智能化仪器仪表实用抗干扰技术

智能化仪器仪表实用抗干扰技术

林巍

广州科易光电技术有限公司 510000

摘要：随着科技水平的提高，我国的工程建设越来越复杂。随着建筑技术的发展，各种仪器设备的应用越来越多。智能仪表被广泛应用于工业领域，抗干扰技术是其最显著的特征，在主机、软件、电力系统等方面都有应用。本文对智能化仪器仪表实用抗干扰技术进行分析和探究，总结电力系统干扰与抗干扰的措施，并且提出改进策略，确保智能化仪器仪表稳定运行。

关键词：智能化仪器仪表；抗干扰技术；应用

引言

智能仪表已经广泛地应用于国内的各个行业，这些在实验室或低干扰环境下使用的仪器，其可靠性基本可以达到要求。但在工业领域使用的这种仪器就不那么理想了，智能仪表通常用于工业测控领域，担负着对生产工艺参数进行监测和控制的工作，在使用过程中，会遇到温度高、湿度大、气压低、有害气体、冲击、振动、辐射、电磁干扰等多种复杂的环境因素，这些干扰会对设备造成很大的影响，甚至影响到设备的运行。

1电力系统的干扰与抗干扰措施

仪器中使用的稳压电源，是一种干扰源。在由变压器、整流管和调节管构成的线性稳压电源中，由于整流器所产生的单向脉冲，其自身也会受到电磁干扰。若选用开关式电源，则应谨慎选用。由于切换电源使用的是电子设备的高频开关，通常切换频率超过20 kHz，电压、电流的剧烈波动会引起大量的冲击和噪声，从而造成强大的电磁干扰源，严重影响仪器正常工作。交流电源滤波器应用于电力系统中，能够有效地抑制电力系统的噪声，从而改善电力系统的抗干扰性。交流电源滤波器通常用于交流输入和交流输出，其作用是对30 MHz以下的频率范围内的噪声进行抑制。交流电源的滤波器有两种，一种是电容式的，另一种是电容式的。采用瞬变电压抑制器 TVS是一种高效的二极管型保护装置。在 TVS二极管两端受逆瞬态高能量冲击时其两端的高阻变成了低阻，瞬间吸收高达几千瓦的电流，并将两端的电压保持在一个预先设定的数值，从而有效地保护电路中的精密元件不受各类电涌脉冲的伤害。TVS因其响应速度快、瞬态功率大、漏电流小、电压偏差小、钳位电压易于控制、无损伤极限、体积小等特点，在计算机、通讯、智能化仪器等方面得到了广泛的应用。

2主站的抗干扰技术

因为主机的大部分功能都是由单片机组成，因此很容易被各种电磁信号干扰，比如通信接口，比如微处理器的输入和输出。因此，在智能仪表的设计中，抗干扰技术是非常必要的，抗干扰的基本原理是：要能改善灵敏度设备的抗干扰性能，抑制干扰源，并截断干扰的传播途径，从各方面抑制干扰，达到智能仪表的设计原理。抑制干扰：要想减少干扰，必须要减少干扰的电压和电流，只有这样，智能仪器才能发挥出最大的作用。一种是利用干扰源上的并联电容来实现电压变化速率，另一种是通过干扰源回路中的串联电感、电阻和二极管来实现。

提高灵敏度设备的抗干扰性：提高灵敏度设备的抗干扰性是提高智能设备抗干扰能力的一种途径，让这些高灵敏度设备尽可能少拾取噪声，使其恢复到最佳状态，罗列了几种提高高灵敏度设备抗干扰性的措施，通过这些措施，可以有效地提高设备的抗干扰性。一是为了减小印刷电路板的电路环面积，减小电感噪音。二是要把印刷电路板的电源和接地线尽可能地粗化，除了可以减小电线和基座的压降，而且在必要时可以使用多层印刷电路板来减小干扰耦合的概率。三是对单片机的空闲 I/O端口管脚，应作接地或接上电源，以免因干扰造成的数码逻辑混淆[1]。

