌握的幾個(gè)基本技巧。

1、如何減少程序中的bug。對(duì)于如何減少程序的bug，應(yīng)該先考慮系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)考慮的超范圍管理參數(shù)如下。物理參數(shù)：這些參數(shù)主要是系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)，它包括激勵(lì)參數(shù)、采集處理中的運(yùn)行參數(shù)和處理結(jié)束的結(jié)果參數(shù)。資源參數(shù)：這些參數(shù)主要是系統(tǒng)中的電路、器件、功能單元的資源，如記憶體容量、存儲(chǔ)單元長度、堆疊深度。應(yīng)用參數(shù)：這些應(yīng)用參數(shù)常表現(xiàn)為一些單片機(jī)、功能單元的應(yīng)用條件。過程參數(shù)：指系統(tǒng)運(yùn)行中的有序變化的參數(shù)。

2、如何提高C語言編程代碼的效率。用C語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。如果使用C編程時(shí)，要達(dá)到最高的效率，最好熟悉所使用的C編譯器。先試驗(yàn)一下每條C語言編譯以后對(duì)應(yīng)的匯編語言的語句行數(shù)，這樣就可以很明確的知道效率。在今后編程的時(shí)候，使用編譯效率最高的語句。各家的C編譯器都會(huì)有一定的差異，故編譯效率也會(huì)有所不同，優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)C編譯器代碼長度和執(zhí)行時(shí)間僅比以匯編語言編寫的同樣功能程度長5-20％。對(duì)于復(fù)雜而開發(fā)時(shí)間緊的項(xiàng)目時(shí)，可以采用C語言，但前提是要求你對(duì)該MCU系統(tǒng)的C語言和C編譯器非常熟悉，特別要注意該C編譯系統(tǒng)所能支持的數(shù)據(jù)類型和算法。雖然C語言是最普遍的一種高級(jí)語言，但由于不同的MCU廠家其C語言編譯系統(tǒng)是有所差別的，特別是在一些特殊功能模塊的操作上。所以如果對(duì)這些特性不了解，那么調(diào)試起來問題就會(huì)很多，反而導(dǎo)致執(zhí)行效率低于匯編語言。

3、如何解決單片機(jī)的抗干擾性問題。防止干擾最有效的方法是去除干擾源、隔斷干擾路徑，但往往很難做到，所以只能看單片機(jī)抗干擾能力夠不夠強(qiáng)了。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、可靠性好越來越受到重視。單片機(jī)干擾最常見的現(xiàn)象就是復(fù)位；至于程序跑飛，其實(shí)也可以用軟件陷阱和看門狗將程序拉回到復(fù)位狀態(tài)；所以單片機(jī)軟件抗干擾最重要的是處理好復(fù)位狀態(tài)。一般單片機(jī)都會(huì)有一些標(biāo)志寄存器，可以用來判斷復(fù)位原因；另外你也可以自己在RAM中埋一些標(biāo)志。在每次程序復(fù)位時(shí)，通過判斷這些標(biāo)志，可以判斷出不同的復(fù)位原因；還可以根據(jù)不同的標(biāo)志直接跳到相應(yīng)的程序。這樣可以使程序運(yùn)行有連續(xù)性，用戶在使用時(shí)也不會(huì)察覺到程序被重新復(fù)位過。

4、如何測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成，對(duì)于不同的單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品會(huì)有不同的測(cè)試項(xiàng)目和方法，但是有一些是必須測(cè)試的：測(cè)試單片機(jī)軟件功能的完善性；上電、掉電測(cè)試；老化測(cè)試；ESD和EFT等測(cè)試。有時(shí)候，我們還可以模擬人為使用中，可能發(fā)生的破壞情況。例如用人體或者衣服織物故意摩擦單片機(jī)系統(tǒng)的接觸端口，由此測(cè)試抗靜電的能力。用大功率電鉆靠近單片機(jī)系統(tǒng)工作，由此測(cè)試抗電磁干擾能力等。

綜上所述，單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。此外在開發(fā)和應(yīng)用過程中我們更要掌握技巧，提高效率，以便于發(fā)揮它更加廣闊的用途。

參考文獻(xiàn)：

[1]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990

[2]蔡美琴等.MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用.北京：高等教育出版社，1992

篇6

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2015）05-0000-00

1 引言

壓力傳感器在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用比較廣泛，其信號(hào)調(diào)理電路通過對(duì)信號(hào)的調(diào)節(jié)變換，使信號(hào)達(dá)到后續(xù)電路的接收要求。電路的誤差控制、抗干擾技術(shù)對(duì)電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，電路的穩(wěn)定性直接關(guān)系到單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和產(chǎn)品的實(shí)用性。

