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摘要：由于工作环境的多样性，单片机测控系统在工作过程中所受干扰比较大。为了减少这种影响，提出了抗干扰技术，它是一项系统性的工程，该系统开发的整个过程与环节都要进行抗干扰能力的设计。本文分析了干扰的来源与形成以及其对单片机测控系统产生的不良影响，从硬件、软件两方面来讨论单片机的抗干扰能力，尽可能的提高整个单片机测控系统的稳定性与可靠性。
关键词：单片机；测控系统；抗干扰能力
中图分类号：TP274 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 05-0000-02
随着单片微型计算机的应用越来越广泛，主要用于智能化仪表中，尤其是测量控制系统的微型计算机，它是一种新型的微电子设备，具有完善的智能化特性，因而在工业系统中高达90%采用的是单片机测控系统。由于工业环境中到处都是强弱电设备，不仅有数字电路还有不同模拟电路形成一个强电与弱电数字与模拟共存的局面，同时工作环境电磁干扰强、环境恶劣，其工作性与可靠性都会收到极大的影响。因此，有必要对单片机测控系统的抗干扰能力进行研究，提高其在电磁环境中的适应能力以及稳定性。
1干扰的来源及形成
1.1干扰的来源。（1）较恶劣的供电环境。属于重工型企业的铝厂，设备多数是大功率、大感性负载，启动或停止它们都会造成电网电压的大幅度变化，出现欠压、过压的现象，甚至有时候是额定电压的10%，出现这种情况可能持续几分钟或更久。另外，大功率开关的通断也会造成电网产生尖脉冲，当尖脉冲跟电网的正弦波两者相叠加的时候，其通过交流电源进入到计算机内，对计算机造成了极大的危害，通常情况下，使得计算机发生“飞程序”，出现鼠标乱跳、打印机误动作等故障，使得计算机系统半瘫痪。（2）严重的噪声环境。为了实现数据采集或实时控制，模拟量、开关量的输入/输出信号线和控制线长达十几米至几百米，从而对计算机系统的干扰无从避免。在高压系统调试后，发现在足够大的干扰下，极大的影响了线路分布电容的参数，同时，它对微型计算机引入了够强的干扰，轻微情况只是程序发生错误，影响其正常工作，严重情况下可能导致程序被冲或微机芯片直接被损坏掉【1】。（3）其他因素。电解铝生产现场中的电源等设备和仪器都会发出电、磁干扰，导致系统或仪表出现各类的故障。空中雷电对计算机等弱电设备有一定的干扰和破坏，从而对计算机的正常运行有一定的影响。
1.2干扰的形成。单片机测控系统的性能受到不同形式的干扰，干扰主要有空间电磁、交流电源以及I/O 通道等几种形式。另外，形成干扰的基本要素有三个：（1）干扰源。它指的是产生干扰的一些元件、设备或者信号，用数学语言表达是du/dt，di/dt，比如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。（2）传播路径。这指的是干扰源生成的干扰向敏感器件进行传播的路径或者媒介，通过导线的传导和空间的辐射是最常见的干扰传播路径。（3）敏感器件。敏感器件指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。
2干扰对单片机测控系统产生的不良影响
2.1程序运行混乱。单片机中程序计数器PC是单片机测控系统的程序正常运行的关键点，若单片机中程序计数器PC数值受到外界的干扰发生了变化，程序发生混乱，重者程序发生死循环从而导致系统无法控制。
2.2硬件控制失常。通常是触发某些指定的控制信号来操作单片机测控系统，假如这些特定的控制信号受到外界的干扰，可能会造成无法操作，重者导致系统没法控制，甚至造成更大的损失。
