焦安提，王沛禹

（1. 日照市高級(jí)技工學(xué)校，山東 日照 276800；2. 日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 日照 276826）

汽車(chē)行駛記錄儀是一種安裝在車(chē)輛上能全程對(duì)汽車(chē)的行駛狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、分析、輸出的數(shù)字式電子記錄裝置。它能有效監(jiān)控車(chē)輛的狀態(tài)和駕駛員的駕駛行為，為道路交通事故的分析、鑒定、處理提供科學(xué)的原始數(shù)據(jù)。但是汽車(chē)作為一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電產(chǎn)品，本身的電子元器件在工作時(shí)往往存在著相互干擾，所處的外界環(huán)境也復(fù)雜多變，嚴(yán)重影響了記錄儀的可靠穩(wěn)定性。因此，必須對(duì)其采取抗干擾技術(shù)措施。

1 汽車(chē)行駛記錄儀的干擾源

常見(jiàn)干擾源一般有電磁干擾源和自然因素干擾源。電磁干擾源產(chǎn)生干擾的根本原因是導(dǎo)體中有電壓或電流的變化，使導(dǎo)體產(chǎn)生電磁波輻射，例如點(diǎn)火線圈點(diǎn)火、交流發(fā)電機(jī)線纜連接間歇切斷、雨刮電機(jī)間歇?jiǎng)幼骱蛠?lái)自車(chē)外界的手機(jī)、電臺(tái)等無(wú)線電磁波等，會(huì)產(chǎn)生從低頻到高頻的復(fù)雜電磁場(chǎng)，影響汽車(chē)行駛記錄儀正常穩(wěn)定工作；此外，環(huán)境的溫度、濕度、雷電、宇宙噪音等自然因素會(huì)使電子元件產(chǎn)生難以預(yù)料的信號(hào)漂移，甚至?xí)a(chǎn)生電子元器件故障，例如電路腐蝕、電容爆裂、雷電擊穿等。

2 硬件抗干擾措施

對(duì)電磁干擾的處理，可從干擾源、敏感源（受干擾設(shè)備）和耦合路徑3方面考慮。第一，盡量抑制干擾源，消除干擾的根本原因；第二，消除干擾源和受干擾設(shè)備之間的耦合、輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三，提高受干擾設(shè)備的抗干擾能力，降低其對(duì)噪聲的敏感度。本文主要采用的是屏蔽、隔離、接地和濾波等切斷干擾源和受干擾設(shè)備之間的耦合通道的方法。

2.1 屏蔽

屏蔽是指用屏蔽材料把通過(guò)空間進(jìn)行電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)耦合的部分隔離開(kāi)來(lái)，切斷其空間場(chǎng)的耦合通道。本文采用的屏蔽方法是用低電阻和導(dǎo)磁屏蔽材料，把行駛記錄儀需要隔離的部分包圍起來(lái)，使行駛記錄儀避免受外界點(diǎn)火線圈、電臺(tái)等產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的干擾，同時(shí)也屏蔽了記錄儀對(duì)外界的干擾。

2.2 隔離

信號(hào)隔離的目的是把干擾源和敏感源在電氣上完全隔離或部分隔離開(kāi)，使兩個(gè)相互通信的設(shè)備之間僅保持信號(hào)聯(lián)系，但不發(fā)生直接電的聯(lián)系，不會(huì)影響信號(hào)的正常傳輸。隔離的實(shí)質(zhì)就是把會(huì)引入干擾的通道切斷，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場(chǎng)的目的。常用的隔離方式有：光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離等。該汽車(chē)行駛記錄儀采用了光電隔離技術(shù)，例如速度采集模塊等。

2.3 接地

由于設(shè)備之間的信號(hào)互傳互送，這就存在信號(hào)參考點(diǎn)的問(wèn)題，理想化的情況是所有設(shè)備儀表的參考點(diǎn)之間的電位差為“零”。因此，在PCB布局設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則。如果形成多點(diǎn)接地，會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲。“一點(diǎn)接地”有串聯(lián)和并聯(lián)一點(diǎn)接地兩種方式。