本論文的信號(hào)調(diào)理電路主要用于電子稱等衡器的前端信號(hào)處理，量程0―5Kg，其最大允許誤差±1.5e（分度值e=2g）。本論文從誤差分析，力傳感器的選定和放大電路的設(shè)計(jì)三個(gè)方面闡述該電路設(shè)計(jì)思路。

2硬件設(shè)計(jì)中誤差解決方法

降低電路元器件產(chǎn)生的噪聲、設(shè)置穩(wěn)壓電流源作傳感器專用電源，可保證傳感器輸出信號(hào)精度高，紋波小，穩(wěn)定可靠，選擇合適的傳感器。

由于組成電路的元件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一些噪聲，并且實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，噪聲的功率與輸入的電壓有直接的關(guān)系，而且會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的參數(shù)產(chǎn)生較大的影響。在試驗(yàn)中對(duì)電阻等噪聲較大的原件通過元件的噪聲參數(shù)建立模型來進(jìn)行系統(tǒng)分析。綜合考慮成本及噪聲性能，選擇噪聲較小的NE5532放大器電路，其相對(duì)噪聲比優(yōu)于同等價(jià)格的其他運(yùn)算放大器。

傳感器采用了N430-5kg應(yīng)變式壓力傳感器，量程0～5kg，靈敏度為1.0mV/N，體積小，易攜帶；額定輸出1.0±0.15mV/V，能夠滿足實(shí)驗(yàn)精度要求；并能夠使產(chǎn)品具有便攜性，力傳感器后接電橋的以減少溫漂，即電橋壓力傳感器的電橋電阻設(shè)為R1=R2=R3=R4=100Ω，差動(dòng)工作，應(yīng)變片使得電橋保持了平衡，使得電橋的輸出電壓與電阻變化有關(guān)，保持了一個(gè)即R1=R-R，R2=R+R，R3=R-R，R4=R+R，則電橋輸出為

3放大電路的分析與設(shè)計(jì)

整體電路設(shè)計(jì)如圖3-1所示，包含兩級(jí)放大電路，通過反饋設(shè)計(jì)提高了輸出的準(zhǔn)確性。第一級(jí)放大電路采用雙運(yùn)算放大器，此放大器小信號(hào)帶寬10MHZ，功率帶寬140KHZ，轉(zhuǎn)換速率9V/us，符合一般控制電路的設(shè)計(jì)要求。第二級(jí)放大電路采用二階低通濾波運(yùn)算放大電路。

通過使用Multisim 12.0仿真軟件中的函數(shù)發(fā)生器模擬在f0=10Hz下的濾波波形，其通帶最大衰減為4.165518dB，阻帶最大衰減為14.403186dB，其中R9和R11=R10//R12，由R12來確定放大倍數(shù)，算得Q=0.5，滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。

由于在 Multisim12.0仿真軟件中，沒有直接的電荷源信號(hào)，考慮到電阻應(yīng)變式傳感器輸出為電壓信號(hào)，改變傳感器的應(yīng)變重量，在形式上是以電壓的形式輸出的。在電路分析時(shí)可以把傳感器看作一個(gè)電壓源，其輸出電壓在其電電路中將信號(hào)傳遞給放大電路。所以在模擬仿真中，采用了TL431ACD 保證模擬信號(hào)輸入端的穩(wěn)定性。

4 軟件設(shè)計(jì)中的誤差補(bǔ)償

采用延遲法進(jìn)行誤差補(bǔ)償，在系統(tǒng)中， 存在控制開關(guān)的抖動(dòng)干擾。抑制這種噪聲方法就是通過延時(shí)， 讓接通或斷開信號(hào)穩(wěn)定后系統(tǒng)再工作， 就可以避免抖動(dòng)干擾。

5 結(jié)語

本設(shè)計(jì)的放大電路的帶寬在890mHZ～123HZ，測(cè)得輸入為2.756mv時(shí)，輸出為217.177mv，放大倍數(shù)約100倍。整體上對(duì)各種誤差來源給以充分的估計(jì)，并針對(duì)不同的情況采取不同的技術(shù)措施，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，保證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確、可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]莊嚴(yán).《電子秤與智能儀器的設(shè)計(jì)》.儀表技術(shù)，2002.2.

[2]劉同娟，馬向國.《Multisim在電力電子電路仿真中的應(yīng)-用》.電力電子，2006.2.

