單片機應用系統的抗干擾技術

隨著工業控制的發展，單片機應用系統以其高性價比逐步取代模擬式控制系統，被廣泛應用于各個領域。應用現場存在著各種干擾源，對單片機應用系統的工作影響很大，在實驗室里設計好的控制系統，安裝調試時完全符合設計要求，而置入現場后，系統常常無法正常穩定地工作。干擾雖不能直接造成硬件的損壞，但常使計算機不能正常運行以致控制失靈，造成設備和生產事故。因此，為了保證設備在實際應用中可靠地工作，從系統設計開始就必須充分考慮到對系統抗干擾性能的要求。

1 干擾源、干擾途徑和干擾的影響

1.1 應用系統自身干擾源及干擾途徑

應用系統自身干擾源是因在設計系統時對某些問題考慮不全面，如元器件布局不合理、電路工作不可靠、元器件質量差等，形成諸如電阻熱噪聲干擾、半導體散粒噪聲干擾、接觸噪聲干擾、過程通道干擾、公共電阻形成的干擾等。這些干擾現象隨流動元器件電流增大越加明顯，這些噪聲電流通過系統自身電路和通道而影響系統，其結果是使系統控制精度下降。

1.2 電磁干擾源及干擾途徑

工業現場的電磁干擾源很多，如動力斷路器斷弧過程中的多次復燃、電磁鐵線圈電感和分布電容的諧振、大電流電弧的電磁輻射、工頻輸電線附近所存在的強大交變電場和磁場以及來源于太陽等天體輻射的電磁波、雷電和地磁場的變化都可歸結為電磁干擾。干擾信號通過導線或回路之間的互感耦合、電容耦合進入控制系統。電磁干擾造成的后果輕者使控制系統產生誤差，重者將使系統不能正常工作。

1.3 供電系統干擾

由于工業現場運行的大功率設備眾多，特別是大感性負載設備的啟停，使得電網電壓大幅度浪涌與下陷，有時會出現長時間的過壓、欠壓和短時間的尖峰電壓，他們十分方便地以線路傳輸形式經電源線進入控制系統，其中過壓干擾是單片機控制系統最為惡劣的干擾。

1.4 干擾產生的后果

干擾常使系統程序跑飛，造成死機，數據采集誤差加大或數據發生變化，控制狀態失靈，系統被控對象不穩定或誤操作等。

2 應用系統的硬件抗干擾技術

硬件抗干擾總的原則是消除干擾源、切斷干擾侵入途徑和設計低噪聲電路。

2.1 電磁干擾的抑制措施

工業微機系統比一般計算機更多地受著各種電磁場干擾的影響。電磁場干擾可能來自系統外部，也可能來自系統內部，抑制電磁干擾的主要手段就是采取屏蔽。方式有兩種：一是將易干擾的電路或設備等屏蔽起來，以防接收輻射干擾；另一種是將輻射源屏蔽起來，防止輻射出干擾影響其他電路。另外，系統可以浮置(如信號地不接機殼或大地)來阻斷干擾電流的通路，設備內部具有輻射能力的電路要獨立遠置，以減少對其他電路的影響。

2.2過程通道干擾的抑制

(1) 光電耦合隔離，采用光電耦合可以切斷主機與前向、后向通道電路以及其他主機電路的聯系，能有效地防止干擾從過程通道進入主機，同時對抗共地干擾也有好處。

(2)雙絞線傳輸，雙絞線能使各小環路的電磁感應干擾相抵消，對電磁場干擾、共模噪聲有一定的抑制效果。

(3)長線傳輸的阻抗匹配，要求信號源的輸出阻抗、傳輸線的特性阻抗與接收端的輸入阻抗相等。否則，信號在傳輸線上會產生反射，造成失真。

2.3 印制電路板的抗干擾設計

電路板是微機系統中器件、信號線、電源線高密度集合體，對抗干擾性能影響很大，電路板設計、布線及接地不妥可能使整個系統無法正常運行。

(1)印制電路板：大小要適中。過大時，印刷線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也高；過小，散熱不好，且易受干擾。盡量使用多層印制板，保證良好的接地網，減少地電位差。