如何提高单片机的抗干扰能力

如何提高单片机的抗干扰能力
王业胜
(集宁师范学院物理系,内蒙古乌兰察布 012000)
摘 要:列举了一些单片机系统因干扰而不能正常工作的实例,针对产生原因进行了系统分析,并在结合工程实践的情况下,提出了解决问题的方法,对提高单片机系统的稳定有积极意义。

关键词:单片机;抗干扰;设计
中图分类号:T P368.2 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2014)05—0093—01
单片机是一种应用十分广泛的单芯片计算机,随着智能化产品的不断普及,单片机的应用技术日益广泛,所以单片机技术已经成为当今社会迫切需求的一门重要实用技术。

虽然单片机有着很多优点,且应用相当广泛,但是从事单片机开发确实是一件不容易的事情,开发者常常会遇到这样的问题,在实验室环境下单片机系统运行非常正常,但是在批量生产后或者在应用现场,却出现了程序运行失常、误动作等不规律的异常现象,剖析其原因主要是因为设计时,对于抗干扰方面的问题重视不够,考虑不全面造成的。

对单片机系统的干扰,可以归纳成两大因素:环境因素和设计因素,主要体现在以下几个方面:电源产生的干扰、通道产生的干扰、空间电磁波产生的干扰、P C B设计的合理性、软件设计的合理性等。

笔者从干扰来源出发,分析干扰产生的原因,并且针对不同的干扰类型,确定需要采取的抗干扰措施,从而提高单片机系统的抗干扰能力。

1 电源引起的干扰及抗干扰措施
来自电源方面的干扰:①近些年来电网的负载构成复杂,在电网上产生了非常多的干扰源,这些干扰来自电子整流器、家用电器等电气设备,这些设备在电网上形成了很多高频谐波。

这一点用收音机就能证明,大家打开收音机的中波波段会听到很多干扰噪声,有时甚至会无法正常收听,但是在电网停电时收音机中却非常寂静,这足可以证明来自电网的干扰是非常严重的。

②近些年的很多电子设备多使用开关电源,这种电源成本低、效率高,但是这种电源的工作频率非常高,更容易形成干扰,其原因在于高频率信号更容易向外辐射。

来自电源的这两种情况往往容易被人们忽视。

曾经有位朋友是研究智能控制的,遇到了这样的问题,他深信自己的设计没有任何问题,但是设备在运行中却常常发生误动作,百思不得其解。

笔者欣然答应为他解决问题,在排除可能的所有原因后,发现电路系统采用的是一个不太起眼的开关电源供电,笔者建议用电池代替电源
试试,结果设备一切正常,可见问题就在于开关电源干扰了系统,使系统出现了异常。

对于源于电源环境方面的干扰,主要可以采用加强滤波,选用质量较好的电源来进行改善。

首先使用220V交流电源的设备,可以在电源入口,进行一定的滤波,使干扰幅值减小到最小值。

在设备体积和成本容许的情况下,尽量采用线性稳压电源,虽然这这种稳压电源的效率不高,但是不容易产生干扰。

系统可以采用两级电源的形式,以增强电源的抗干扰能力。

比如在系统中外围设备采用12V或24V电源供电,因为外围设备相对来讲不易受到干扰,且相对高一些供电电压,对减小外围设备动作产生干扰的减小也有积极作用。

而在系统内我们可以用一个稳压器将12V或24V的电源,二次稳压到单片机工作电压,这样一来单片机系统经过多次稳压滤波可将干扰降低到最小,而且单片机最小系统的电路板更容易进行抗干扰设计。

对于必须使用开关电源的设备,我们必须选择性能良好的开关电源,必要时需要对开关电源的稳定性和波纹电压进行测量。

2 过程通道引起的干扰及抗干扰措施
过程通道是系统输入、输出以及单片机之间进行信息传输的路径[1]。

由于输入、输出单元的连接线往往比较长,非常容易产生干扰,故在设计系统时应该足够重视。

另外,在过程通道中有一个比较严重的干扰,就是驱动装置的干扰,为了控制执行机构我们往往采用继电器控制一些大功率负载,如电动机、电磁铁加热器等设备,在此过程中往往会产生非常强烈的电火花,又因为这些装置距离单片机系统会非常近,故对单片机系统会产生严重的干扰。

笔者在设计一款智能设备时就遇到了这样的问题,在无负载模拟运行时没有任何问题,但是当继电器吸合电动机启动时,却出现了运行异常、程序跑飞的情况,出现这种情况的原因,正是因为继电器接通电机时产生非常强烈的电火花形成高强度干扰,是单片机系统异常造成的。

(下转第95页)
2014年3月内蒙古科技与经济M a r c h2014
第5期总第303期I n n e rM o n g o l i aS c i e n c eT e c h n o l o g y&E c o n o m y N o.5T o t a lN o.303 . All Rights Reserved.
收稿日期:2013-01-21
作者简介:王业胜(1979-),男,高级技师,主要研究方向:电子技术。