篇7

    抗干擾設(shè)計(jì)是電力遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)安全運(yùn)行的一個(gè)重要組成部分,在研制綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的過程中,如果不充分考慮可靠性問題,在強(qiáng)電場干擾下,很容易出現(xiàn)差錯(cuò),使整個(gè)電力遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)無法正常運(yùn)行或出錯(cuò)誤(誤跳閘事故等),無法向站場和區(qū)間供電,影響鐵路行車安全。

    一、電磁干擾產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)

    (一)傳導(dǎo)瞬變和高頻干擾

    1.由于雷擊、斷路器操作和短路故障等引起的浪涌和高頻瞬變電壓或電流通過變(配)電所二次側(cè)進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備,對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重還可損壞電路。2.由電磁繼電器的通斷引起的瞬變干擾,電壓幅值高,時(shí)間短、重復(fù)率高,相當(dāng)于一連串脈沖群。3.鐵路電力供電中,特別是現(xiàn)代高速鐵路對(duì)電力要求都比較高,一般都是幾路電源供電,母線投切轉(zhuǎn)換比較頻繁,振蕩波出現(xiàn)的次數(shù)較多。

    (二)場的干擾

    1.正常情況下的穩(wěn)態(tài)磁場和短路事故時(shí)的暫態(tài)磁場兩種,特別是短路事故時(shí)的磁場對(duì)顯示器等影響比較大。2.由于斷路器的操作或短路事故、雷擊等引起的脈沖磁場。3.變電所中的隔離開關(guān)和高壓柜手車在操作時(shí)產(chǎn)生的阻尼振蕩瞬變過程,也產(chǎn)生一定的磁場。4.無線通信、對(duì)講機(jī)等輻射電磁場對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端會(huì)產(chǎn)生一定的干擾,鐵路中繼站通常會(huì)和通信站在一處,通信發(fā)射塔對(duì)中繼站電力遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備的干擾比較大。

    (三)對(duì)通信線路的干擾

    1.鐵路變電所遠(yuǎn)動(dòng)終端的數(shù)據(jù)由串口通信經(jīng)雙絞線進(jìn)入車站通信站,再經(jīng)過轉(zhuǎn)換成光信號(hào)沿鐵通專用通信光纜送至電力遠(yuǎn)動(dòng)調(diào)度中心,遙信和遙控?cái)?shù)據(jù)在變電所到通信站的過程走的是電信號(hào),由于變電所高低壓進(jìn)出線纜很多,遠(yuǎn)動(dòng)終端受的干擾比較大。2.中繼站一般距鐵路都比較近,列車通過時(shí)的振動(dòng)對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備有一定的干擾。

    (四)繼電器本身原因

    繼電器本身可能由于某種原因一次性未合到位而產(chǎn)生干擾的振動(dòng)信號(hào),或負(fù)荷開關(guān)、斷路器、隔離開關(guān)等二次側(cè)產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)。

    二、干擾對(duì)電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的影響

    無論交流電源供電還是直流供電,電源與干擾源之間耦合通道都相對(duì)較多,很容易影響到遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備,包括要害的CPU;模擬量輸入受干擾,可能會(huì)造成采樣數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤,影響精度和計(jì)量的準(zhǔn)確性,還可能會(huì)引起微機(jī)保護(hù)誤動(dòng)、損壞遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備和微機(jī)保護(hù)部分元器件;開關(guān)量輸入、輸出通道受干擾,可能會(huì)導(dǎo)致微機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)終端判斷錯(cuò)誤,遠(yuǎn)動(dòng)調(diào)試終端數(shù)據(jù)錯(cuò)誤遠(yuǎn)動(dòng)終端CPU受干擾會(huì)導(dǎo)致CPU工作不正常,無法正常工作,還可能會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)終端程序受到破壞。

    三、抗干擾設(shè)計(jì)分析

    (一)屏蔽措施

    1.高壓設(shè)備與遠(yuǎn)動(dòng)終端輸入、輸出采用有鎧裝(屏蔽層)的電纜,電纜鋼鎧兩端接地,這樣可以在很大程度上減小耦合感應(yīng)電壓。2.在選擇變電所和中繼站電力設(shè)備時(shí)盡量選設(shè)有專門屏蔽層的互感器,也有利于防止高頻干擾進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備內(nèi)部。3.在遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備的輸入端子上對(duì)地接一耐高壓的小電容,可以有效抑制外部高頻干擾。

    (二)系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)

    1.一次系統(tǒng)接地主要是為了防雷、中性點(diǎn)接地、保護(hù)設(shè)備,合適的接地系統(tǒng)可以有效的保障設(shè)備安全運(yùn)行,對(duì)于斷路器柜接地處要增加接地扁鐵和接地極的數(shù)量,設(shè)備接地處增加增加接地網(wǎng)絡(luò)互接線,降低接地網(wǎng)中瞬變電位差,提高對(duì)二次設(shè)備的電磁兼容,減少對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端的干擾。2. 二次系統(tǒng)接地分為安全接地和工作接地,安全接地主要是為了避免工作人員因設(shè)備絕緣損壞或絕緣降低時(shí),遭受觸電危險(xiǎn)和保證設(shè)備安全,將設(shè)備外殼接地,接地線采用多股銅軟線,導(dǎo)電性好、接地牢固可靠,安全接地網(wǎng)可以和一次設(shè)備的接地網(wǎng)相連;工作接地是為了給電子設(shè)備、微機(jī)控制系統(tǒng)和保護(hù)裝置一個(gè)電位基準(zhǔn),保證其可靠運(yùn)行,防止地環(huán)流干擾。