2.3数据采集误差。一旦干扰到系统测量单元模拟信号的输入通道，尤其这种干扰跟有效测量信号重叠的时候，就是出现数据采集误差，在弱测量信号下，受干扰影响反而变得更严重。
3提高单片机测控系统的抗干扰能力的措施
3.1硬件抗干扰
（1）电源。通常情况下，电源对系统的干扰是因为变压器漏磁通，或者用电器的功率偏大，在开关通断的瞬间，会使得电网电压发生浪涌、电压变化产生波动、脉动直流，从而出现纹波干扰，因此要实施电源抗干扰。要选择合适的纹波、温度系数以及输出R偏小的电源。从工程数据来看，通过电源产生的共阻抗耦合干扰高达70%以上，而输出R较小的电源可以减少共阻抗耦合干扰。若系统的工作电流较小，可以选择有一定程度的电源保护功能和低通滤波性能较好的集成稳压器。若电流、功率偏大，则可以选择开关电源。实际应用中，可以考虑以下途径来抑制干扰：1）当测控系统连接的电网电压波动范围较大时，可以采用交流稳压器的方式，它能够有效抑制电源的噪声，从而降低系统受干扰的影响。2）线路滤波器加入输入端，有效降低输入端的瞬间干扰。3）在选择电源时，采用有屏蔽层的变压器，使得机箱内的低电压不能进入到高压系统中。4）整个测控系统是先进行变压，再把电输送到每个单元的电路中去，通过单元电路来进行稳压、滤波，从而有效的消除地缘线和电源线之间的耦合干扰【2】。（2）通道隔离技术。隔离用的最广的是隔离数字信号。其中，通过光电耦合器途径可以实现隔离数字信号，它是传递的是光信号，没有连接直接电信号。但这个方法有个不足的地方，就是不能隔离感应干扰及辐射干扰，且它的隔离干扰能力比较低，只有1 000 V 左右。因此，在设计电路时候，可以在A/D 前添加一个光电耦合器，但必须保持它与微型计算机的电源彼此间独立，切断干扰通路也就避免了环流的形成。若传输线路太长或者受的干扰较强，可以进行二次隔离，这不仅消除了干扰，也解决了阻抗匹配以及长线驱动等问题。（3）测量单元。对单元机测控系统的测量单元来说，最重要的是提升其测量的精度。测量单元的测量精度跟测量放大器的稳定性、传感器的转换精度都有关系，同时跟公共阻抗干扰、电磁感应干扰都有关，可见，可以采取合适的措施来消除这种干扰，让系统的测试精度更高。由于受模拟信号影响，公共地线与电源内阻的电源变低，会出现公共阻抗的噪音，因此，在实际应用中，应该要选择合适的接地方式，尽可能消除公共阻抗的噪声。
3.2软件抗干扰【3】
采用软件抗干扰技术，让受干扰系统影响的系统恢复正常运作，同时能够对受到干扰的信号进行筛选，鉴别出真伪，保存真实的部分。在具体实践中，软件抗干扰主要通过以下途径：（1）数字滤波的技术。针对单片机测控系统里的输入信号，可以考虑采取数字滤波的技术，从根本上消除模拟输入信号噪声上的影响。（2）采用重复检测方式。它有利于识别受干扰下系统发出的虚假信号，从而对这些虚假状态的信号进行过滤。（3）采用软件陷阱、“看门狗”技术。系统在受干扰的情况下，运行的程序可能会发生混乱，导致程序陷入死循环或乱飞，采取软件陷阱、“看门狗”技术，可以使程序恢复正常，减少受干扰的影响。
4结束语
目前，单片机测控系统应用的范围越来越广，抗干扰技术出现的问题也增多。人们深入分析干扰的源头、形式及其影响，不断完善测控系统硬件配置，探讨和提高单片机测控系统的抗干扰能力。它是具有一定难度的系统工程，只有将理论與实践有机的结合，才会总结出更加完善的抗干扰技术。
参考文献：
[1]秦臻,田宏伟.单片机应用系统电磁干扰技术研究[J].机械管理开发,2011,5.
