李多友,王震生

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河北唐山,063020）

1 煤礦作業(yè)的干擾源、干擾的方式以及其產(chǎn)生的后果

1.1 煤礦作業(yè)中的干擾源及干擾方式

在煤礦行業(yè)中，大量采用一些大功率的設(shè)備作業(yè)，這些大功率的設(shè)備往往會(huì)產(chǎn)生諸如電磁干擾以及電網(wǎng)污染之類的干擾源，大致可分為以下幾種：1）、配電裝置。礦井中的配電裝置，其觸點(diǎn)在斷開(kāi)時(shí)比較容易放電，從而形成了放電噪聲。2）、一些大型設(shè)備上變頻器及逆變器等。這些設(shè)備在工作時(shí)容易產(chǎn)生比較高頻率的震蕩噪聲，產(chǎn)生輻射干擾。3）、電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候容易形成電流涌流的現(xiàn)象，進(jìn)而造成浪涌噪聲。4）、單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原因，本身的抗干擾能力不足、沒(méi)有采取可靠的屏蔽保護(hù)措施、元件質(zhì)量比較低。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中，干擾是不可避免的，它們降低了系統(tǒng)的工作準(zhǔn)確性，甚至于破壞了系統(tǒng)的可靠性，嚴(yán)重的會(huì)使系統(tǒng)失去控制。對(duì)于這些影響單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)正常工作的干擾源，必須及時(shí)處理解決，維護(hù)煤礦作業(yè)的正常安全開(kāi)展。

1.2 這些干擾因素造成的后果

影響單片機(jī)系統(tǒng)正常進(jìn)行工作的主要原因有來(lái)自系統(tǒng)外部及內(nèi)部的電氣干擾，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有原因，在元器件的選取、安裝制造工藝以及其工作的外部環(huán)境上都有一定得影響。這些因素對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的干擾影響非常容易造成以下一些后果：1）、單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)部模擬量通道如果被干擾,其采集的數(shù)據(jù)就容易偏大或偏小, 使得數(shù)據(jù)采集的最終結(jié)果誤差加大。2）、單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的輸出與輸入存在著既定的邏輯關(guān)系, 干擾引起虛假狀態(tài)的輸入必然導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的偏差甚至于錯(cuò)誤, 導(dǎo)致控制狀態(tài)失靈。3）、那些干擾如果入侵到RAM 中的話，就有可能會(huì)篡改測(cè)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，使得系統(tǒng)工作的狀態(tài)發(fā)生改變。4）、系統(tǒng)的程序計(jì)數(shù)器如果受到干擾會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)的PC 值，系統(tǒng)的運(yùn)行混亂，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常的工作運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3 我們把單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)的一些出錯(cuò)現(xiàn)象及原因簡(jiǎn)單列表表達(dá)出來(lái)，更清晰

2 抗干擾措施

單片機(jī)系統(tǒng)的工作能正常運(yùn)轉(zhuǎn)與其抗干擾的能力有著密切的關(guān)系，我們要采取各種措施來(lái)阻止這些干擾，從根源上杜絕，來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來(lái)說(shuō)我們的抗干擾措施都是從硬件和軟件這兩方面入手。

2.1 硬件抗干擾措施

單片機(jī)系統(tǒng)中抗干擾設(shè)計(jì)比較重要的手段就是硬件抗干擾。

（1）電源干擾。我們可以采用一些必要的措施，減小電源的噪聲。針對(duì)電源對(duì)單片機(jī)的干擾，我們可以采取以下手段：使用開(kāi)關(guān)電源供電，并且在開(kāi)關(guān)電源前采取增加濾波模塊，用來(lái)過(guò)濾由大功率設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的脈沖干擾。

（2）對(duì)電磁輻射進(jìn)行屏蔽隔離。單片機(jī)系統(tǒng)在煤礦井下運(yùn)行環(huán)境有著電動(dòng)機(jī)、繼電器組等這些大型設(shè)備，這些設(shè)備在運(yùn)行啟動(dòng)及斷開(kāi)時(shí)均會(huì)因電流巨大的變化產(chǎn)生比較強(qiáng)的電磁輻射。模擬信號(hào)也會(huì)引起變形，甚至比較嚴(yán)重，容易發(fā)生程序運(yùn)行故障。我們可以加大這些設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的距離，把電磁輻射對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的影響降至最小。同時(shí)，控制器要采用金屬材質(zhì)的殼體來(lái)進(jìn)行屏蔽，并且接地處理，這樣也能把電磁輻射對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的影響減小。

（3）布線合理并且設(shè)計(jì)改進(jìn)電路板。電路板對(duì)單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)也有很大的作用，它的設(shè)計(jì)能影響系統(tǒng)的抗干擾能力。電路板布線時(shí)我們應(yīng)注意下面幾點(diǎn)：1）、把強(qiáng)電、弱電分開(kāi)印制在不同的電路板上，避免交流干擾以及因高壓產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，2）、為增加其屏蔽效果，采用多層印刷的電路板，3）、盡量的加粗接地線，4）、模擬地、信號(hào)地各自接地，5）、使用各種屏蔽措施來(lái)提高系統(tǒng)抗干擾能力。

（4）光電隔離。光電隔離技術(shù)是通過(guò)光電耦合器將信號(hào)輸入通道或信號(hào)輸出通道與中央處理單元進(jìn)行隔離，光電耦合器將輸入信號(hào)通過(guò)內(nèi)部發(fā)光二極管變成光信號(hào)，然后再由內(nèi)部光敏三極管轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，將輸入與輸出完全實(shí)現(xiàn)了電隔離，因而也就完全隔離了輸入和輸出間的各種干擾。它是一種比較常用并且效果比較好的抗干擾措施。