    3.由于高低壓柜本身都是多都是采用鍍鋅薄鋼板材料,本身也有屏蔽作用,將高低高柜都可靠接地。4.遠(yuǎn)動(dòng)終端微機(jī)電源地和數(shù)字地不與機(jī)殼外殼相連,這樣可以減小電源線同機(jī)殼之間的分布電容,提高抗共模干擾的能力,可明顯提高電力遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性。

    (三)采取良好的隔離措施

    1.為避免遠(yuǎn)動(dòng)終端自身電源干擾采取隔離變壓器,電源高頻噪聲主要是通過變壓器初、次級(jí)寄生電容耦合,隔離變壓器初級(jí)和次級(jí)之間由屏蔽層隔離,分布電容小,可提高抗共模干擾的能力。2.電力遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)量的輸入主要斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)的輔助觸點(diǎn)和電力調(diào)壓器分接頭位置等,開關(guān)量的輸出主要是對(duì)斷路器、負(fù)荷開關(guān)和電力調(diào)壓器分接頭的控制。3.信號(hào)電纜盡量避開電力電纜,在印刷遠(yuǎn)動(dòng)終端的電路板布線時(shí)注意避免互感。4.采用光電耦合隔離,光電耦合器的輸入阻抗很小,而干擾源內(nèi)阻大,且輸入/輸出回路之間分布電容極小,絕緣電阻很大,因此回路一側(cè)的干擾很難通過光耦送到另一側(cè)去,能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入主CPU。

    (四)濾波器的設(shè)計(jì)

    1.采用低通濾波去高次諧波。2.采用雙端對(duì)稱輸入來抑制共模干擾,軟件采用離散的采集方式,并選用相應(yīng)的數(shù)字濾波技術(shù)。

    (五)分散獨(dú)立功能塊供電,每個(gè)功能塊均設(shè)單獨(dú)的電壓過載保護(hù),不會(huì)因某塊穩(wěn)壓電源故障而使整個(gè)系統(tǒng)破壞,也減少了公共阻抗的相互耦合及公共電源的耦合,大大提高供電的可靠性。

    (六)數(shù)據(jù)采集抗干擾設(shè)計(jì)

    1.在信息量采集時(shí),取消專門的變送器屏柜,將變送器部分封裝在RTU內(nèi),減少中間環(huán)節(jié),這樣可以減少變送器部分輸出的弱電流電路的長度。2.遙信由于合閘一次不到位或由于二次側(cè)振動(dòng)而產(chǎn)生的誤遙信干擾信號(hào),并且還會(huì)產(chǎn)生尖脈沖信號(hào),也可能對(duì)遙信回路產(chǎn)生干擾誤遙信號(hào)。

    (七)過程通道抗干擾設(shè)計(jì)

    (八)印刷電路板設(shè)計(jì)。在印刷電路板設(shè)計(jì)中盡量將數(shù)字電路地和模擬地電路地分開;電源輸入端跨接10~100μF的電解電容。

    (九)控制狀態(tài)位的干擾設(shè)計(jì)

    (十)程序運(yùn)行失常的抗干擾設(shè)計(jì)

    (十一)單片機(jī)軟件的抗干擾設(shè)計(jì)

篇8

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引 言

隨著航空飛行器的不斷發(fā)展，其性能要求越來越高，而工作環(huán)境越來越復(fù)雜，必須設(shè)計(jì)良好的控制系統(tǒng)滿足復(fù)雜環(huán)境下不斷提高的工作性能需求。

國內(nèi)外對(duì)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推力控制均有研究，文獻(xiàn)[1]對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)部分進(jìn)行控制系統(tǒng)研究，文獻(xiàn)[2-3]應(yīng)用魯棒控制器對(duì)推力控制回路部分進(jìn)行控制，其研究結(jié)果都能達(dá)到了給定的魯棒性性能要求。但沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)變化范圍較大，只能提高有限的性能 [4]，如果系統(tǒng)要求更高的性能，就必須研究更好的控制策略。傳統(tǒng)PID控制器[5]的控制算法及結(jié)構(gòu)比較簡單，可以滿足基本的性能要求[3]，但達(dá)不到很好的性能，而采用智能型PID自整定控制器[6]，將傳統(tǒng)PID控制和智能控制相結(jié)合，可以滿足更高的性能。

