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2電子線路中常見的干擾

2.1電網的干擾

在電子線路常見到的干擾中，電網的干擾分布比較廣泛，不僅在繁華的地區，在人煙稀少的地區也有電網的干擾。通常，電網的交流電通過進行整流，然后濾波以及穩壓的工作為各種電子線路提供直流電源。在這個過程中，干擾信號和交流電源一塊進入電子設備的系統中，導致電子線路出現故障，影響電子線路的正常工作。

2.2地線的干擾

地線的干擾在電子設備系統干擾中占主要部分。通常在電子設備系統中各個電子線路使用同一個直流電源，在這個過程中，各個地方的電子線路的電流都會經過同一個地電阻，這時會形成電壓降，而電壓降也就是各個電子設備的噪音干擾信號，這也就是地線的干擾。

2.3信號通道的干擾

隨著我國經濟的快速發展，信號通道的干擾逐漸被人們所關注。在進行遠距離的測量工作或者通信工作中，由于距離很遠，導致電子設備的輸出以及輸出信號都比較的長，然而線間卻很近，所以信號在傳遞的過程中，容易受到信號線之間的串擾和電磁場的干擾等，導致傳遞的信號發生突變，影響電子線路的正常運行。

2.4空間電磁輻射的干擾

在一系列的干擾中，地線的干擾和電網的干擾對人們的影響比較嚴重，然后是信號通道的干擾和電磁輻射的干擾。對于空間電磁輻射的干擾，工作人員只要確保電子設備與干擾源的距離，并且采取相應的保護措施即可。

3解決電子線路中干擾線路設計法

3.1抗電網干擾的線路設計法

在電子線路中，抗電網的干擾措施可以參考圖1。在這個過程中，工作人員主要要確保交流電的穩定，避免電源出現電壓過?；蛘唠妷翰蛔愕默F象。同時選擇合理的電源濾波器，消除串模的干擾，然后選擇帶有屏蔽層的變壓器，來減少電容，避免高頻信號的干擾，并且采取雙T濾波器抑制頻率的干擾，最后使用0.01—0.1uF的電容連到直流穩壓的電路上來濾除高頻的干擾，是電子設備能夠正常的工作運營。

3.2抗地線干擾的線路設計法

在電子線路工作中，對于地線的干擾，工作人員可以采取以下措施：首先工作人員一定要使用一點接地的方法，也就是把各個線路整合到一起，從一個統一的地方進行接地處理。但是在印制電路板上由于使用此方法不太方面進行施工，因此工作人員可以采取串聯接法來避免噪音的干擾，同時在安裝的過程中可以把地線的寬度增大。其次對于強信號和弱信號的安裝，一定要分開，保持一定的距離，最后在使用一點接地的方法。同時對于模擬地和數字地也要分開進行安裝，避免交叉在一起。除此之外，工作人員一定采取合適的接地線，以便于減少接地電阻。

3.3抗信號通道干擾的線路設計法

在電子線路工作中，對于信號通道的干擾，工作人員主要采取兩種措施：一種是雙絞線傳輸，另一種是光電耦合傳輸。在雙絞線傳輸工作中，工作人員首先選擇好兩條線，一個是信號線，另一個是地線。在電子線路的工作中使用這種方法，主要是為了避免信號地線的干擾、空間電磁的干擾以及線路之間的串擾等。通常在空間電磁場中，各個絞環里面所產生的感應電動勢幾乎是相同的。當使用雙絞線傳輸時，每個線之間的感應電動勢可以抵消。所以信號在傳輸的過程中，不會遭到干擾的破壞。除此之外，由于兩條線上的信號電流方向相反，且大小相同，可以相互抵消，避免干擾的影響。對于噪音的干擾，工作人員可以采取光電耦合器進行解決。其中光敏三極管和發光二極管是它最重要的組成部分，把它們結合在一起，就能夠有效地避免噪聲的干擾。除此之外，若是電子設備的各個電路之間都設計成使用光電耦合器進行傳輸信號，那么即使進入的噪聲的信號的內阻比較高，但由于光電耦合器的作用，會使噪音信號變小，因此只能產生微電流，不能夠使二極管發光，因此也就阻止了信號地線上噪音的干擾。

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一、前言

分散控制系統綜合運用計算機技術，通信技術，和自動化控制系統等多種先進技術系統，讓這個系統的通信網絡遍布各生產基地的監控站，監測站，并以通信網絡將操作管理站和相關需要集中操作的地區連接起來，實施集中管理，統一操作。分散控制系統很早便在我國的火力發電廠得到了推廣運用，并取得了輝煌的發展成果。到目前為止，我國的大部分火力發電廠都已經采取這種控制系統，分散控制系統日漸成為整個控制中心的中樞，對保證整個電網的正常運行，保持電力的穩定安全，有著十分重要的地位和作用。雖然，分散控制系統具有很強的環境適應性，但是，在整個系統中，來自各處的線纜都會和系統相連，各種外部干擾很容易以電源或者是各種線纜為媒介侵入，加劇干擾的負面作用。在現階段的分散控制系統生產使用中，電廠分散控制系統內部使用了很多電子產品或者電子元器件，電磁干擾顯得更為嚴重。因此，要綜合考慮到多種因素，加強電廠分散控制系統抗干擾措施的研究。

二．電廠分散控制系統干擾來源分析

探究各種干擾的來源對于分散控制系統抗干擾措施研究有著十分重要的意義。從總體而言，電廠分散控制系統的干擾源主要來自內部和外部，內部干擾和外部干擾組成了影響整個系統正常工作的干擾來源。

1. 系統內部干擾

系統內部干擾主要是因為分散控制系統內部裝置的各種電子設施或者是電子元器件的應用而產生，主要包括過渡干擾和固定干擾，當電路在動態工作時候，引發的干擾便是過渡干擾，當接觸面上的電導率具有很大差異或者不一致時候，會產生接觸干擾，此種干擾類型稱為固定干擾。

2.系統外部干擾

系統外部的干擾主要是設備在使用過程中受到外部環境和使用條件的影響而產生的干擾因素，這種干擾和分散控制系統的各種元件沒有直接聯系。系統外部干擾主要有以下幾種。

（一）從電源線傳導來的電磁干擾

在電廠中，分散控制系統在 用電母線處安裝有各種動力設備，風機，凝結水泵等。由于這些設備的功率很大，運轉時候會產生交變磁場，產生電磁干擾，開關設備時候，會讓電壓波動，產生低頻干擾。

（二）從信號線、控制線傳導來的干擾

電廠的分散控制系統有著各種接線，這些接線也是各種外部干擾進入的路線來源。一是通過現場變送器供電電源或共用儀表的供電電源串入的干擾；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾。當發生信號干擾時候，會大大降低測量的精度，甚至損壞各種元器件，或造成邏輯數據的變化和系統設備的誤動或是死機。

（三）接地系統混亂時引起的干擾

接地系統在產生電磁干擾，抑制電磁干擾方面都有著十分重要的作用。一方面，不合理的接地，會產生嚴重的干擾信號，讓電廠的分散控制系統難以正常運轉。正確的接地可以防止電磁干擾，同時也可以減少設備向外發出干擾信號的頻率。因此，分散控制系統的接地是一把雙刃劍。在干擾來源中，如果接地系統混亂，比如每個接地點的電位分布不平衡，各個接地點電位分布不均，機械設備間接地電位差距很大，地環路電流情況嚴重，系統干擾嚴重，使得整個電廠的分散控制系統難以正常運轉。

三．電廠分散控制系統抗干擾措施探究

電廠分散控制系統在整個電廠運作中處于核心地位，要保障其正常工作，必須做好內部外部的抗干擾措施。從多年實踐經驗總結得出，要堅持從抗干擾措施開始，本著控制干擾源，切斷或弱化電磁干擾的路徑，優化系統裝置，提高系統自身抗干擾能力等三方面的原則，科學是設計，使用高質量的設備和元器件，規范安裝，并做好各種維護措施，保證整個電廠分散控制系統的穩定性和兼容性，保證整個系統的正常運行。將從以下幾個方面做出探究。