大,环境恶劣,两车站最远距离50k m~60k m ,区间较大,维护车间相互之间最远相距300k m ,
临策铁路特别适合光纤直放站应用。

根据临策铁路实际情
况,大区间最多需要4个远端机来补“盲”,以增强区间信号。

临策铁路线路只预留2根光纤为直放站使用,因此近端机与远端机的组网方式采用了双向一拖二星型连接方式。

车站安装1台近端机,向下行
方向连接2台远端机,1根光纤连接1台;向上行方向连接2台远端机,1根光纤连接1台。

每个车站均采用双向星型连接近端机和远端机方式,站站相连组成一个全线的光纤直放站网络图。

车站电台与直放站采用射频耦合组网方式。

车
站电台和直放站通过耦合器组网连接在一起,耦合器的输入端连接车站电台的射频输出端,耦合器的输出端连接车站电台天线的射频电缆,耦合器的耦合端连接光纤直放站近端机的射频电缆。

这样就实现了车站电台和近端机和远端机互通,每个车站均采用耦合器连接车站电台和光纤直放站方式,站站相连组成一个全线的无线列调通信网络图。

车站电台、近端机和远端机的连接如图1所示。

图1 车站电台、近端机和远端机的连接示意
每一台近端机又分为上下行两个方向拖远端机;每一台远端机和近端机上、下行通信利用光纤的不同窗口同纤传输信号,这样既充分利用光纤资源,又对大区间弱场进行了有效补“盲”,还保证了当某根光纤受损中断时直放站通信受影响最小。

网管监测系统采用E 1数据专线组网,
利用铁路干线S D H 网络,把每个车站的近端机通过E 1口与车站S D H 网络单元相连接,
近端机通过光纤和各个远端机连接,各车站再两两相连,最后两端站均
接入网管中心,组成一个环路连接网管监测系统,对全线的直放站进行监管调控。

4 常见故障及解决措施4.1 电源故障
电源无输入;检查供电线路,保险丝、电源模块,测试供电电源电压。

4.2 输出故障
上下行无输出或输出小;检查供电电压,电源模块,检查连接电缆及接口,测试上下行输出电平。

4.3 光主功放故障
远端机光模块损坏,更换远端机光模块;近端机与远端机连接光缆断开,检查修复光缆;光路连接活接头脏造成光损耗较大,用酒精棉轻洗活接头;近端机光模块的收电路故障,更换近端机光模块。

4.4 主功放故障
主功放不工作或失控,主功放损坏或主功放温度过高,更换主功放;功放或设备输入电平太高,导致功放失控;输出功率超出额定值,适当增加功放衰减值。

4.5 功放驻波故障
天线头损坏,导致设备与天线连接处驻波变大,更换天线;设备与天线间电缆损坏开路或设备与天线间接头进水、炭化或损坏,检查修复电缆、接头。

随着通信技术的发展,铁路无线通信向系统化、综合化发展。

基于专用调度通信的集群无线通信在铁路无线通信中的应用也日益广泛。

在临策铁路无线通信系统中,采用了光纤直放站通信系统,取得了
良好的效果,同时积累了施工经验。

[参考文献]
[1] 郭梯云,邬国扬,李建东.移动通信[M ].
西安:西安电子科技大学出版社,2000.
[2] 郑祖辉,张炎钦,等.集群移动通信工程[M ].北京:人民邮电出版社,1996.
(上接第93页) 对于过程通道引起的干扰,
主要可以采取加强屏蔽、使用隔装置等方法,提高系统的抗
干扰能力。

在输入回路中,一些线路比较长的设备,如温度传感器、按钮等的控制线路,是比较容易被干扰的线路,可以使用屏蔽线以降低系统干扰。

在输
出回路,可采用光电耦合器、继电器、固态继电器等装置隔离单片机系统,使单片机系统稳定工作。

3 设计等其他方面引起的干扰
电路板方面,应该充分考虑好电路板的布局;合理的设置地线的分布和走向,模拟、数字、信号地线应该分开布局。

软件方面,要加强利用软件设置灵活的优势,在程序中合理地处理开关量的抖动、延时等问题。

在单片机选型方面,要选用适合现场实际的单片机型号,笔者在一智能产品中一直没能解决
继电器接通时电弧干扰问题,最终不得改用了抗干扰性较强的A V R 系列的单片机才使问题得以解
决,可见在复杂的应用环境下单片机的选型也是非常重要的。

4 结束语
笔者简单地阐述了单片机系统产生干扰的原因,并且针对干扰产生原因提出了解决方案,而且在工程实践中应用取得了良好的效果。

笔者提出的一些措施和想法,有较强的实用性,对单片机系统稳定的提高有积极意义。

[参考文献]
[1] 张晔.单片机应用技术[M ].
北京:高等教育出版社,2006.
张官正·光纤直放站在临策铁路中的应用
2014年第5期
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