本文利用模糊PID控制算法[7-9]對(duì)推力回路進(jìn)行控制，并進(jìn)行各方面性能的測(cè)試，其仿真結(jié)果表明，根據(jù)模糊PID控制設(shè)計(jì)的推力控制器可以使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到進(jìn)一步改善。

2 被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型

6 結(jié)語

本文通過簡化的數(shù)學(xué)模型，在SIMULINK軟件上對(duì)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制部分設(shè)計(jì)了模糊PID控制器， 并做出了各種測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)曲線，與文獻(xiàn)[3]中設(shè)計(jì)的魯棒控制器及傳統(tǒng)的PI控制器的響應(yīng)曲線做了比較。從結(jié)果可以看出，所設(shè)計(jì)的模糊PID控制器可以很好的保證推力變化的快速性、穩(wěn)定性、抗干擾性以及不受系統(tǒng)的不確定性的影響，保證系統(tǒng)各種性能優(yōu)于文獻(xiàn)[3]的魯棒控制器以及傳統(tǒng)PI控制器。在將來的研究中，希望根據(jù)仿真的基礎(chǔ)進(jìn)行半實(shí)物仿真，并考慮更多的不穩(wěn)定因素對(duì)被控對(duì)象的影響，使系統(tǒng)在復(fù)雜的環(huán)境中表現(xiàn)更高的性能。模糊PID控制方法可以運(yùn)用于性能要求比較高的控制系統(tǒng)，如航空飛行器的控制系統(tǒng)，使其在復(fù)雜的工作條件下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速性以及穩(wěn)定性，具有很好的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] W Curran， P Stiglic. Hypersonic Research Engine Integated Propulsion Control [J]. Journal of Aircraft.1971，8（8）： 652-656.

[2] 楊朗. 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制系統(tǒng)研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文，2006.

[3] 高聳. 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)推力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文，2010.

[4] M Heller， G Sachs. Flight dynamics and robust control of a hypersonic test vehicle with ramjet propulsion [C]. AIAA Meeting paper 1998-1521，1998.

[5] K Astrom， T Hagglund.PID controller： Theory， Design， and Tuning[M]. America： Instrument Society of America，1995.

[6] K J Astrom， C C Hang， P Persson， W K Ho. Towards intelligent PID control [J].Automatica，1992，28（1）：1-9

篇9

1．由于雷擊、斷路器操作和短路故障等引起的浪涌和高頻瞬變電壓或電流通過變（配）電所二次側(cè)進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備，對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重還可損壞電路。2．由電磁繼電器的通斷引起的瞬變干擾，電壓幅值高，時(shí)間短、重復(fù)率高，相當(dāng)于一連串脈沖群。3．鐵路電力供電中，特別是現(xiàn)代高速鐵路對(duì)電力要求都比較高，一般都是幾路電源供電，母線投切轉(zhuǎn)換比較頻繁，振蕩波出現(xiàn)的次數(shù)較多。

（二）場的干擾

1．正常情況下的穩(wěn)態(tài)磁場和短路事故時(shí)的暫態(tài)磁場兩種，特別是短路事故時(shí)的磁場對(duì)顯示器等影響比較大。2．由于斷路器的操作或短路事故、雷擊等引起的脈沖磁場。3．變電所中的隔離開關(guān)和高壓柜手車在操作時(shí)產(chǎn)生的阻尼振蕩瞬變過程，也產(chǎn)生一定的磁場。4．無線通信、對(duì)講機(jī)等輻射電磁場對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，鐵路中繼站通常會(huì)和通信站在一處，通信發(fā)射塔對(duì)中繼站電力遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備的干擾比較大。

（三）對(duì)通信線路的干擾

1．鐵路變電所遠(yuǎn)動(dòng)終端的數(shù)據(jù)由串口通信經(jīng)雙絞線進(jìn)入車站通信站，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換成光信號(hào)沿鐵通專用通信光纜送至電力遠(yuǎn)動(dòng)調(diào)度中心，遙信和遙控?cái)?shù)據(jù)在變電所到通信站的過程走的是電信號(hào)，由于變電所高低壓進(jìn)出線纜很多，遠(yuǎn)動(dòng)終端受的干擾比較大。2．中繼站一般距鐵路都比較近，列車通過時(shí)的振動(dòng)對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備有一定的干擾。

（四）繼電器本身原因

繼電器本身可能由于某種原因一次性未合到位而產(chǎn)生干擾的振動(dòng)信號(hào)，或負(fù)荷開關(guān)、斷路器、隔離開關(guān)等二次側(cè)產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)。