1.科學合理選擇系統設備

（一）電廠分散控制系統的設備選擇在抗干擾中有著十分重要的作用。選擇抗干擾性能較好的設備產品，保證含電磁兼容性。比如采用浮地技術加強抗外部干擾的能力，使用隔離性能較好的電廠分散控制系統，要選擇耐壓能力較強的系統設備，使得電廠分散控制系統可以再電場強度高，頻場較高的環境中正常工作。

（二）做好電纜的選擇

電廠的電纜選擇是電廠分散控制系統抗干擾措施的重要環節。要保證強、弱信號不應使用同一根電纜，信號電纜應盡可能避開電力電纜，避免與電力電纜平行布設。在傳輸距離較小時，可以選用單根導線或一般控制電纜傳輸，在傳輸距離較大時，宜選用總屏控制電纜或對絞|總屏計算機電纜；模擬量信號在現場傳輸中應選用屏蔽電纜，對于信號精度要求較高的場合，可選用對絞分屏計算機電纜或對絞總屏計算機電纜。

2．做好隔離措施

（一）電廠分散控制系統設備的隔離

在電廠分散控制系統抗干擾措施中，要本著電氣設備電纜用量最短原則，要將電廠分散控制系統的硬件設備安裝在主廠房之間，設備間內部要采用防靜電活動地板，要使用鋼筋作為接地引線，做好接地工作，要把強電設備或者電路設計安裝在遠離硬件設備安裝間，以便隔離電磁干擾。

（二）電廠分散控制系統電源的隔離

為保證分散控制系統的可靠運行，要使用交流電穩壓器對分散控制系統的電源進行穩壓。由于未屏蔽的電源變壓器之間耦合電容大，共模干擾很強，因此，要在電源變壓器的初次級之間設置屏蔽層，來減少變壓器初次級之間的干擾，隔離變壓器可以切斷變壓器兩端的低頻共模電流。但有時隔離變壓器初次級之間的寄生電容仍能夠為頻率較高的共模電流提供通路，因此隔離變壓器的屏蔽層必須良好接地。

3．科學合理的接地

在電廠的分散控制系統中，合理科學的接地是整個系統網絡暢通的保證，是整個系統穩定運轉的基礎。混亂的接地會產生強大的干擾，嚴重影響到設備的工作。因此，在進行分散控制系統抗干擾措施時候，必須綜合多種因素，科學合理的做好接地措施。

(一)采用統一的接地網

系統中的交流工作地、直流工作地、屏蔽地、安全保護地之間應保持嚴格的絕緣，在總匯集板匯合后再用一根接地電纜接到接地網上。所有接地點應與接地網牢固連接，且應盡量減少接地點與接地網的距離，但要滿足接地電阻的要求。

(二)信號線采用屏蔽電纜，并且合理接地

信號線的屏蔽層接地必須保證單點接地，避免多點接地。信號源接地時，屏蔽層應在信號源側接地；信號源不接地時，屏蔽層應在系統側接地，這時就應將屏蔽層接地點改在信號源側接地。如果信號源端系統側都要求接地，則對信號必須采用變壓器隔離或光電隔離等措施，并且屏蔽層應在信號源側接地。信號電纜中間有接頭時，在接頭處的屏蔽層要妥善連接，并將屏蔽層的部分用絕緣帶包好。

四．結束語

電廠的分散控制系統的抗干擾是一項比較復雜的工程，在設計施工過程中，要針對具體的干擾來源，采取合理有效的措施，對整個系統抗干擾要采用內外干擾相結合的考慮方法，從設備抗干擾性能，線路的敷設，接地等各個方面做出抗干擾措施，保證整個電廠分散控制系統的穩定和安全。

參考文獻：

[1] 向立清 對電廠分散控制系統抗干擾措施的探討 [期刊論文] 《中國科技財富》 -2009年6期

[2] 郭護林 白艷麗 火電廠分散控制系統的抗干擾措施 [期刊論文] 《西北電力技術》 -2005年3期

[3] 張新聞 分散控制系統的噪聲抑制技術 [期刊論文] 《電力建設》 -2001年9期

[4] 周倩 魯學農 張文景 火電廠DCS系統信號抗干擾研究及實例 [期刊論文] 《中國電力》 ISTIC PKU -2012年4期

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現代社會是信息化的社會，人們的主要交流和溝通都是通過對信息的傳遞、處理而進行的。傳感器就是人們從自然界獲取各種相應外界信息的方式，能夠將相應的需要采集的信息轉換成為控制芯片能夠識別的電流或者電壓等信號，在現代的控制測量系統中具有不可缺少的作用。

本論文主要介紹的是電渦流式位移傳感器。電渦流式位移傳感器屬于電感式位移傳感器的一種，是基于電渦流效應而工作的傳感器，具有很多優點：高分辨率、高可靠性、較寬的頻率響應以及較高的靈敏度等等。

該傳感器還具有很強的抗干擾能力，相比而言，傳統的傳感器具有非線性誤差，要求工作環境恒定或者價格較高[1]。

2.電渦流式微位移傳感器

2.1 傳感器發展歷程

國外在工業化的過程中，逐漸將傳感器廣泛應用在各個生產領域，在航天和軍事領域也有十分領先的傳感器應用。之后伴隨各個國家的機械、自動化、計算機等信息產業如日中天，歐美國家以及亞洲的日本都對世界的傳感器具有相當重要的影響。

我國主要是在1960年開始對傳感器進行開發工作。國家組織大批科研人員對其進行研究和開發，并實施了“八五”、“九五”等國家計劃，使得其取得了十分矚目的應用成就。然而我們也應該清醒地意識到，我國在傳感器的基礎制造工藝等方面還不能和發達國家相提并論，許多核心技術以及芯片都要進口。與此同時，我們的傳感器在國際上沒有太大競爭力，產品研發和更新速度很低，缺少實用創新性[2]。

2.2 傳統傳感器缺點

以往的傳感器和電渦流位移傳感器比起來，具有以下幾個方面的嚴重不足：

（1）輸入一輸出特性存在非線性且隨時間而漂移；

（2）環境會干擾參數，使得測量結果發生漂移；

（3）因結構尺寸大，而時間響應特別差；

（4）易受噪聲干擾、信噪比低；

（5）靈敏度或者分辨率不夠理想。

2.3 電渦流式微位移傳感器

本論文所要介紹的電渦流位移傳感器，其工作原理是利用了渦流效應。該類型的傳感器，通過渦流效應使相應的位移的變化，轉換成線圈的阻抗值變化；之后利用特定的電路將線圈阻抗值變化轉換成為電壓的變化，再進行檢測和輸出，根據相應的公式或者經驗，能夠還原成位移信息。這種傳感器具有很多優點，比如具有很高的靈敏度、簡單的結構以及及時的動態響應。該傳感器廣泛應用在測量振動和位移等信息量上。大體上輸出的電壓信號與位移的變化量是線性的關系，公式是ΔS=K?ΔV。其中K是系統的比例常數，在不同的傳感器中根據系統結構的不同是不一樣的。

2.4 電渦流式位移傳感器測量原理

公式能夠精確描述該原理。我們根據公式可以得知，在其他條件不變的情況下，Z（線圈的阻抗）與S一一對應。電渦流傳感器測量位移的原理就是基于此公式，在特定的信號激勵過程中，傳感器會依據位移變化而產生電壓的變化。

3.測量系統的硬件設計

3.1 主控芯片

本論文設計的電渦流微位移傳感器使用的主控芯片是AT89S52單片機。MSC-51單片機是八位的非常實用的單片機。本論文所使用的AT89S52單片機就是基于這款單片機的。MSC-51單片機的基本架構被ATMEL公司購買，繼而在其基本內核的基礎上加入了許多新的功能，同時擴展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內核的單片機具有很多優點，因此無論是在工業上還是在一些電子產品上應用都很多。全球也有許多大公司對其進行擴展，加入新的功能。即使是在今天，51單片機仍然在控制系統中占據很大市場[4]。