3地线系统的抗干扰技术研究

在智能仪表中，当频率高于10 MHz时应采取邻近多点接地的方法。当频率低于1兆赫时应采取少量的接地方法。由于在低频线路中，由地线构成的环路对干扰有很大的影响。在一个接地模式中，也有一个并联的一点接地和一个串联的接地，一个并联的接地可以保证每一个线路的电流通过一个线路时不会受到电压下降的影响，但实施起来很麻烦。串联点的接地方式简单，导线数量少，但是不能为各个线路提供等电势。采用这种方法，在各线路上的电流通过同一阻抗时会对各线路产生一定的干扰。所以，在采用串联点接地时应尽量缩短线路接地线，使最小的线路尽量靠近地面，以减小对地面的影响。为了避免在输入端与输出端之间产生地环，通常采取的绝缘方法是：变压器绝缘和光电绝缘。结果表明，采用光隔器对干扰脉冲的抑制效果要好得多，可以说是一种新型的隔离开关。连接到输入和输出界面的接地线一定要隔离，交流地、信号地、电力地不能连在一起。在工作中错误地将向微型印刷机供电的 DC电源连接到一个地方，导致每次打印机被启动时信号取样发生改变，而当两个接地导线被分离时这种改变就消失了[2]。

4常见的软件抗干扰方法

多重读入抗干扰为保证输入信息的正确，在输入数据或状态时可以采用软件进行多次读入，以防止干扰；若输入的是一个外接切换状态，可以判断输入切换状态的正确性，在一定时间范围内读取了多次的切换状态。在指令的后面，人工地覆盖指令冗余抗干扰，这些指令在程序的流向或工作状态中发挥着关键的作用。为了确保输出结果的准确性，该方法通常用于开关量的输出，因而可以说是操作冗余。

在下列情况下，可以使用指令冗余：

（1）微处理器的输入和输出。

(2) LED或液晶显示屏，具有锁定功能。

(3)设定中断启用标记。

(4)一个重要的标记，一个参数的注册，等等。

软件陷阱抗干扰对于以MCS-51为核心的智能仪器来说，软件诱饵是利用引导命令将“跑飞”的程序强制导向0000 H重置的输入地址或错误的程序输入地址。比如，“0000020000”被间隔地填充在MCS-51没有用过的程序存储器中，那么，当“跑飞”到该区域时它就会被自动地拖回0000 H，然后再进行操作。此处，“00”表示空运指令的机器代码，而“02”表示“LJMP”的无条件传输命令，而“02”之后的“0000”则表示要迁移的地址。

“看门狗”技术具有抗干扰能力，本文仅针对“看门狗”软件的概念进行了阐述。作为一个例子，MCS-51系列的微处理器。在MCS-51中，有两个计时计数器，用于监视主程序的工作。一个简单的“看门狗”软件，可以如下设计：（1）将计时器T0设定为“看门狗”计时器，在初始化程序中，T0的操作是模式1，也就是16比特定时器模式，并且打开中断与计时功能。系统 Fosc=12 MHz,T0的最大计算值为65535,T0的输入计数频率为 fosc/12，那么该溢出时段是65536微秒。(2)假设系统主程序的操作时间大约为20 ms，则计算每次主程序周期的时间，将系统各个功能模块和周期的次数考虑在内。设定“看门狗”计时器T0的时间为30ms。每个周期的主要程序都会重置初始值T0。如果程序在30ms之内没有更新T0的初始值，那么T0这个“看门狗”计时器就会出现溢出和请求中断请求，这是一个“死循环”。

结语：

在设计智能化仪表时必须充分考虑干扰、抗干扰等因素，确保其设计、研发、投入生产、应用，并通过全面的计划来实现其目标。在智能化仪器仪表设计、研制、生产、使用与维护的各阶段都应充分地考虑干扰和抗干扰问题，采取主动预防、整体规划、“对抗”与“疏导”相结合的策略和方法，才能收到事半功倍的效果。

参考文献

[1]薛志荣.智能化仪器仪表技术发展探析[J].通信电源技术.2018,(4).97.

[2]贾振国,许琳,杨忠亮.基于神经网络的配电柜电气火灾预警模型设计[J].科技创新与应用.2018,(10).66.