二、干擾對(duì)電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的影響

無論交流電源供電還是直流供電，電源與干擾源之間耦合通道都相對(duì)較多，很容易影響到遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備，包括要害的CPU；模擬量輸入受干擾，可能會(huì)造成采樣數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，影響精度和計(jì)量的準(zhǔn)確性，還可能會(huì)引起微機(jī)保護(hù)誤動(dòng)、損壞遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備和微機(jī)保護(hù)部分元器件；開關(guān)量輸入、輸出通道受干擾，可能會(huì)導(dǎo)致微機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)終端判斷錯(cuò)誤，遠(yuǎn)動(dòng)調(diào)試終端數(shù)據(jù)錯(cuò)誤遠(yuǎn)動(dòng)終端CPU受干擾會(huì)導(dǎo)致CPU工作不正常，無法正常工作，還可能會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)動(dòng)終端程序受到破壞。

三、抗干擾設(shè)計(jì)分析

（一）屏蔽措施

1．高壓設(shè)備與遠(yuǎn)動(dòng)終端輸入、輸出采用有鎧裝（屏蔽層）的電纜，電纜鋼鎧兩端接地，這樣可以在很大程度上減小耦合感應(yīng)電壓。2．在選擇變電所和中繼站電力設(shè)備時(shí)盡量選設(shè)有專門屏蔽層的互感器，也有利于防止高頻干擾進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備內(nèi)部。3．在遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備的輸入端子上對(duì)地接一耐高壓的小電容，可以有效抑制外部高頻干擾。

（二）系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)

1．一次系統(tǒng)接地主要是為了防雷、中性點(diǎn)接地、保護(hù)設(shè)備，合適的接地系統(tǒng)可以有效的保障設(shè)備安全運(yùn)行，對(duì)于斷路器柜接地處要增加接地扁鐵和接地極的數(shù)量，設(shè)備接地處增加增加接地網(wǎng)絡(luò)互接線，降低接地網(wǎng)中瞬變電位差，提高對(duì)二次設(shè)備的電磁兼容，減少對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)終端的干擾。2.二次系統(tǒng)接地分為安全接地和工作接地，安全接地主要是為了避免工作人員因設(shè)備絕緣損壞或絕緣降低時(shí)，遭受觸電危險(xiǎn)和保證設(shè)備安全，將設(shè)備外殼接地，接地線采用多股銅軟線，導(dǎo)電性好、接地牢固可靠，安全接地網(wǎng)可以和一次設(shè)備的接地網(wǎng)相連；工作接地是為了給電子設(shè)備、微機(jī)控制系統(tǒng)和保護(hù)裝置一個(gè)電位基準(zhǔn)，保證其可靠運(yùn)行，防止地環(huán)流干擾。

3．由于高低壓柜本身都是多都是采用鍍鋅薄鋼板材料，本身也有屏蔽作用，將高低高柜都可靠接地。4．遠(yuǎn)動(dòng)終端微機(jī)電源地和數(shù)字地不與機(jī)殼外殼相連，這樣可以減小電源線同機(jī)殼之間的分布電容，提高抗共模干擾的能力，可明顯提高電力遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性。

（三）采取良好的隔離措施

1．為避免遠(yuǎn)動(dòng)終端自身電源干擾采取隔離變壓器，電源高頻噪聲主要是通過變壓器初、次級(jí)寄生電容耦合，隔離變壓器初級(jí)和次級(jí)之間由屏蔽層隔離，分布電容小，可提高抗共模干擾的能力。2．電力遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)量的輸入主要斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)的輔助觸點(diǎn)和電力調(diào)壓器分接頭位置等，開關(guān)量的輸出主要是對(duì)斷路器、負(fù)荷開關(guān)和電力調(diào)壓器分接頭的控制。3．信號(hào)電纜盡量避開電力電纜，在印刷遠(yuǎn)動(dòng)終端的電路板布線時(shí)注意避免互感。4．采用光電耦合隔離，光電耦合器的輸入阻抗很小，而干擾源內(nèi)阻大，且輸入/輸出回路之間分布電容極小，絕緣電阻很大，因此回路一側(cè)的干擾很難通過光耦送到另一側(cè)去，能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入主CPU。

（四）濾波器的設(shè)計(jì)

1．采用低通濾波去高次諧波。2．采用雙端對(duì)稱輸入來抑制共模干擾，軟件采用離散的采集方式，并選用相應(yīng)的數(shù)字濾波技術(shù)。

（五）分散獨(dú)立功能塊供電，每個(gè)功能塊均設(shè)單獨(dú)的電壓過載保護(hù)，不會(huì)因某塊穩(wěn)壓電源故障而使整個(gè)系統(tǒng)破壞，也減少了公共阻抗的相互耦合及公共電源的耦合，大大提高供電的可靠性。

（六）數(shù)據(jù)采集抗干擾設(shè)計(jì)

