硬件抗干扰技术用于超声波流量计

崔晓明

大庆油田设计院

硬件抗干扰技术用于超声波流量计

崔晓明

大庆油田设计院

超声波流量测量的准确性很大程度上依赖于系统对超声波信号的正确识别，然而超声波流量计工作的环境通常比较恶劣，易受到各种干扰的影响。对于测量系统来说，这些干扰不仅可能影响到数据的采集、各种控制信号的状态以及RAM的读写，还会影响程序计数器的正常工作，使程序失灵，因此，必须采取有效措施来降低干扰。

超声波流量计；干抗；看门狗电路；信号

1 干扰的来源

在超声波流量测量系统中，造成干扰的干扰源有很多种，主要有:①流量计安装环境中可能存在较大的电场和磁场干扰;②靠近水泵安装时水泵带来的接近超声波信号的噪音；③电源的噪声干扰，采用常用的电源滤波技术就可以消除其影响；④发射信号对接收信号的干扰。发射信号功率较大，通过电路和声路都可以耦合到接收电路上，如果管径很小，换能器间距离很近，发生干扰的尾部就会波及接收波的波形，从而严重影响接收信号。

2 抗干扰的措施

（1）电源。在系统使用的各种直流电源(如+ 5V)的输入端均跨接1个10～100μF的电解电容和1个0.01～0.1μF陶瓷滤波电容以抑制电源尖峰干扰，收发电路用两套相互隔离的电源供电。

（2）接收范围门。接收范围门可以防止发射信号以及开关动作给接收信号带来的干扰。

（3）自动增益技术。自动增益技术除了使信号便于测量外，还可以有效地抑制噪声干扰。

（4）看门狗电路。程序在运行过程中会因为受到干扰导致失控，引起程序乱飞，或陷入“死循环”，此时最直接的抗干扰方法是采用硬件“看门狗”电路。复位脉冲可使系统复位，程序重新启动运行。例如采用X5045集成芯片来实现看门狗功能。X5045的引脚功能如下：CS为片选信号；SO为串行输出；SI为串行输入；SCR为串行时钟输入；WP为EEPROM写保护输入；RESET为复位信号输出；Vss为地；Vcc为电源电压。X5045使用三线总线串行（SPI）外设接口，对芯片进行操作的所有操作码、字节地址及写入的数据都由SI引脚输入，写入数据在串行时钟SCI的上升沿被锁存；从芯片读取的数据由SO引脚串行输出。芯片的把关定时器和电压监视器都对单片机提供独立的保护，当电源电压降到4.5 V以下时，RESET引脚立即自动产生高电平复位信号，并一直保持到电源电压恢复正常；当系统上电或掉电时，RESET引脚也自动产生一个高电平复位信号；当系统发生故障时，只要把关定时器达到其可编程的超时极限，RESET引脚立即自动产生一个持续200ms的高电平复位信号。这样，就可有效地防止死机、数据误写及误操作等故障的发生。

（5）合理的布线技术。模拟信号线与数字信号线相对分开，信号线与电源线分开；PCB布线时，将公共地线与电源线尽量加宽，并使它们尽可能靠近需要供电的电路；减小电源线和地线的长度，以减小两者之间的公共阻抗，减小耦合干扰的产生；布线过程中避免回路有重复面积，以减小相互感应。

（6）接地技术。数字地和模拟地分开，它们在一点相连，两个探头各自使用相互独立的地线，减小地线干扰耦合，仪表及探头外壳接地。

（7）屏蔽技术。运用屏蔽技术可以隔离通过空间耦合的电磁干扰，采取的措施是用金属机壳将测量电路封装起来。

3 结语

超声波流量测量的准确性很大程度上依赖于系统对超声波信号的正确识别，然而超声波流量计工作的环境通常比较恶劣，易受到各种干扰的影响。对于测量系统来说，这些干扰不仅可能影响到数据的采集、各种控制信号的状态以及RAM的读写，还会影响程序计数器的正常工作，使程序失灵，因此，必须采取有效措施来降低干扰。

（栏目主持关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.6.054