下面對本論文所使用的單片機作簡要介紹。AT89S52單片機具有最大能夠支持的64K外部存儲擴展，同時還具有8K字節的Flash空間。該單片機具有4組I/O口，分別是從P0到P3，同時每組端口具有8個引腳。每個引腳除了能夠作為普通的輸入和輸出端口外，還具有其它功能，也就是我們通常所說的引腳復用。其還具有斷電保護、看門口、計時器和定時器。51單片機一般的工作電壓是5V。

3.2 顯示模塊

本論文設計的LCD1602電路，該液晶模塊能夠顯示2行*16列的字符，相對于數碼管而言，顯示更加靈活多變。該液晶模塊用來顯示其測量處理后的數據。

4.測量系統的軟件設計

本論文的主程序循環采集電量的變化，并實時顯示在液晶模塊上。系統軟件是指完成系統設計功能的軟件。為了提高系統的實時性、可靠性，在編寫系統應用軟件時，主要考慮以下兩方面：

（1）提高系統抗干擾性能。在工業現場不可避免的有各種抗干擾因素。因此本系統除了在硬件上硬件復位和加電容濾波外。在軟件上，采用了指令冗余技術、延時消抖技術以及對位移大小采樣值進行中值濾波的數字濾波方法，進一步提高系統的抗干擾能力。

（2）采用模塊化編程。將系統的應用程序分為若干個功能模塊，這些模塊可以任意更改而不影響程序的其余部分，將各個功能模塊程序調通后，再把各個功能模塊結合起進行聯調，這大大減少了調試時間，提高了程序的通用性，方便程序的修改和檢查。

5.總結

電渦流位移傳感器是一種基于電渦流效應的傳感器，能夠將位移的變化轉換成電量的變化。本論文主要介紹了傳統傳感器的發展歷程，進而介紹了電渦流式微位移傳感器的測量原理和優勢，并基于單片機設計了測量系統。

參考文獻

[1]譚祖根，汪樂宇.電渦流檢測技術[M].北京：原子能出版社，1986.

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繼電保護技術主要是針對電力系統故障和危及安全運行的異常工況,以探討其對策的反事故自動化措施。當電力系統發生故障或異常工況時,在可能實現的最短時間和最小區域內,自動將故障設備從系統中切除,或發出信號由值班人員消除異常工況根源,以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區供電的影響,其重要性可見一斑。

微機繼電保護指的是以數字式計算機(包括微型機)為基礎而構成的繼電保護。微機保護裝置硬件包括微處理器(單片機)為核心,配以輸入、輸出通道,人機接口和通訊接口等。該系統廣泛應用于電力、石化、礦山冶煉、鐵路以及民用建筑等。

本文根據筆者多年實際工程經驗分析一下電力系統微機繼電保護技術的技術特點、現狀和發展趨勢。

1.主要技術特點

研究和實踐證明,與傳統的繼電保護相比較,微機保護有許多優點,其主要特點如下[1]:

(1)改善和提高繼電保護的動作特征和性能,動作正確率高。主要表現在能得到常規保護不易獲得的特性;其很強的記憶力能更好地實現故障分量保護。

(2)可以方便地擴充其他輔助功能。如故障錄波、波形分析等,可以方便地附加低頻減載、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能。

(3)由軟件實現的動作特性和保護邏輯功能不受溫度變化、電源波動、使用年限的影響。

(4)簡潔可靠地獲取信息,通過串行口同PC通信就地或遠方控制。

(5)采用標準的通信協議(開放的通信體系),使裝置能夠同上位機系統通信。

2.常見故障分析

(1)硬件故障

主要有:按鍵失靈、顯示屏顯示不正常、插件損壞等等。

可能的原因有:運行時間太久使得按鍵機械部分接觸不良導致按鍵失靈,或者是設備內部連接線損壞導致按鍵失靈;顯示屏液晶面板受潮或受到損壞,顯示芯片損壞;插件問題可能是插件電路電容長時間運行損壞,電源芯片損壞等原因造成。

(2)軟件故障[1]

某變電所主變壓器采用的是WBZ-1201D,保護運行時,所有報告均由人機對話模件收集顯示或打印機輸出。在運行過程中,出現過這種情況而無法解決:保護屏上顯示“有報告”,但人機對話模件上未顯示“報告”內容,且打印機亦未工作。

(3)安裝問題[2]

安裝保護設備時要注意防高壓。安裝時要找廠家協商,在保護裝置入口或適當的地方安裝防高壓裝置,防止高壓電竄入低壓回路,燒毀插件板。鶴礦熱電廠就曾燒壞過三個插件板。

在二次回路接線時要將電流互感器的二次接線和微機保護內的二次接線一并考慮,否則可能出現電流互感器二次開路現象。有時廠家來的高壓開關柜電流互感器的內部接線已經完成,但個別出現反極性的情況,進而出現保護誤動,所以在調試時開關柜內部接線也應檢查。

3.抗干擾

繼電保護的抗干擾是指繼電保護裝置在投入實際運行時,既不受周圍電磁環境的影響,又不影響周圍環境,并能按設計要求正常工作的能力。

按干擾的形態可分為共模干擾、差模干擾兩種。共模干擾發生于保護裝置電路中某點各導線對與接地或外殼之間的干擾;差模干擾是發生在電路各導線之間的干擾,是與信號傳遞途徑相同的一種干擾。保護裝置接收這種干擾的能力和接收信號的能力完全相同。

按干擾的危害性可分兩種,一是引起保護裝置不正確動作的干擾,低頻差模常屬于這一類。二是引起設備損壞的干擾。由于高壓網絡的操作或雷電引起的高頻振蕩,最容易造成保護裝置元件和二次回路的損壞。這種干擾常屬于共模干擾。

減少各種干擾對繼電保護或其它二次設備影響,可以考慮采取以下措施。

(1)硬件抗干擾

屏蔽和隔離相結合。電磁屏蔽是通過切斷電磁能量從空間傳播的路徑來消除電磁干擾的。保護柜用鐵質材料做成,以實現對電場和磁場的屏蔽,在電場很強的場合,可以考慮在鐵殼內加裝銅網襯里或用鋁板做屏蔽體。隔離既可使測控裝置與現場保持信號聯系,又不直接發生電的聯系。

(2)軟件抗干擾

接入RC濾波器。對于微機保護,在印制板布線設計時應使強、弱信號電路之間有一定的距離,避免平行,在每芯片的電源與零序之間應加抗干擾電容,在交流和直流入口處應接入RC濾波器等。

對外部二次回路的設計采取必要的抗干擾措施。如降低干擾源和干擾對象之間的耦合電容和電感;降低屏蔽層的阻抗值;降低二次回路附近的電氣值等等。

此外,保護裝置的模擬輸入量之間存在著某些可以利用的規律。如果由于干擾導致輸入采樣值出錯,可以取消不能通過檢查的采樣值,等干擾脈沖過去,數據恢復正常后再恢復工作。

4.微機保護的發展

微機保護裝置在國內應用已有近二十年歷史了,微機保護產品的發展也經歷了幾代,可以說,無論是國際品牌或國內知名廠家,其保護產品從原理到生產技術都已經非常成熟了。但是這些微機繼保裝置還是或多或少的存在一些缺陷,時代的發展,技術的進步,對微機保護也提出了更高的要求。

(1)更趨自動化、智能化

隨著我國智能電網概念的提出和相關技術標準的制定,智能電網相應配套的關鍵技術和系統也需要加快研發速度。

對于繼電保護技術來講,一方面,可以深入挖掘智能技術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃模糊邏輯等在微機保護方面的應用前景,將技術轉化為生產力,以解決常規技術難以解決的實際問題。