1．在信息量采集時(shí)，取消專門的變送器屏柜，將變送器部分封裝在RTU內(nèi)，減少中間環(huán)節(jié)，這樣可以減少變送器部分輸出的弱電流電路的長度。2．遙信由于合閘一次不到位或由于二次側(cè)振動(dòng)而產(chǎn)生的誤遙信干擾信號(hào)，并且還會(huì)產(chǎn)生尖脈沖信號(hào)，也可能對(duì)遙信回路產(chǎn)生干擾誤遙信號(hào)。

（七）過程通道抗干擾設(shè)計(jì)

（八）印刷電路板設(shè)計(jì)。在印刷電路板設(shè)計(jì)中盡量將數(shù)字電路地和模擬地電路地分開；電源輸入端跨接10～100μF的電解電容。

（九）控制狀態(tài)位的干擾設(shè)計(jì)

（十）程序運(yùn)行失常的抗干擾設(shè)計(jì)

（十一）單片機(jī)軟件的抗干擾設(shè)計(jì)

（十二）對(duì)于終端至通信站的數(shù)字通信電纜加穿鋼管，特別是穿越其他電力電纜時(shí)，避免和其他電力電纜等同溝敷設(shè)并保持一定的交叉距離。

（十三）對(duì)于特殊的變（配）電所或區(qū)間信號(hào)站的環(huán)境

篇10

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599 (2010) 14-0000-01

The Remote Monitoring Terminal Anti-jamming Design

on GPRS-INTERNET Network

Li Ning

(Shijiazhuang University of Economics,Shijiazhuang050031,China)

Abstract:Web-based remote monitoring is currently carried out at home and abroad active researched,widely used in many fields.Among them,the elimination of all kinds of interference for the system stability and security is an important part,this remote monitoring system based on analysis of the city lights in the GPRS-Internet network based on various factors and the interference of the interference method,the related remote monitoring system has more general significance.

Keywords:Remote monitoring network;Anti-jamming

基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有應(yīng)用性廣，易于生產(chǎn)等特點(diǎn)，但是系統(tǒng)中的各種干擾嚴(yán)重影響了其作用的發(fā)揮，也是設(shè)計(jì)生產(chǎn)者最關(guān)心，最難解決的問題之一。本文所做的抗干擾研究基于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)最常見的城市照明系統(tǒng)，帶有一定的普遍性，在此系統(tǒng)中的抗干擾措施應(yīng)用于其他系統(tǒng)也能得到較好的效果。本文分三部分，第一部分是對(duì)所研究的具體的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，路燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)介紹。第二部分是分析其中的各類干擾的情況。第三部分是針對(duì)第二部分的各種干擾采取的抗干擾措施。

一、監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成如圖1-1所示。MTU通過GPRS-Internet網(wǎng)絡(luò)采集實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制和信息管理。FTU安裝于遠(yuǎn)程終端，接收并執(zhí)行來自監(jiān)控中心主站端計(jì)算機(jī)（MTU）的命令，并能自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備異常事件及時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳給MTU。

二、干擾的影響

可靠性是描述系統(tǒng)長期穩(wěn)定、正常運(yùn)行能力的一個(gè)通用概念，也是產(chǎn)品質(zhì)量在時(shí)間方面的特征表示。影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要因素包括內(nèi)部因素和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元件選擇、元件布局和外部環(huán)境等，主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

（一）數(shù)據(jù)采集誤差加大

干擾侵入微機(jī)系統(tǒng)測(cè)量單元模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)通道，疊加在有用信號(hào)之上，會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差加大，特別是當(dāng)傳感器輸出微弱信號(hào)時(shí)，干擾更加嚴(yán)重。

（二）控制狀態(tài)失靈

微機(jī)輸出的控制信號(hào)常依據(jù)某些條件的狀態(tài)輸入信號(hào)的邏輯處理結(jié)果，若這些輸入的狀態(tài)信號(hào)受到干擾，引入虛假狀態(tài)信號(hào)，將導(dǎo)致輸出控制失常。

（三）數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化

在混合信號(hào)處理器系統(tǒng)中，存放于RAM中的內(nèi)容受到干擾可能對(duì)系統(tǒng)造成不同的影響。

（四）程序運(yùn)行失常

外界干擾導(dǎo)致PC值的改變，程序?qū)?zhí)行一系列無意義的指令，最后進(jìn)入死循環(huán)，這將使輸出嚴(yán)重混亂或系統(tǒng)失靈。

三、抗干擾采取的一般措施

監(jiān)控終端線路板硬件電路的可靠運(yùn)行是整個(gè)系統(tǒng)得以正常工作的基礎(chǔ)，因此采用的抗干擾措施一般應(yīng)該包括元件的選型，電路原理圖的設(shè)計(jì)，以及在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)的特殊考慮等方面。