[2]陈翔,赖万昌,毛万冲.关于单片机测控系统中抗干扰措施的研究[J].设备管理与改造,2011,12.
[3]吴秋宁,邵建龙,吕英英,等.提高单片机测控系统的抗干扰能力的研究[J].电子测量技术,2010,2.
关键词：单片机；测控系统；抗干扰能力
中图分类号：TP274 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 05-0000-02
随着单片微型计算机的应用越来越广泛，主要用于智能化仪表中，尤其是测量控制系统的微型计算机，它是一种新型的微电子设备，具有完善的智能化特性，因而在工业系统中高达90%采用的是单片机测控系统。由于工业环境中到处都是强弱电设备，不仅有数字电路还有不同模拟电路形成一个强电与弱电数字与模拟共存的局面，同时工作环境电磁干扰强、环境恶劣，其工作性与可靠性都会收到极大的影响。因此，有必要对单片机测控系统的抗干扰能力进行研究，提高其在电磁环境中的适应能力以及稳定性。
1干扰的来源及形成
1.1干扰的来源。（1）较恶劣的供电环境。属于重工型企业的铝厂，设备多数是大功率、大感性负载，启动或停止它们都会造成电网电压的大幅度变化，出现欠压、过压的现象，甚至有时候是额定电压的10%，出现这种情况可能持续几分钟或更久。另外，大功率开关的通断也会造成电网产生尖脉冲，当尖脉冲跟电网的正弦波两者相叠加的时候，其通过交流电源进入到计算机内，对计算机造成了极大的危害，通常情况下，使得计算机发生“飞程序”，出现鼠标乱跳、打印机误动作等故障，使得计算机系统半瘫痪。（2）严重的噪声环境。为了实现数据采集或实时控制，模拟量、开关量的输入/输出信号线和控制线长达十几米至几百米，从而对计算机系统的干扰无从避免。在高压系统调试后，发现在足够大的干扰下，极大的影响了线路分布电容的参数，同时，它对微型计算机引入了够强的干扰，轻微情况只是程序发生错误，影响其正常工作，严重情况下可能导致程序被冲或微机芯片直接被损坏掉【1】。（3）其他因素。电解铝生产现场中的电源等设备和仪器都会发出电、磁干扰，导致系统或仪表出现各类的故障。空中雷电对计算机等弱电设备有一定的干扰和破坏，从而对计算机的正常运行有一定的影响。
1.2干扰的形成。单片机测控系统的性能受到不同形式的干扰，干扰主要有空间电磁、交流电源以及I/O 通道等几种形式。另外，形成干扰的基本要素有三个：（1）干扰源。它指的是产生干扰的一些元件、设备或者信号，用数学语言表达是du/dt，di/dt，比如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。（2）传播路径。这指的是干扰源生成的干扰向敏感器件进行传播的路径或者媒介，通过导线的传导和空间的辐射是最常见的干扰传播路径。（3）敏感器件。敏感器件指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。
2干扰对单片机测控系统产生的不良影响
2.1程序运行混乱。单片机中程序计数器PC是单片机测控系统的程序正常运行的关键点，若单片机中程序计数器PC数值受到外界的干扰发生了变化，程序发生混乱，重者程序发生死循环从而导致系统无法控制。
2.2硬件控制失常。通常是触发某些指定的控制信号来操作单片机测控系统，假如这些特定的控制信号受到外界的干扰，可能会造成无法操作，重者导致系统没法控制，甚至造成更大的损失。
2.3数据采集误差。一旦干扰到系统测量单元模拟信号的输入通道，尤其这种干扰跟有效测量信号重叠的时候，就是出现数据采集误差，在弱测量信号下，受干扰影响反而变得更严重。