(2)提高微機保護的設備管理和事件記錄功能

現在的微機保護,除了應完成保護、測控、通信一體化功能外,還應能提供被保護設備的日常管理和事件記錄。這些設備管理包括斷路器的分閘、合閘次數,累計故障次數、斷路器動作時間監視、斷路器開斷電流水平,斷路器觸頭壽命、設備累計停電時間、設備累計運行時間、設備檢修記錄、分區段平均負荷電流、日最大負荷電流、日平均負荷電流、累計電度等。對變壓器保護測控裝置,如果有油溫、壓力等模擬量接入,還可進一步監視變壓器的其它運行工況。

5.結語

隨著我國智能化電網建設的一步步深入,變電站綜合自動化技術的提高,數字式微機測控保護裝置逐漸取代了傳統模式,同時由傳統的保護、測控單一實現方式向整合型轉化即在同一平臺上實現微機保護、測量監控及設備的管理和傳動。

可以預見,未來的微機保護系統將會使更加人性化、自動化、智能化,將會為確保我國電力系統的安全穩定運行,確保國民經濟的快速持續增長發揮更大的作用。

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1系統組成及工作原理

綜合實驗系統主要由以下幾部分組成：89C51單片機及其仿真系統，溫度、壓力等模擬量傳感器及其接口電路，A／D轉換模塊，數據存儲模塊，按鍵控制模塊，日歷時鐘模塊，看門狗電路模塊，FP—GA模塊，液晶顯示模塊，通信模塊及上位計算機，其組成框圖如圖1所示．系統采用89C51單片機作為主控芯片，A／D轉換模塊將多路模擬信號轉換為數字信號；外部數據存儲模塊為該系統采集的數據提供存儲空間；按鍵控制模塊向CPU傳回鍵值，用來設置和調節系統參數；日歷時鐘芯片不僅可以給系統提供準確的時間，而且為系統提供掉電保護功能；看門狗電路模塊為系統提供了精確復位和低電壓監控功能，一旦系統出現故障或程序跑飛，它就可以在超時周期之后使CPU復位，提高系統的整體可靠性和抗干擾能力．FPGA模塊是現場可編程邏輯門陣列，通過編程可將它作為多種數字邏輯器件使用；LCD液晶顯示模塊可以同時顯示多行字符及自造圖形，主要用來顯示采集到的數據、系統時間等；兼容RS485和RS232兩種協議的全雙工串行通信接口，可以與上位計算機進行遠(約1200m)近(約15m)距離的數據通信[1]；上位計算機將接收的數據進行存儲、顯示、繪制模擬曲線、打印曲線和數據文件，按照用戶的具體要求作進一步的數據分析和處理，同時發送控制參數，對被測對象的溫度、壓力等進行控制和調節．

2系統硬件設計

2．1單片機仿真系統

單片機仿真系統可以模擬CPU在仿真機上運行用戶程序(程序和數據存儲器借用仿真機的)，也可以連接外部電路來實現動態監測與控制功能．仿真機一般都具有單片機的基本功能部件，如CPU、RAM、用戶程序存儲區、鍵盤等；具有單步、設置斷點(以便隨時觀察內部各RAM、特殊功能寄存器的數據變化)、連續運行用戶程序的功能[2]．

監控程序放置在仿真機內，要仿真的CPU器件位于仿真機外仿真線的端頭，畢業論文更換不同的仿真頭和CPU，該機可以仿真8031、89C2051、89C51等類型的單片機，該機的調試軟件可以直接編輯匯編源程序．通過仿真機進行編程和調試減少了對芯片的頻繁寫人、擦除和修改操作，只有當程序調試順利通過才將程序寫入芯片，編程方便且節省時間．

2．2傳感器的選擇及信號變送電路的設計

傳感器作為系統的感知器件，直接影響著系統的精度和穩定性．本實驗系統中，溫度傳感器選用精度高，線性度好，使用方便的LM335傳感器；壓力傳感器選用標準應變式壓力傳感器，它具有精度高、響應速度快、分辨率高等特點．傳感器接El電路的設計采用了模塊化設計方法，設計了溫度、壓力等專門接口電路，直接與上述各種傳感器相連．由于從傳感器輸出的模擬電信號非常微弱，需對這些模擬信號進行放大，同時為了確保信號不失真，選用了線性度好、抗干擾能力強的高精度運放OP07，其特點是輸入失調電壓較高、溫漂較小、開環電壓增益較高、共模抑制比較大，它輸出的模擬信號經10位A／D轉換器TLC1543轉換成數字信號后，送人89C51進行處理．

2．3通信模塊的設計

計算機(PC)串行通信端口是RS232負邏輯電平，該實驗系統上既有RS232接El，又有RS485接口，可以通過RS232總線進行點對點通信，也可以通過RS485總線進行多機通信_3]，RS485總線上最多可掛接32個綜合實驗系統，總體布局如圖2所示．所以實現計算機和該實驗系統之間的近距離通信，通過RS232接口即可；若要實現計算機和該實驗系統之間的遠距離通信，則必須將RS232電平轉換為RS485電平后，才可將實驗系統掛接在RS485總線上．RS232-RS485電平轉換原理如圖3所示，通過MAX485的差動輸入(A、B)與RS485總線相連進行信號的收／發，由于RS485總線上只能進行半雙工通信，所以MAX232和MAX485之間除了接收和發送線外，還有一個信號線來控制MAX485的接收使能(RE)和發送使能(DE)，在PC與RS232相連的這一側，通過PC的請求發送(RTS)來控制．

2．4串行總線I*2C

I*2C總線是PHILIPS公司開發的一種簡單、雙向二線制串行總線[4]．它只需兩根線(串行時鐘線SCL和串行數據線SDA)就能完成掛接在總線上的若干個IC器件與微處理器之問的數據交換．該實驗系統采用具有IC總線接口的看門狗芯片CATll61和可編程實時時鐘芯片PCF8563，由于單片機89C51自身沒有IC總線接口，所以采用軟件合成IC總線與它們相接．

IC串行總線與并行總線的最大區別在于：并行總線有地址總線，CPU通過地址總線訪問從器件；而IC總線利用數據傳送中的前幾個字節傳送地址信息，所以占用CPU的口線大大減少[5]．隨著智能化測控儀器日趨小型化和集成化，IC串行總線正在逐步取代傳統的并行總線．．5抗干擾設計

工業監控現場工作環境一般較差，干擾較嚴重，為了保證系統可靠工作，必須解決抗干擾問題．針對工業監控現場可能產生的干擾、干擾來源、傳播途徑等，采用了軟硬件方法對系統進行抗干擾設計．硬件抗干擾設計主要包括：對電源噪聲進行濾波、大功率驅動電路接口進行光電隔離、集成電路芯片的VCC與地之間并連電容、優化電路板的布線、看門狗監控等；軟件抗干擾設計主要包括：軟件陷阱、軟件自恢復、數字濾波、求平均值等．

對于數據輸入通道的干擾，采用軟硬件結合的方法進行濾波．當存在隨機干擾而使被測信號中混入了無用成分時，碩士論文首先經過一個時間連續的RC濾波電路，再經A／D變換成二進制數字量后，進行數字濾波．因為硬件濾波能很好地抑制高頻干擾，而對低頻干擾的濾波效果卻較差；而軟件數字濾波算法對低頻干擾具有較好的抑制能力．

在控制強電設備的開關量輸出通道中，為防止現場強電磁干擾或工頻電壓通過輸出通道反串到監控系統，采用了光電隔離技術．因為光信號的傳輸不受電場、磁場的干擾，可有效地防止干擾信號因耦合而進入系統，達到電氣隔離的效果．

