1、抗干扰技术在电控系统的应用摘要： 随着嵌入式机电设备在工业生产中的使用日益扩大，使得机电设备具备了更高的可靠性，同时抗干扰技术也得到了人们的广泛关注。文章从分析嵌入式机电设备抗干扰度技术设计的基本原则入手，深入探讨了相应的硬件和软件抗干扰技术。 关键词：嵌入式；机电设备；电控系统；抗干扰 中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号： 引言 当前嵌入式系统发展如日中天，关于嵌入式系统设计的资料也是满天飞，但是关于嵌入系统的抗干扰技术却鲜见全面的论述，笔者从实际应用中总结出一套针对嵌入式系统软硬结合的综合抗干扰技术，具有很强的参考价值。 嵌入式系统的抗干扰是一项系统工程，要综合考虑，软硬结合
2、，因地制宜，才能达到理想的效果。总的来说，嵌入式系统的抗干扰设计应采用以硬件为主，软件为辅，软硬结合的方法。因为软件的抗干扰是被动的，只有在程序异常出现后，或复位或执行其它相关操作；而硬件抗干扰却是主动的隔离外部干扰，保证系统的稳定运行。当然，一些软件的抗干扰技术也会对软件本身的 BUG 具有很好的纠正作用，那就另做它论了。 1、抗干扰度技术设计的基本原则 抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。 1.1 抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的则
3、是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施如下： 1.1.1 继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。 1.1.2 在继电器接点两端并接火花抑制电路，减小电火花影响。 1.1.3 布线时避免 90 度折线，减少高频噪声发射。 1.1.4 可控硅两端并接 RC 抑制电路，减小可控硅产生的噪声。 1.2 按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类 1.2.1 所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别
4、注意处理。 1.2.2 所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。 2、硬件干扰分析与应对措施 在分析硬件干扰的时候，我们要分清三个主体：干扰源，干扰途径与被干扰设备。如图 1 所示，搞清楚了这三个主体，我们就可以有的放矢，无往而不胜。 就干扰源而言，分系统内部干扰源与外部干扰源，在系统内部应区分哪些是高频信号，哪些是低频信号，哪些是大电流电路，哪些是小电流电路，以便在电路设计时有针对性的进行处理。而对干扰途径，无非是传导、近场感应与远场辐射。对传导干扰就在传输线路中对干扰信号进行阻挡或滤除，而对付感应
5、与辐射干扰的重要手段就是屏蔽。另外，热干扰也是不可忽视的一种，设计时要注意发热器件对注意器件的影响，并注意隔离。 对于传导干扰，通常的采用的技术有滤波技术、吸收技术、隔离技术等。滤波技术等。滤波技术的主要实现方式是结构各异、特性不同的滤波器，包括电容滤波器，电感滤波器，电感电容滤波器，电阻电容滤波器等。在使用滤波器时，要对有用和无用的信号进行透彻的分析，至少要明确有用的信号的频率特征，以便有的放矢，合理的选择滤波器的截止频率，控制滤波器的斜率、纹波与漂移，同时还要考虑滤波器的阻抗匹配问题与插入损耗。另一种抑制传导干扰的器件是铁氧体磁珠，又称屏蔽珠、抗干扰，或者电磁/射频干扰抑制器。与大多数滤波
