单片机测控系统中的抗干扰技术

在单片机测控系统中，主要存在空间辐射干扰、信号通道干扰、电源干扰和数字电路引起的干扰。

抗干扰就是针对干扰的产生性质、传播途径、侵入的位置和侵入的形式，采取适当的方法消除干扰源，抑制耦合通道，减弱电路对噪声干扰的敏感性，通常需要采取“综合治理”的措施。

根据电器参数选择合理器件以满足系统性能要求。尽量选用集成度高、温漂小、抗干扰性能好以及功耗小的元器件。

在交流电网进线端并接压敏电阻，吸收浪涌电压，也可防雷。高频电感与电路电容组成的低通滤波器，可抑制电网引入的高频噪声。可采取模拟电路与数字电路的电源分开、电源浮空技术、使用电源隔离变压器、隔离电源技术和电源滤波技术。在设计滤波器时必须注意让谐振频率远小于干扰频率。

采用由导电性能良好的金属作屏蔽盒，并接大地，则屏蔽盒内电力线不会影响外部，同时外部的电力线也不会穿透屏蔽盒进入内部，前者可抑制干扰源，后者可阻截干扰的传输途径，起电场隔离的作用。磁路屏蔽是采用高磁材料并以封闭式结构为妥，并接大地。

单片机测控系统中的高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地；交流地和信号地不能共用；将系统的各个部分全部与大地浮置起来，但系统中的各机壳接地；对于数字地，印刷板中的地线应成网状，而且其他布线不要形成环路，特别是环绕外周的环路，印刷板中的条线不能长距离平行，不得已时，应加隔离电极和跨接线或屏蔽；当A/D转换器的模拟信号较弱时，可采用三线采样双层屏蔽浮地技术提高抗共模干扰的能力；系统中的高增益放大电路最好用金属罩屏蔽起来。将屏蔽体接到放大电路的公共端，将寄生电容短路防止反馈，避免放大器的震荡；对于功率地，由于地线的电流较大，接地线的线径应较粗，且与小信号地线分开，连直流地；对于小信号前置放大电路本身采用一点接地，不能一个电路多点接地，A/D前置放大电路一般浮空。内存放大电路的印刷电路板上一点入地，这类放大器的地线一定要远离功率地和噪声地。

隔离分对模拟信号的隔离和对数字信号的隔离，对数字信号的隔离通常采用光电耦合器。因这种方法信号的传递是通过光信号实现的没有直接的电信号连接，因此隔离了干扰的传递途径，但这种方法隔离不断辐射，感应干扰，且光电耦器件隔离传导干扰的能力只有1kV左右。在具体电路设计时在A/D后和D/A前加光电耦合器，其电源与微机的电源必须独立，地线必须分开，保证微机与现场仅有光的联系，切断干扰通路也避免形成环流，对于强干扰或长线传输可采用两次隔离，既可消除干扰，又能解决长线驱动和阻抗匹配等问题。对于模拟信号的隔离，通常采用隔离放大器，利用隔离放大器内的变压器将信号磁耦合，隔断通路的线路连接，从而切断干扰源，也可采用光电耦合器实现模拟信号隔离，即由电压-频率转换器VFC把模拟信号转换成数字信号再通过光电耦合器隔离，而光电耦合器的输出信号在由频率-电压转换器FVC转换成模拟信号。在多点巡回检测微机系统中若被测信号变化较慢，其多路模拟开关可选用由干簧继电器或湿簧继电器做成的电容飞渡式多路模拟开关来切断被测信号与信号通道的连线，从而起到抗干扰作用。由于负脉冲传输抗干扰能力比正脉冲强，所以，一般在长线传输时，采用负脉冲传输。而且速度不高时，在始端用驱动器比用一般的TTL效果要好。用OC门作双向总线传输可以把输出端连在一起，直接用来单向、双向总线传输。

多路转换器的输入常常受到各种环境噪声的污染，尤其易受到共模噪声的干扰。在多路转换器输入端接入共模扼流圈，可抑制外部传感器引入的高频共模噪声。转换器高频采样时产生的高频噪声，应在单片机与A/D之间采用光电耦合器隔离。在传感器工作环境复杂和恶劣时，应选择测量放大器，使其在微弱信号系统中广泛用作前置放大器。为了防止共模噪声窜入系统可以采用隔离放大器。采样保持器电路(S/H)在采样与保持两种状态转换时，会窜入干扰，为了减少误差，印刷电路布线时，使逻辑输入端的走线与模拟输入端尽可能距离远些，或者将模拟输入端用地线包围起来，以降低线间寄生电容耦合和隔断漏电通路。降低逻辑输入信号的幅度也可以减少寄生耦合和漏电耦合干扰

。如果a<39H，则b=a-30H；如果a>39H，则b=a-30H-07H，最后把前后两个数合并为一个字节。

⑥手机向单片机应答PDU数据包的字节数不包括前9字节数据(短信服务中心地址)，但向单片机传送PDU数据包时，包括这9个字节的数据

。例如，如果手机应答的PDU数据长度为50，而实际向单片机传送的十六进制数据为59字节，ASCII码为2×59字节，所以，单片机必须按2×59字节接收PDU数据。

　　3 应用实例

笔者利用上述原理和接口技术开发了一个项目：高速公路显示导引系统。安装在高速公路上的LED显示屏实时显示前方路段车辆通行态势和天气气候情况，提醒并引导驾驶人员，正确驾驶。该系统的使用一定程度上消除了许多交通事故隐患，从而保障了道路的畅通和人民生命财产的安全。该系统由控制中心和若干个显示屏组成。控制中心实时将最新信息发送到各显示屏。构建控制中心与显示终端的通信链路，传统的方法要么铺设光缆用有线方式实现，要么构建专用无线网用无线方式实现。因为高速公路的特殊性，控制中心与显示终端之间的距离通常很远，两种方案都必须投入大量资金和巨大的施工工作量。如果采用GSM公众无线传输网络，控制中心以短信息的形式把显示信息发送到显示终端的技术方案，则具有投资小，施工方便，工作可靠，运行费用低等诸多优点。

在控制中心，微机编辑好短信息后通过手机这个载体发送出去。在显示终端，单片机通过读取手机的短信息把它显示到LED显示屏上。项目的核心技术是单片机与手机的接口和PDU数据包中的汉字信息编码。因为短信息中的汉字仅仅是一个编码，单片机应用系统将编码变为汉字点阵数据，必须配置汉字字库。按GSM07.05协议规定，短信息中的汉字编码为Unicode编码，如果构建一个Unicode编码的汉字字库，确实是一件繁琐的工作，因此，在设计单片机应用系统时，采用如下两点技术措施。

①单片机系统配置的字库为GB-2312编码的汉字库，即区位码汉字库，该汉字库在网上可免费下载，固化到Flash存储芯片中即可。当然这样做的前提是PDU数据包中的汉字编码必须为汉字内码而非Unicode编码。

②控制中心编辑PDU数据包数据时，采用自定义数据方式，其中，代表汉字的数据，直接取用汉字的机内码即可，免去了把机内码再转换为Unicode编码之苦。实践证明，这是可行的。

采用以上技术措施的优点，一是省去了两种编码的相互转换；二是保证了数据的保密性，非系统内用户无法接收，即使接收也无法显示。

该项目研制成功投入使用后，因显示终端只接收不发送，几乎没有运行成本。发送端(控制中心)可采用月租方式，也能把运行费用降低到最低限度。因此该项目得到用户满意的评价。
3 王柏林.单片机系统设计的误区与对策.电子技术应用，2002，2

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