3系統軟件設計

系統軟件包括單片機軟件和PC機軟件．單片機軟件采用模塊化結構，利用MCS一51匯編語言編寫．根據要實現的功能，該軟件由主程序以及數據采集、A／D轉換、數據通信、日歷時鐘編程、鍵盤中斷調控、液晶顯示、D／A轉換、數碼管顯示等程序模塊組成．下面以加熱爐的爐溫控制為例，給出系統程序流程圖如圖4所示．

PC機軟件的主要功能是對單片機系統采集的數據進行存儲、處理、動態模擬顯示、報表繪制、打印輸出等．PC機軟件采用VisualBasic6．0編寫，醫學論文PC機與單片機之間的實時通信程序主要是通過計算機的串行通訊口進行數據的實時采集和雙向通信，此外，PC機程序還將單片機采集過來的數據按照用戶的具體要求進行動態顯示、數據統計、生成報表和數據文件等，并對不同情況下得到的數據進行對比分析，總結出變化規律．

4實驗結果與分析

為了測試該系統的實時性，將5臺綜合實驗系統與工業計算機組成分布式多機通信系統，單片機串口工作方式1(傳送一幀信息10位)，波特率2400bps，一幀數據采用5個字節(其中數據占2個字節是因為A／D轉換結果是10位)的格式，如表1所示．5臺實驗系統各采集一次數據給PC機傳送時，理論上連續發送速率為2400／(10*5*5)===9．6次／s．經過測試發現，計算機在120ms后收到了5臺綜合實驗系統發送的共250位數據，實際發送速率約為8次／s，這是因為有狀態轉換和等待時間；為了測試系統的可靠性和穩定性，將調試好的程序寫入單片機芯片，使系統連續運行，120h后觀察系統仍然在按設定的流程工作，沒有出現死機現象．該系統經過多次改進和實驗驗證后，據此設計了工業加熱爐爐溫控制系統并在工業現場安裝使用，結果系統能連續正常工作(工業計算機故障除外)，測量隨機誤差為±0．01℃，控制結果滿

足了實際要求．

5結論

該綜合實驗系統不僅能為以單片機為核心的系統前期探索研究提供一種方便的實驗裝置，而且能在遠離工業現場的實驗室解決工業應用中的實際問題．實驗結果表明該系統可以將許多分散的實驗項目整合在一起進行研究和分析，節約資源，降低成本；實驗數據正確率高，通信實時性強，系統工作可靠；單片機串行網絡構成的分布式通訊系統靈活性強，易于擴充，其基本原理適用于工業現場的分布式數據采集、檢測及控制系統，具有很大的實用價值．

參考文獻：

[1]李朝青．PC機及單片機數據通信技術[M]．北京：北京航空航天大學出版，2001．

LIChao-qing．DataCommunicationTechnologyofPCandSCM[M]．Beijing：BeijingUniversityofAero—nauticsandSpaceflightPress，2001．(inChinese)

[2]楊文龍．單片機原理及應用[M]．西安：西安電子科技大學出版社，1993．

YANGWen—long．PrincipleandApplicationofSCM[M]．Xi’an：Xi’anUniversityofElectronicsTechnol-ogyPress，1993．(inChinese)

篇6

1 引言

壓力傳感器在電子產品中的應用比較廣泛，其信號調理電路通過對信號的調節變換，使信號達到后續電路的接收要求。電路的誤差控制、抗干擾技術對電路的設計至關重要，電路的穩定性直接關系到單片機數據采集系統的準確性和產品的實用性。

本論文的信號調理電路主要用于電子稱等衡器的前端信號處理，量程0―5Kg，其最大允許誤差±1.5e（分度值e=2g）。本論文從誤差分析，力傳感器的選定和放大電路的設計三個方面闡述該電路設計思路。

2硬件設計中誤差解決方法

降低電路元器件產生的噪聲、設置穩壓電流源作傳感器專用電源，可保證傳感器輸出信號精度高，紋波小，穩定可靠，選擇合適的傳感器。

由于組成電路的元件內部會產生一些噪聲，并且實驗中發現，噪聲的功率與輸入的電壓有直接的關系，而且會對實驗的參數產生較大的影響。在試驗中對電阻等噪聲較大的原件通過元件的噪聲參數建立模型來進行系統分析。綜合考慮成本及噪聲性能，選擇噪聲較小的NE5532放大器電路，其相對噪聲比優于同等價格的其他運算放大器。

傳感器采用了N430-5kg應變式壓力傳感器，量程0～5kg，靈敏度為1.0mV/N，體積小，易攜帶；額定輸出1.0±0.15mV/V，能夠滿足實驗精度要求；并能夠使產品具有便攜性，力傳感器后接電橋的以減少溫漂，即電橋壓力傳感器的電橋電阻設為R1=R2=R3=R4=100Ω，差動工作，應變片使得電橋保持了平衡，使得電橋的輸出電壓與電阻變化有關，保持了一個即R1=R-R，R2=R+R，R3=R-R，R4=R+R，則電橋輸出為

3放大電路的分析與設計

整體電路設計如圖3-1所示，包含兩級放大電路，通過反饋設計提高了輸出的準確性。第一級放大電路采用雙運算放大器，此放大器小信號帶寬10MHZ，功率帶寬140KHZ，轉換速率9V/us，符合一般控制電路的設計要求。第二級放大電路采用二階低通濾波運算放大電路。

通過使用Multisim 12.0仿真軟件中的函數發生器模擬在f0=10Hz下的濾波波形，其通帶最大衰減為4.165518dB，阻帶最大衰減為14.403186dB，其中R9和R11=R10//R12，由R12來確定放大倍數，算得Q=0.5，滿足實驗設計要求。

由于在 Multisim12.0仿真軟件中，沒有直接的電荷源信號，考慮到電阻應變式傳感器輸出為電壓信號，改變傳感器的應變重量，在形式上是以電壓的形式輸出的。在電路分析時可以把傳感器看作一個電壓源，其輸出電壓在其電電路中將信號傳遞給放大電路。所以在模擬仿真中，采用了TL431ACD 保證模擬信號輸入端的穩定性。

4 軟件設計中的誤差補償

采用延遲法進行誤差補償，在系統中， 存在控制開關的抖動干擾。抑制這種噪聲方法就是通過延時， 讓接通或斷開信號穩定后系統再工作， 就可以避免抖動干擾。

5 結語

本設計的放大電路的帶寬在890mHZ～123HZ，測得輸入為2.756mv時，輸出為217.177mv，放大倍數約100倍。整體上對各種誤差來源給以充分的估計，并針對不同的情況采取不同的技術措施，以提高系統的抗干擾能力，保證了系統的準確、可靠。

參考文獻

[1]莊嚴.《電子秤與智能儀器的設計》.儀表技術，2002.2.

[2]劉同娟，馬向國.《Multisim在電力電子電路仿真中的應-用》.電力電子，2006.2.