在實(shí)際應(yīng)用中通常采取平面式或多點(diǎn)接地，利用一個(gè)導(dǎo)電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。還采用旁路電容減少返回電流的幅值，降低接地回路的壓降。

2.4 濾波

濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號(hào)的頻譜寬得多，因此，需要進(jìn)行信號(hào)選擇和干擾抑制。本記錄儀已經(jīng)將該技術(shù)多次應(yīng)用于信號(hào)采樣和處理中。

針對(duì)自然環(huán)境因素影響，可以通過(guò)選擇性能更加合理的元器件方法來(lái)消除或降低，例如可以選擇寬溫元件、置于溫度相對(duì)恒定的地方等措施。

3 軟件抗干擾措施

軟件抗干擾以其高可靠性、低成本、高靈活性的特點(diǎn)越來(lái)越受到重視。通常，消除模擬輸入信號(hào)的噪聲（如數(shù)字濾波技術(shù)）和程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法是軟件抗干擾研究的主要內(nèi)容。

從軟件的運(yùn)行來(lái)看，瞬時(shí)電磁干擾可能會(huì)使CPU偏離預(yù)定的程序指針，進(jìn)入未使用的RAM區(qū)和ROM區(qū)或其他字節(jié)空間，引起一些莫名其妙的現(xiàn)象，其中程序“飛掉”和死循環(huán)是最常見(jiàn)的。為了有效地排除這種干擾故障，常用指令冗余和軟件“陷阱”法。

3.1 指令冗余

指令冗余指在程序中某些關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫(xiě)。CPU取指令過(guò)程是先取操作碼，再取操作數(shù)。當(dāng)受干擾出現(xiàn)錯(cuò)誤，程序便脫離正常執(zhí)行順序發(fā)生“亂飛”，當(dāng)亂飛到某雙字節(jié)指令或三字節(jié)指令，可能會(huì)把操作數(shù)誤當(dāng)作操作碼，程序?qū)⒊鲥e(cuò)。因此，常在雙字節(jié)和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的空操作（NOP）。這樣一旦程序受干擾亂飛到操作數(shù)上，由于空操作指令的存在，避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，使程序回正。跳轉(zhuǎn)、返回等指令之前也通常插入兩條空操作指令，以確保這些重要指令的正確執(zhí)行。

3.2 軟件“陷阱”

軟件“陷阱”法是指在系統(tǒng)存儲(chǔ)器（RAM和ROM）中沒(méi)有使用的單元開(kāi)辟“陷阱”區(qū)，填滿(mǎn)了某一種重新啟動(dòng)的代碼指令，當(dāng)受到干擾使指令亂飛而進(jìn)入此區(qū)域時(shí)，軟件“陷阱”來(lái)捕獲“飛掉”的程序，將飛掉的程序指向特定的復(fù)位入口地址。重新啟動(dòng)的代碼指令用來(lái)掃描現(xiàn)場(chǎng)的各種狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)判斷程序應(yīng)該轉(zhuǎn)到系統(tǒng)程序的哪個(gè)入口，使系統(tǒng)重新投入正常運(yùn)行。

3.3 “看門(mén)狗”

軟件看門(mén)狗（WATCHDOG）是利用定時(shí)器來(lái)監(jiān)控程序運(yùn)行的。首先對(duì)定時(shí)器設(shè)定一個(gè)定時(shí)時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行后看門(mén)狗計(jì)數(shù)器自動(dòng)計(jì)數(shù)，到了設(shè)定的時(shí)間未清看門(mén)狗的定時(shí)器（無(wú)喂狗行為），則認(rèn)為系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)（干擾發(fā)生），可通過(guò)軟件進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位或按事先預(yù)定方式運(yùn)行，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定正常工作。看門(mén)狗技術(shù)可以由硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

本文分析了汽車(chē)行駛記錄儀最常見(jiàn)的干擾源，針對(duì)干擾源提出了硬件、軟件干擾措施。這些措施在我們?cè)O(shè)計(jì)的汽車(chē)行駛記錄儀的實(shí)際應(yīng)用測(cè)試中，抗干擾的效果較好。

1 范燾.汽車(chē)行駛記錄儀的抗干擾技術(shù)研究［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2009（11）.