（一）印刷電路板采用的抗干擾措施

印刷電路板應(yīng)本著盡量抑制噪聲源、減小噪聲的傳播與耦合、減小噪聲的吸收的原則來設(shè)計(jì)和布線。對(duì)印刷電路板進(jìn)行了合理的分區(qū)，按單點(diǎn)接電源、單點(diǎn)接地的原則送電，每個(gè)區(qū)域的電源線、地線由該點(diǎn)分三路引出。噪聲元件與非噪聲元件要離得遠(yuǎn)一些。

（二）電源和地線設(shè)計(jì)

對(duì)于電源和地線的設(shè)計(jì)采用了如下幾種措施來提高系統(tǒng)的抗干擾性能：單獨(dú)設(shè)計(jì)模擬電源用于模擬部分供電，與噪聲較大的數(shù)字部分完全分開；擁有數(shù)字地和模擬地的模擬芯片，采用在模擬電源入口處單點(diǎn)接地的方式，盡量減少數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾；為減小地線的公共阻抗，降低不同地線上的點(diǎn)的電位差異，盡可能得將地線加粗；在電路板進(jìn)行了大面積的覆銅處理，以降低地線的公共阻抗，提高地線的屏蔽作用。同時(shí)，電路板的地與機(jī)殼相連，這樣有利于防靜電、提高系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)印制線路板電流的大小，盡量加粗了電源線的寬度，減少環(huán)路電阻。另外，盡量使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。

（三）采用隔離技術(shù)

為了減少監(jiān)控終端工作環(huán)境中引入各種干擾，就需要在監(jiān)控終端線路板與外界連接電路中進(jìn)行隔離。在采集外部模擬量時(shí)，選用互感器可以阻斷外部輸入信號(hào)與監(jiān)控終端線路板之間的電氣信號(hào)的直接連接，從而減少了外部干擾侵入可能性。對(duì)于高頻的干擾信號(hào)，經(jīng)過互感器后也將被大幅度衰減，從使得在送到信號(hào)處理電路中干擾信號(hào)得到降低。同樣，在開關(guān)量輸入和輸出信號(hào)處理時(shí)，分別采用光電隔離器和繼電器隔離，隔離電路兩端采用不同電源供電，使得監(jiān)控終端線路板與外部信號(hào)完全斷開電氣信號(hào)連接。在通信電路中，則采用變壓器隔離。

（四）硬件容錯(cuò)性設(shè)計(jì)

硬件電路的容錯(cuò)性是指在外部輸入誤信號(hào)，或者在輸出端所接的驅(qū)動(dòng)電路中有誤時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)錯(cuò)誤，并做出處理。電路各種接口電路中，特別是有極性的接口中，必須嚴(yán)格按照信號(hào)極性連接，各種芯片所需的電源為直流電源，如果把電源接反，將損環(huán)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于直流電源輸入進(jìn)行了整流，這樣無論所接電壓的極性如何，經(jīng)過整流橋輸出的信號(hào)總是能夠滿足系統(tǒng)的要求，從而起到保護(hù)系統(tǒng)電路的作用。

對(duì)于電路中經(jīng)常使用的RS-485通信。RS-485總線抗干擾的原因是因?yàn)樗捎貌罘謧鬏斝盘?hào)，從而達(dá)到抗共模干擾的作用。RS-485總線信號(hào)是由2根有極性的差分信號(hào)來傳輸?shù)模膊荒軐⑵浞唇?。一種常用的方法是對(duì)信號(hào)在發(fā)送以前進(jìn)行調(diào)制，得到無極性信號(hào)，然后再發(fā)送，這樣可以避免由于在電路連接過程中造成的信號(hào)反接現(xiàn)象。

（五）信號(hào)采集的數(shù)字濾波

使用的是算術(shù)平均值濾波法可以有效的過濾外界隨機(jī)信號(hào)。采用算術(shù)平均值濾波，采樣結(jié)果曲線平滑程度好，但如果采樣次數(shù)取值太大，雖然平滑度好，但是影響程序運(yùn)行時(shí)間。

（六）“看門狗”技術(shù)

除了采取防御和抑制干擾的各項(xiàng)措施外，還采用了MCU自帶的正常工作監(jiān)視器（通常稱為“看門狗”）來監(jiān)視MCU的工作狀況。通過不斷檢測(cè)程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，一旦發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，就認(rèn)為系統(tǒng)跑程序，需進(jìn)行出錯(cuò)處理。

（七）其他軟件抗干擾設(shè)計(jì)

除了在硬件上采取一些抗干擾措施外，還需要在軟件上采取一定措施。方法很多，有開關(guān)量輸出、設(shè)置軟件陷阱、軟件冗余、重要指令冗余、數(shù)據(jù)的保護(hù)與恢復(fù)技術(shù)和NOP的使用等。