篇7

一、PLC具有以下顯著特點

1.極高的可靠性

由于工業生產的環境條件遠比通用計算機所處的環境差，因此要求PLC具有很強的抗干擾能力，并且應能在比較惡劣的運行環境中(如高溫、過電壓、強電磁干擾和高濕度等)長期可靠地運行。

2.使用方便

（1）操作方便：對PLC的操作包括程序輸入的操作和程序更改的操作。大多數PLC采用編程器進行程序輸入和更改的操作。更改程序的操作也可直接根據所需的地址編號繼電器編號或接點號進行搜索或順序尋找，然后進行更改。

（2）編程方便：PLC有梯形圖、布爾助記符、功能表圖多種程序控制設計語言可供使用。

（3）維修方便：當系統發生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據有關故障信號燈的指示和故障代碼的顯示，或通過編程器和CRT屏幕的顯示，很快地找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復節省了時間。

3.靈活性高

PLC的靈活性表現在下列三方面。

（1）編程的靈活性：PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖等，只要掌握其中一種語言就可進行編程。

（2）擴展的靈活性：PLC根據應用的規模的不斷擴展，它不僅可以通過增加輸入、輸出卡件增加點數，通過擴展單元來擴大容量和功能，也可通過多臺PLC的通信來擴大容量和功能。

（3）操作的靈活性：操作的靈活性指設計的工作量大大減少，編程的工作量和安裝施工的工作量大大減少，操作十分靈活方便，監視和控制變得容易。

4.機電一體化

PLC是專門為工業過程控制而設計的控制設備，它的體積大大減小，功能不斷完善，抗干擾性能增強，機械和電氣部件被有機地結合在一個設備內，把儀表電子和計算機的功能綜合在一起。

二、PLC應用中需要注意的問題

PLC是一種用于工業生產自動化控制的設備，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工業環境中使用。然而，盡管有如上所述的可靠性較高，抗干擾能力較強，但當生產環境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行。要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC生產廠家提高設備的抗干擾能力；另一方面，要求設計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統的抗干擾性能。因此在使用中應注意以下問題：

1.工作環境

（1）溫度

PLC要求環境溫度在0~55oC，安裝時不能放在發熱量大的元件下面，四周通風散熱的空間應足夠大。

（2）濕度

為了保證PLC的絕緣性能，空氣的相對濕度應小于85%（無凝露）。

（3）震動

應使PLC遠離強烈的震動源，防止振動頻率為10~55Hz的頻繁或連續振動。當使用環境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。

（4）空氣

避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環境，可將PLC安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。

（5）電源

PLC對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴重的環境中，可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端，當輸入端使用外接直流電源時，應選用直流穩壓電源。

2.控制系統中干擾及其來源

（1）干擾源及一般分類

影響PLC控制系統的干擾源，大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位，其原因是電流改變產生磁場，對設備產生電磁輻射；磁場改變產生電流，電磁高速產生電磁波。通常電磁干擾按干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號對地的電位差，共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞，這種共模干擾可為直流，亦可為交流。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。

（2）PLC系統中干擾的主要來源及途徑

強電干擾

PLC系統的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓。

柜內干擾

控制柜內的高壓電器，大的電感性負載，混亂的布線都容易對PLC造成一定程度的干擾。

來自信號線引入的干擾

與PLC控制系統連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。

來自接地系統混亂時的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統將無法正常工作。

來自PLC系統內部的干擾

主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。

三、結束語

PLC控制系統中的干擾是一個十分復雜的問題，因此在抗干擾設計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，才能夠使PLC控制系統正常工作。隨著PLC應用領域的不斷拓寬，如何高效可靠的使用PLC也成為其發展的重要因素。21世紀，PLC會有更大的發展，產品的品種會更豐富、規格更齊全，PLC作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業控制領域發揮越來越大的作用。

參考文獻

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一、電磁干擾產生的原因及特點

（一）傳導瞬變和高頻干擾

1．由于雷擊、斷路器操作和短路故障等引起的浪涌和高頻瞬變電壓或電流通過變（配）電所二次側進入遠動終端設備，對設備正常運行產生干擾，嚴重還可損壞電路。2．由電磁繼電器的通斷引起的瞬變干擾，電壓幅值高，時間短、重復率高，相當于一連串脈沖群。3．鐵路電力供電中，特別是現代高速鐵路對電力要求都比較高，一般都是幾路電源供電，母線投切轉換比較頻繁，振蕩波出現的次數較多。

（二）場的干擾

1．正常情況下的穩態磁場和短路事故時的暫態磁場兩種，特別是短路事故時的磁場對顯示器等影響比較大。2．由于斷路器的操作或短路事故、雷擊等引起的脈沖磁場。3．變電所中的隔離開關和高壓柜手車在操作時產生的阻尼振蕩瞬變過程，也產生一定的磁場。4．無線通信、對講機等輻射電磁場對遠動終端會產生一定的干擾，鐵路中繼站通常會和通信站在一處，通信發射塔對中繼站電力遠動終端設備的干擾比較大。

（三）對通信線路的干擾

1．鐵路變電所遠動終端的數據由串口通信經雙絞線進入車站通信站，再經過轉換成光信號沿鐵通專用通信光纜送至電力遠動調度中心，遙信和遙控數據在變電所到通信站的過程走的是電信號，由于變電所高低壓進出線纜很多，遠動終端受的干擾比較大。2．中繼站一般距鐵路都比較近，列車通過時的振動對遠動終端設備有一定的干擾。

（四）繼電器本身原因

繼電器本身可能由于某種原因一次性未合到位而產生干擾的振動信號，或負荷開關、斷路器、隔離開關等二次側產生振動信號。

二、干擾對電力遠動系統的影響

無論交流電源供電還是直流供電，電源與干擾源之間耦合通道都相對較多，很容易影響到遠動終端設備，包括要害的CPU；模擬量輸入受干擾，可能會造成采樣數據的錯誤，影響精度和計量的準確性，還可能會引起微機保護誤動、損壞遠動終端設備和微機保護部分元器件；開關量輸入、輸出通道受干擾，可能會導致微機和遠動終端判斷錯誤，遠動調試終端數據錯誤遠動終端CPU受干擾會導致CPU工作不正常，無法正常工作，還可能會導致遠動終端程序受到破壞。

三、抗干擾設計分析

（一）屏蔽措施

1．高壓設備與遠動終端輸入、輸出采用有鎧裝（屏蔽層）的電纜，電纜鋼鎧兩端接地，這樣可以在很大程度上減小耦合感應電壓。2．在選擇變電所和中繼站電力設備時盡量選設有專門屏蔽層的互感器，也有利于防止高頻干擾進入遠動終端設備內部。3．在遠動終端設備的輸入端子上對地接一耐高壓的小電容，可以有效抑制外部高頻干擾。

（二）系統接地設計

1．一次系統接地主要是為了防雷、中性點接地、保護設備，合適的接地系統可以有效的保障設備安全運行，對于斷路器柜接地處要增加接地扁鐵和接地極的數量，設備接地處增加增加接地網絡互接線，降低接地網中瞬變電位差，提高對二次設備的電磁兼容，減少對遠動終端的干擾。2. 二次系統接地分為安全接地和工作接地，安全接地主要是為了避免工作人員因設備絕緣損壞或絕緣降低時，遭受觸電危險和保證設備安全，將設備外殼接地，接地線采用多股銅軟線，導電性好、接地牢固可靠，安全接地網可以和一次設備的接地網相連；工作接地是為了給電子設備、微機控制系統和保護裝置一個電位基準，保證其可靠運行，防止地環流干擾。轉貼于

3．由于高低壓柜本身都是多都是采用鍍鋅薄鋼板材料，本身也有屏蔽作用，將高低高柜都可靠接地。4．遠動終端微機電源地和數字地不與機殼外殼相連，這樣可以減小電源線同機殼之間的分布電容，提高抗共模干擾的能力，可明顯提高電力遠動監控系統的安全性、可靠性。

（三）采取良好的隔離措施

1．為避免遠動終端自身電源干擾采取隔離變壓器，電源高頻噪聲主要是通過變壓器初、次級寄生電容耦合，隔離變壓器初級和次級之間由屏蔽層隔離，分布電容小，可提高抗共模干擾的能力。2．電力遠動監控系統開關量的輸入主要斷路器、隔離開關、負荷開關的輔助觸點和電力調壓器分接頭位置等，開關量的輸出主要是對斷路器、負荷開關和電力調壓器分接頭的控制。3．信號電纜盡量避開電力電纜，在印刷遠動終端的電路板布線時注意避免互感。4．采用光電耦合隔離，光電耦合器的輸入阻抗很小，而干擾源內阻大，且輸入/輸出回路之間分布電容極小，絕緣電阻很大，因此回路一側的干擾很難通過光耦送到另一側去，能有效地防止干擾從過程通道進入主CPU。