2.2 軟件抗干擾

如果單獨(dú)依靠硬件抗干擾措施是不能完全消除單片機(jī)系統(tǒng)的干擾難題，對(duì)軟件進(jìn)行抗干擾措施也是預(yù)防及消除故障的一個(gè)重要手段。

（1）軟件陷阱。它采用引導(dǎo)指令，把捕捉的亂飛程序引導(dǎo)到復(fù)位入口地址，并且有專門的程序來(lái)處理出錯(cuò)的程序，幫助程序的正常運(yùn)行。我們可以在程序的存儲(chǔ)器末端使用區(qū)域，用引導(dǎo)指令將撲獲到的亂飛程序引導(dǎo)到復(fù)位入口地址。

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（2）指令冗余。與軟件陷阱有區(qū)別的是，它的指令在程序區(qū)。如果CPU 受到外界干擾時(shí)，容易錯(cuò)誤的將多字指令當(dāng)成操作碼。為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，我們?cè)诔绦蛑斜M量使用單字節(jié)，如果不能使用單字節(jié)，可以在多字節(jié)指令后面添加兩個(gè)單字節(jié)的空指令，這樣就能引導(dǎo)程序入軌。

（3）睡眠抗干擾。它主要是用在有睡眠狀態(tài)的單片機(jī)抗干擾設(shè)計(jì)。睡眠指的是CPU 對(duì)外界干擾的敏感度比較低，在一定程度上杜絕了干擾。CPU 處在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，對(duì)外界一些影響因素非常敏感，但是系統(tǒng)工作不僅僅是要求運(yùn)行CPU，所以在不需要CPU運(yùn)行時(shí)，可以讓CPU 休眠，來(lái)降低外界因素對(duì)CPU 的干擾。

（4）掉電保護(hù)。硬件電路檢測(cè)到掉電信號(hào)后, 單片機(jī)的外部中斷輸入端收到信號(hào)再由CPU 發(fā)出軟件中斷指令將掉電中斷規(guī)定為高級(jí)中斷, 使系統(tǒng)及時(shí)對(duì)掉電做出反應(yīng)。

3 煤層注水流量測(cè)控儀中的抗干擾措施

煤層注水流量測(cè)控儀是基于80C552 單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn)了煤層注水孔流量、顯示注水流量和累積注水量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上傳，監(jiān)測(cè)新的注水孔時(shí)累積注水量的清零等功能；通過(guò)分析采集的數(shù)據(jù), 判斷注水管道泄漏與否,以便及時(shí)控制。

3.1 硬件抗干擾方面

1）、選取合理的電源。我們根據(jù)煤層注水流量測(cè)控儀的實(shí)際需求，選用了4NIC 系列電源。4NIC 電源的電路采用集成芯片，能降低噪聲的干擾，其外殼為金屬材料，對(duì)電磁輻射有一定屏蔽作用。殼內(nèi)為組成部件, 采用環(huán)氧樹(shù)脂實(shí)體封裝, 實(shí)現(xiàn)集成化和一體化,體積小且性能也不錯(cuò)。2）、印制電路板及元器件組裝設(shè)計(jì)。對(duì)于單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，設(shè)備中元器件質(zhì)量的好壞強(qiáng)烈影響其抗干擾的能力。組裝設(shè)備之前，工作人員就要對(duì)電子元件等元器件進(jìn)行全面測(cè)試，不達(dá)標(biāo)嚴(yán)禁使用；同時(shí)，焊接電子元件時(shí)，盡量減小接觸電阻，并且焊接牢固；為達(dá)到雙層屏蔽的效果，該設(shè)備內(nèi)部電路板采用的是浮接方式。此外，采用光電隔離技術(shù)通過(guò)光信號(hào)把有用信號(hào)進(jìn)行正常的傳輸，能很好的抗干擾，屏蔽線也能使得輸入通道的信號(hào)避免靜電感應(yīng)的干擾。還要采用粗一些的接地線，用來(lái)減少共阻抗噪聲的干擾。

3.2 軟件抗干擾措施

（1）保證系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定運(yùn)行，為使得測(cè)控儀軟件能正常并且穩(wěn)定運(yùn)行，必須要選擇有成熟技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)用，已經(jīng)能避免一些問(wèn)題的出現(xiàn)，我們通過(guò)對(duì)指令設(shè)計(jì)的完善，能保證單片機(jī)的系統(tǒng)軟件的抗干擾性達(dá)到一個(gè)新的高度。（2）在煤層注水流量測(cè)控儀中主要選取指令冗余的措施來(lái)提高系統(tǒng)軟件的抗干擾能力。

4 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)在煤礦的工作系統(tǒng)中，我們對(duì)其的各種抗干擾措施都是為了其系統(tǒng)的正常運(yùn)行，相對(duì)來(lái)說(shuō)，硬件的抗干擾措施是主動(dòng)的，軟件與之相反，是被動(dòng)的。我們?cè)趯?shí)際的操作使用中，應(yīng)該把這些技術(shù)都靈活的運(yùn)用到系統(tǒng)中去，多種抗干擾措施相結(jié)合，能對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)很大便利，使得單片機(jī)能在多種環(huán)境中正常運(yùn)行、穩(wěn)定運(yùn)行，最終幫助我們?nèi)〉镁薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益。

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