3提高单片机测控系统的抗干扰能力的措施
3.1硬件抗干扰
（1）电源。通常情况下，电源对系统的干扰是因为变压器漏磁通，或者用电器的功率偏大，在开关通断的瞬间，会使得电网电压发生浪涌、电压变化产生波动、脉动直流，从而出现纹波干扰，因此要实施电源抗干扰。要选择合适的纹波、温度系数以及输出R偏小的电源。从工程数据来看，通过电源产生的共阻抗耦合干扰高达70%以上，而输出R较小的电源可以减少共阻抗耦合干扰。若系统的工作电流较小，可以选择有一定程度的电源保护功能和低通滤波性能较好的集成稳压器。若电流、功率偏大，则可以选择开关电源。实际应用中，可以考虑以下途径来抑制干扰：1）当测控系统连接的电网电压波动范围较大时，可以采用交流稳压器的方式，它能够有效抑制电源的噪声，从而降低系统受干扰的影响。2）线路滤波器加入输入端，有效降低输入端的瞬间干扰。3）在选择电源时，采用有屏蔽层的变压器，使得机箱内的低电压不能进入到高压系统中。4）整个测控系统是先进行变压，再把电输送到每个单元的电路中去，通过单元电路来进行稳压、滤波，从而有效的消除地缘线和电源线之间的耦合干扰【2】。（2）通道隔离技术。隔离用的最广的是隔离数字信号。其中，通过光电耦合器途径可以实现隔离数字信号，它是传递的是光信号，没有连接直接电信号。但这个方法有个不足的地方，就是不能隔离感应干扰及辐射干扰，且它的隔离干扰能力比较低，只有1 000 V 左右。因此，在设计电路时候，可以在A/D 前添加一个光电耦合器，但必须保持它与微型计算机的电源彼此间独立，切断干扰通路也就避免了环流的形成。若传输线路太长或者受的干扰较强，可以进行二次隔离，这不仅消除了干扰，也解决了阻抗匹配以及长线驱动等问题。（3）测量单元。对单元机测控系统的测量单元来说，最重要的是提升其测量的精度。测量单元的测量精度跟测量放大器的稳定性、传感器的转换精度都有关系，同时跟公共阻抗干扰、电磁感应干扰都有关，可见，可以采取合适的措施来消除这种干扰，让系统的测试精度更高。由于受模拟信号影响，公共地线与电源内阻的电源变低，会出现公共阻抗的噪音，因此，在实际应用中，应该要选择合适的接地方式，尽可能消除公共阻抗的噪声。
3.2软件抗干扰【3】
采用软件抗干扰技术，让受干扰系统影响的系统恢复正常运作，同时能够对受到干扰的信号进行筛选，鉴别出真伪，保存真实的部分。在具体实践中，软件抗干扰主要通过以下途径：（1）数字滤波的技术。针对单片机测控系统里的输入信号，可以考虑采取数字滤波的技术，从根本上消除模拟输入信号噪声上的影响。（2）采用重复检测方式。它有利于识别受干扰下系统发出的虚假信号，从而对这些虚假状态的信号进行过滤。（3）采用软件陷阱、“看门狗”技术。系统在受干扰的情况下，运行的程序可能会发生混乱，导致程序陷入死循环或乱飞，采取软件陷阱、“看门狗”技术，可以使程序恢复正常，减少受干扰的影响。
4结束语
目前，单片机测控系统应用的范围越来越广，抗干扰技术出现的问题也增多。人们深入分析干扰的源头、形式及其影响，不断完善测控系统硬件配置，探讨和提高单片机测控系统的抗干扰能力。它是具有一定难度的系统工程，只有将理论與实践有机的结合，才会总结出更加完善的抗干扰技术。
参考文献：
[1]秦臻,田宏伟.单片机应用系统电磁干扰技术研究[J].机械管理开发,2011,5.
[2]陈翔,赖万昌,毛万冲.关于单片机测控系统中抗干扰措施的研究[J].设备管理与改造,2011,12.
[3]吴秋宁,邵建龙,吕英英,等.提高单片机测控系统的抗干扰能力的研究[J].电子测量技术,2010,2.