（四）濾波器的設計

1．采用低通濾波去高次諧波。2．采用雙端對稱輸入來抑制共模干擾，軟件采用離散的采集方式，并選用相應的數字濾波技術。

（五）分散獨立功能塊供電，每個功能塊均設單獨的電壓過載保護，不會因某塊穩壓電源故障而使整個系統破壞，也減少了公共阻抗的相互耦合及公共電源的耦合，大大提高供電的可靠性。

（六）數據采集抗干擾設計

1．在信息量采集時，取消專門的變送器屏柜，將變送器部分封裝在RTU內，減少中間環節，這樣可以減少變送器部分輸出的弱電流電路的長度。2．遙信由于合閘一次不到位或由于二次側振動而產生的誤遙信干擾信號，并且還會產生尖脈沖信號，也可能對遙信回路產生干擾誤遙信號。

（七）過程通道抗干擾設計

（八）印刷電路板設計。在印刷電路板設計中盡量將數字電路地和模擬地電路地分開；電源輸入端跨接10～100μF的電解電容。

（九）控制狀態位的干擾設計

（十）程序運行失常的抗干擾設計

（十一）單片機軟件的抗干擾設計

篇9

（二）場的干擾

1．正常情況下的穩態磁場和短路事故時的暫態磁場兩種，特別是短路事故時的磁場對顯示器等影響比較大。2．由于斷路器的操作或短路事故、雷擊等引起的脈沖磁場。3．變電所中的隔離開關和高壓柜手車在操作時產生的阻尼振蕩瞬變過程，也產生一定的磁場。4．無線通信、對講機等輻射電磁場對遠動終端會產生一定的干擾，鐵路中繼站通常會和通信站在一處，通信發射塔對中繼站電力遠動終端設備的干擾比較大。

（三）對通信線路的干擾

1．鐵路變電所遠動終端的數據由串口通信經雙絞線進入車站通信站，再經過轉換成光信號沿鐵通專用通信光纜送至電力遠動調度中心，遙信和遙控數據在變電所到通信站的過程走的是電信號，由于變電所高低壓進出線纜很多，遠動終端受的干擾比較大。2．中繼站一般距鐵路都比較近，列車通過時的振動對遠動終端設備有一定的干擾。

（四）繼電器本身原因

繼電器本身可能由于某種原因一次性未合到位而產生干擾的振動信號，或負荷開關、斷路器、隔離開關等二次側產生振動信號。

二、干擾對電力遠動系統的影響

無論交流電源供電還是直流供電，電源與干擾源之間耦合通道都相對較多，很容易影響到遠動終端設備，包括要害的CPU；模擬量輸入受干擾，可能會造成采樣數據的錯誤，影響精度和計量的準確性，還可能會引起微機保護誤動、損壞遠動終端設備和微機保護部分元器件；開關量輸入、輸出通道受干擾，可能會導致微機和遠動終端判斷錯誤，遠動調試終端數據錯誤遠動終端CPU受干擾會導致CPU工作不正常，無法正常工作，還可能會導致遠動終端程序受到破壞。

三、抗干擾設計分析

（一）屏蔽措施

1．高壓設備與遠動終端輸入、輸出采用有鎧裝（屏蔽層）的電纜，電纜鋼鎧兩端接地，這樣可以在很大程度上減小耦合感應電壓。2．在選擇變電所和中繼站電力設備時盡量選設有專門屏蔽層的互感器，也有利于防止高頻干擾進入遠動終端設備內部。3．在遠動終端設備的輸入端子上對地接一耐高壓的小電容，可以有效抑制外部高頻干擾。

（二）系統接地設計

1．一次系統接地主要是為了防雷、中性點接地、保護設備，合適的接地系統可以有效的保障設備安全運行，對于斷路器柜接地處要增加接地扁鐵和接地極的數量，設備接地處增加增加接地網絡互接線，降低接地網中瞬變電位差，提高對二次設備的電磁兼容，減少對遠動終端的干擾。2.二次系統接地分為安全接地和工作接地，安全接地主要是為了避免工作人員因設備絕緣損壞或絕緣降低時，遭受觸電危險和保證設備安全，將設備外殼接地，接地線采用多股銅軟線，導電性好、接地牢固可靠，安全接地網可以和一次設備的接地網相連；工作接地是為了給電子設備、微機控制系統和保護裝置一個電位基準，保證其可靠運行，防止地環流干擾。

3．由于高低壓柜本身都是多都是采用鍍鋅薄鋼板材料，本身也有屏蔽作用，將高低高柜都可靠接地。4．遠動終端微機電源地和數字地不與機殼外殼相連，這樣可以減小電源線同機殼之間的分布電容，提高抗共模干擾的能力，可明顯提高電力遠動監控系統的安全性、可靠性。

（三）采取良好的隔離措施

1．為避免遠動終端自身電源干擾采取隔離變壓器，電源高頻噪聲主要是通過變壓器初、次級寄生電容耦合，隔離變壓器初級和次級之間由屏蔽層隔離，分布電容小，可提高抗共模干擾的能力。2．電力遠動監控系統開關量的輸入主要斷路器、隔離開關、負荷開關的輔助觸點和電力調壓器分接頭位置等，開關量的輸出主要是對斷路器、負荷開關和電力調壓器分接頭的控制。3．信號電纜盡量避開電力電纜，在印刷遠動終端的電路板布線時注意避免互感。4．采用光電耦合隔離，光電耦合器的輸入阻抗很小，而干擾源內阻大，且輸入/輸出回路之間分布電容極小，絕緣電阻很大，因此回路一側的干擾很難通過光耦送到另一側去，能有效地防止干擾從過程通道進入主CPU。

（四）濾波器的設計

1．采用低通濾波去高次諧波。2．采用雙端對稱輸入來抑制共模干擾，軟件采用離散的采集方式，并選用相應的數字濾波技術。

（五）分散獨立功能塊供電，每個功能塊均設單獨的電壓過載保護，不會因某塊穩壓電源故障而使整個系統破壞，也減少了公共阻抗的相互耦合及公共電源的耦合，大大提高供電的可靠性。

（六）數據采集抗干擾設計

1．在信息量采集時，取消專門的變送器屏柜，將變送器部分封裝在RTU內，減少中間環節，這樣可以減少變送器部分輸出的弱電流電路的長度。2．遙信由于合閘一次不到位或由于二次側振動而產生的誤遙信干擾信號，并且還會產生尖脈沖信號，也可能對遙信回路產生干擾誤遙信號。

（七）過程通道抗干擾設計

（八）印刷電路板設計。在印刷電路板設計中盡量將數字電路地和模擬地電路地分開；電源輸入端跨接10～100μF的電解電容。

（九）控制狀態位的干擾設計

（十）程序運行失常的抗干擾設計

（十一）單片機軟件的抗干擾設計

（十二）對于終端至通信站的數字通信電纜加穿鋼管，特別是穿越其他電力電纜時，避免和其他電力電纜等同溝敷設并保持一定的交叉距離。

（十三）對于特殊的變（配）電所或區間信號站的環境

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可編程控制器（ProgrammableLogic Controller）簡稱PLC它是將傳統的繼電器控制技術、通訊技術和微機技術相融合，專為工業控制而設計的專用控制器。由于PLC本身所具有的一系列優點，因此在工業控制領域中的普及范圍越來越廣，PLC產品的種類也越來越多，其結構型號、性能、容量、指令系統，編程方法等各不相同，適用場合也各有側重。因此，合理選擇PLC 對于提高其在控制系統中的應用有著重要作用。應用PLC首先要詳細分析被控對象、控制過程與要求，熟悉了解工藝流程后列出控制系統的所有功能和指標要求．與繼電器控制系統和工業控制計算機進行比較后加以選擇。PLC 最適合于控制對象的工業環境較差，而安全性、可靠性要求特別高，系統工藝復雜，輸入輸出以開關量為多，用常規的繼電器接觸器難以實現，工藝流程又要經常變動的對象和現場。其次要確定控制范圍，一般講，能夠反映生產過程的運行情況，能用傳感器進行直接測量的參數；用人工進行控制工作量大，操作復雜容易出錯或操作過于頻繁，人工操作不容易滿足工藝要求的往往由PLC控制。盡管PLC自身具備良好的抗干擾能力，但在實際應用中各種類型PLC大多處在惡劣電磁環境中,在實際應用中常遇到PLC因干擾而不能正常工作的情形,所以在PLC控制系統抗干擾能力仍然是設計系統不容忽視的問題。