6、器将干扰信号反射回源端或转换成电场、磁场可能形成二次干扰不同，铁氧体磁珠在高频段呈现为阻性，可将干扰信号转化热量，具有较好的高频抗干扰作用。由于它容易使用，抑制效果好，价格便宜和占用空间小等诸多优点，当前应用十分广泛。隔离技术也通常用来抑制传导干扰，其实质是彻底切断干扰的传输通道，以达到抗干扰的目的。常用的隔离方法有光电隔离、继电器隔离与变压器隔离等，使用时应根据不同的信号选择不同的隔离方法。 对于感应与辐射干扰，主要靠屏蔽技术。屏蔽技术能有效地抑制通过自由空间传播的电磁干扰，通过屏蔽技术，可以限制系统内部对外部元件和装置的干扰，同时也防止来自系统外部的干扰进入系统。按其原理，屏蔽可分为电场屏
7、蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。为了抑制由电场感应引起的干扰，应采取以下措施： 增大被干扰电路与干扰源间的距离，以减小两者之间的分布电容；尽量使被干扰线路贴近地平面，以增大其对地电容；在被干扰电路与干扰源间之间插入金属薄板，实施屏蔽。 3、软件系统抗干扰措施 一个系统能够正常运行，硬件抗干扰措施很重要，同时在硬件抗干扰措施的基础上，再采取必要的软件抗干扰技术。软件抗干扰技术具有灵活方便、简单等特点，合理的软件防干扰措施保证系统在干扰出现的情况下也能使系统正常运行。 3.1 信号采集防干扰技术在信号采集过程中，传感器中采集的信号的总会出现干扰信号，在硬件上常采取滤波器对信号实现频率滤波，在软件上通过程
8、序对模拟信号多次采样，并在此基础上，通过软件算法提取最逼近真值数据。通常使用的方法有：算术平均法、中值法、抑制脉冲算术平均法、一阶惯性滤波法、程序判断滤波法和递推平均滤波法等。对一点数据连续采样多次，求得其平均值，采样结果就为平均值，这样可以减少干扰信号对采集结果的影响。如果造成采样数据时大或时小，就对一个采样点连续采集多个信号，根据中值算法，采集结果取中值。还可利用程序判断滤波法用软件方法代替硬件 RC 滤波器。如果在连续采集数据之间插入延时程序，还能够对付较宽的干扰。 3.2 软件看门狗技术数字信号由于受各种情况下的干扰影响容易出错,可能导致程序指针 PC 发生失控，影响程序正常运行，甚至
9、出现死机或是程序非正常地进入某个死循环。看门狗电路就是当系统出现死机、系统崩溃或误操作等问题，由看门狗电路发出复位信号，使系统重新开始运行。看门狗技术是一种软、硬件结合的抗程序“跑飞”措施，用引导指令强行将捕获到的失控程序引向复位入口地址，使程序正常运行。 3.3 循环冗余检查技术就是在每个数据块中加入一个设置检查点（称之为帧） ，每一个检查点包含了帧的详细信息。循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。如果出现故障，则程序回到上一检查点开始重新执行，这样可以完全消除错误。对程序流向
10、起决定作用的指令和某些对系统工作状态起重要作用的指令，对指令的一次采样改为循环采样、处理控制输出。即当软件受到干扰，程序“跑飞”后，往往将一些操作数当作指令代码来执行，从而引起整个程序的混乱。采用“指令冗余技术检查”是使程序从“跑飞”状态恢复正常的一种有效措施。可有效地消除偶然干扰。 3.4 数据的保护与恢复技术数据保护的目标就是提供数据恢复的途径。在编写程序时，对于由指令受到干扰程序“跑飞” ，可以考虑在每次“跑飞”前都尽可能地保护起来以便必要时恢复。在机电设备嵌入系统的实际应用中，往往会遇到两种情况：第一种是系统电压瞬时欠压导致系统不能正常工作；第二种是系统意外掉电导致重要数据丢失而不能恢
11、复。为支持系统正常工作，必须强制复位，I/O 端口和寄存器中的内容都将变成保护时的设定值。因此单片机在重新启动后，首先执行数据恢复程序，把被保护的内容恢复还原。表现在技术上，就是近年来非常流行的持续数据保护，这种技术使数据可以恢复的更快、停机时间更短、业务中断更少。 结束语 综上所述，结合硬件与软件抗干扰技术，我们对嵌入式系统的抗干扰技术进行了系统而又全面的分析，在实际设计中，一定要统筹兼顾，软硬兼施，综合各种抗干扰技术，结合产品自身特点，有针对性的实施，只有这样，才能达到最佳效果。 参考文献 1蒋萌辉.基于单片机测控系统抗干扰的硬件设计J.微计算机息，2004. 2陈文智.Pcanel-基于模型驱动的嵌入式系统设计平台D.浙江大学,2005.
