单片机控制系统的抗干扰措施

　　摘 要： 本文对单片机系统干扰源进行分析，探讨抗干扰的措施。
　　关键词： 单片机控制系统 抗干扰 集成电路
　　一、引言
　　单片机控制系统是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用工业自动控制系统，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点，应用越来越广泛，在冶金、交通、化工、电力等领域获得了广泛的应用，成为现代工业计算机控制技术的几大支柱之一。
　　高可靠性是电气控制设备的关键性能。由于单片机采用了现代大规模集成电路技术，且用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，故障率也大大降低，因而它对工业环境比较适应。但为了确保整个以单片机为核心的控制系统稳定可靠，还是应当尽量使系统有良好的工作环境条件，并采取必要的抗干扰措施。
　　二、单片机控制系统干扰的主要来源及途径
　　1.电源的干扰
　　单片机控制系统一般供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰，空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、变频器等产生的，通常称为辐射干扰。若单片机控制系统置于射频场内，就会受到辐射干扰，而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击、变频器启动及运行过程中产生的谐波等，都会对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量，通过输电线路传到电源原边，可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和失误动作，不能保证单片机控制系统的正常运行。
　　2.信号线引入的干扰
　　与单片机控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，由此引起单片机控制系统故障的情况也很多。
　　3.接地系统的干扰
　　接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误接地，反而会引入严重的干扰信号，使单片机控制系统将无法正常工作。
　　三、抗干扰的措施
　　1.电源干扰的抑制
　　（1）一般通过设置屏蔽电缆和单片机控制系统局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。选用隔离性能较好的设备、优良的电源，动力线和信号线走线要合理，对电源变压器、中央处理器、编程器等主要部件采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，防止外界干扰信号的影响。（2）电源调整与保护，电源波动造成电压畸变或毛刺，将对单片机控制系统产生不良影响。对单片机所需要的＋5V电源采用多级滤波处理，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。尽量使电源线平行走线，使电源线对地呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。（3）正确处理电源变压器的接地问题，电源变压器屏蔽层接地方式的不同，对干扰抑制效果大不一样，一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且，其屏蔽层应可靠接地，以抑制共摸干扰。此外，可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器，可以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路等。（4）变频器干扰的抑制。一般加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。还可使用滤波器。滤波器具有较强的抗干扰能力，还能防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器，主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其他设备正常运行。
　　2.信号线引入的防干扰措施
　　动力线、控制线及单片机控制系统的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与单片机控制系统和I/O之间应采用双绞线连接。将单片机控制系统的I/O线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，应分开捆扎交流线、直流线。若条件允许，分槽走线最好，就能使其有尽可能大的空间距离，从而将干扰降到最低限度。此外，利用信号隔离器解决干扰问题也是很理想的办法，其原理是首先将单片机控制系统接收的信号通过半导体器件调制变换，通过光感或磁感器件进行隔离转换，再进行解调变换回隔离前原信号或不同信号，同时对隔离后信号的供电电源进行隔离处理，保证变换后的信号、电源、地之间绝对独立。只要在有干扰的地方，输入端和输端中间加上这种隔离器，就可有效解决干扰问题。
　　3.正确选择接地点
　　单片机控制系统良好接地是保证系统可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是单片机控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。在单片机控制系统中，主要有以下形式的接地：（1）电源地。一般指直流电源的地。（2）信号地。输入端信号元件的地。（3）交流地。交流供电电源的N线。（4）屏蔽地。为防止静电和磁场感应而设置的外壳或金属丝网，通过专门的铜导线将其接入地下。（5）保护地。将机器设备的外壳或设备内独立器件的外壳接地，用于保护人身安全和防止设备漏电。为了抑制附加在电源及输入、输出端的干扰，应对系统进行良好的接地。一般情况下，接地方式与信号频率有关，当频率低于1MHz时，可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1—10MH之间时，通常情况下，单片机控制系统采用一点接地，将所有地线端子和最近接地点相连接，获得最好的抗干扰能力。接地线截面积不能小于2mm2，接地电阻不能大于100Ω，接地线使用专用地线。
　　四、结语
　　单片机控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使单片机控制系统正常工作。随着单片机应用领域的不断拓宽，如何高效可靠地使用单片机已成为其发展的重要因素。相信在不久的将来，单片机会有更大的发展，品种会更丰富，规格会更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。单片机作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。
　　参考文献：
　　［1］刘光斌，刘冬.单片机系数实用抗干扰技术［M］.北京：人民邮电出版社，2008.
　　［2］胡汉才.单片机原理及其接口技术［M］.北京:清华大学出版社，2010.
　　［3］张善德.微型计算机系统的设计方法和接口技术［M］.北京：人民邮电出版社，2008.
　　［4］刘乐善.微型计算机接口技术及应用［M］.武汉：华中理工大学出版社，200