1 PLC 的選擇

1） PLC機型的選擇

PLC機型的選擇主要是指在功能上如何滿足需要，并且充分利用系統資源。選擇機型前，首先要對被控制系統進行初步估計：有多少開關量輸入，電壓分別為多少，有多少開關量輸出，輸出功率為多少；有多少模擬量輸人和模擬量輸出；是否有特殊控制要求，如高速計數器（HC）；現場對控制器響應速度有何要求；機房與現場分開還是在一起等。

在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格最優的機型。通常的做法是：在工藝過程比較固定、環境條件較好的場合，選用整體式結構的PLC；其他情況則最好選用模塊式結構的PLC；對于開關量控制以及以開關量控制為主、帶少量模擬量控制的，一般其控制速度無須考慮，因此選用帶A/D轉換，D/A轉換，加減運算、數據傳送功能的低檔機就能滿足要求；而控制比較復雜，控制功能要求比較高的，可根據控制規模及復雜程度來選用中檔或高檔機。應該注意的是，同一個企業應盡量做到機型統一，這樣同一個機型的PLC模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理；同時，其統一的功能及編程方法也有利于技術力量的培訓、技術水平的提高和功能的開發；此外，由于其外部設備通用，資源可以共享，并集中管理。

2） 輸入/輸出端口（I/O）的選擇

PLC與工業生產過程的聯系是通過I/O接口模塊來實現的，PLC有許多I/O接口模塊，包括開關量輸入、輸出模塊、模擬量輸人模塊、模擬量輸出模塊以及其他一些特殊模塊，使用時應根據它們的特點進行選擇。

（1） 確定l/O點數。不同的控制對象所需要的陽點數不同，一些典型的傳動設備及常用的電氣元件所需PLC的I/O點數是固定的，如一個帶磁環雙作用氣缸需用2個輸入點；一個按鈕需一個輸入點；一個指示燈占用一個輸出點等。但對于同一個控制對象，由于采用的控制方法不同或編程水平不同，I/O點數也應有變化。根據控制系統的要求確定所需的I/O點數時，應再增加10％一20％的備用量，以便拓展控制功能。

（2） 開關量I/O。開關量I/O接口可以從傳感器和開關（如按鈕、行程開關等）及控制設備（如指示燈、電動機啟動器等）接收信號。典型的交流I/O信號為24～240V，直流I/O信號為5～240V。輸入電路因PLC品牌不同略有差別，但有些特性是相同的，如用于消除錯誤信號的抖動電路等。

（3）模擬量I/O。模擬量I/O接口一般用來感知傳感器產生的信號。這些接口可用于測量流量、溫度和壓力，并可用于控制電壓或電流輸出設備。其典型量程為-10～+10V、0～+11V、4～20mA或10～50mA。一些制造廠家在PLC上設計有特殊模擬接口，因而可以接收低電平信號，如RTD、熱電偶等。

3） 存儲器類型及容量選擇

PLC系統所使用的存儲器由ROM和RAM組成，存儲容量則隨機器的大小變化，最大存儲能力：一般小型機最大存儲能力低于6KB，中型機的最大存儲能力可達64KB，大型機的最大存儲能力可上兆字節。使用時可根據程序及數據的存儲需要來選用合適的機型。必要時也可專門進行存儲器的擴充設計。

4） 電源模塊選擇

在系統的實現過程中，PLC的編程問題是非常重要的。用戶應當對所選擇PLC產品的軟件功能及編程器有所了解。小型控制系統一般選用價格便宜的簡易編程器（如LOGO），如果系統較大或多臺PLC共用，可以選用功能強，編程方便的圖形編程器。如果有個人計算機，可以選用能在個人計算機上運行的編程軟件包。同時，為了防止因干擾、電池電壓下降等原因破壞RAM中的用戶程序，可以選用E2PROM模塊作為外部設備。論文參考網。

對于結構為模塊式的PLC，電源模塊和額定電流必須大干或等于主機、I/O模塊、專用模塊等總的消耗電流之和。當使用專用機架時．從主機架電源模塊到最遠一個擴展機架的線路壓降必須小于0.25V。

5） 程序設計

根據控制對象的控制任務完成前述階段后就可以進行控制系統的流程設計，畫出控制系統的流程圖，進一步說明各個控制信息之間的關系，然后具體安排I/O的配置，并對I/O進行地址編號。I/O地址編號確定后，再畫出I/O端子和現場信號接線圖，進行系統設計即可將硬件設計和程序編寫二項工作平行進行，編寫程序的過程就是軟件設計過程。用戶編寫的程序在總裝統調前需要進行模擬調試。用裝在戶LC 上的模擬開關模擬輸入信號的狀態，用輸出點的指示燈模擬被控對象，檢查程序無誤后便把PLC接到系統里，進行總裝統調，如果統調達不到指標要求則可對硬件和軟件作調整，全部調試結束后，一般將程序固化在有長久記憶功能的EPROM中長期保存。

2 PLC系統的干擾源

PLC的干擾源比較復雜，分類方法較多，常見的有按性質分或按來源分。

按性質可分為共模干擾和差模干擾兩大類。共模干擾主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(同方向) 電壓迭加所形成。共模電壓有時較大,特別是采用隔離性能差的配電器供電時,變送器輸出信號的共模電壓普遍較高,有的可高達130V以上。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓,直接影響測控信號,造成元器件損壞,這就是一些系統I/O模件損壞率較高的主要原因。這種共模干擾可為直流,亦可為交流。差模干擾主要由空間電磁場在信號間耦合感應及由不平衡電路轉換共模干擾所形成的電壓,這種干擾直接疊加在信號上,直接影響測量與控制精度。論文參考網。

按來源可分為內部干擾和外部干擾。內部干擾主要由系統內部元器件及電路間的相互電磁輻射產生,如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響,模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC 制造廠對系統內部進行電磁兼容設計的內容,比較復雜,作為應用部門無法改變,可不必過多考慮。外部干擾主要有來自空間的輻射干擾、來自電源的干擾、來自信號線引入的干擾、來自接地系統混亂時的干擾等。來自空間的輻射干擾主要是由電力網絡、電氣設備的暫態過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設備等產生的,通常稱為輻射干擾,其分布極為復雜,若PLC 系統置于射頻場內,就會受到輻射干擾。

3 抗干擾措施

1） 硬件措施

（1）屏蔽：對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導電、導磁良好的材料進行屏蔽，以防外界干擾。

（2）濾波：對供電系統及輸入線路采用多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。

（3）電源調整與保護：對CPU這個核心部件所需的＋5V 電源，采用多級濾波，并用集成電壓調整器進行調整，以適應交流電網的波動和過電壓、欠電壓的影響。

（4）隔離：在CPU與I/O電路間，采用光電隔離措施，有效隔離I/O間的電聯系，減少故障誤動作。

（5）采用模塊式結構：這種結構有助干在故障情況下短時修復。論文參考網。因為一旦查處某一模塊出現故障，就能迅速更換，使系統回復正常工作，也有助于加快查找故障原因。

2） 軟件措施

（1）故障檢測：PLC本身有很完善的自診斷功能，但在工程實踐中，PLC的I/O元件如限位開關、電磁閥、接觸器等的故障率遠遠高于PLC的本身故障率，這些元件出現故障后，PLC一般不會察覺出來，不會立即停機，這會導致多個故障相繼發生，嚴重時會造成人身設備事故，停機后查找故障也要花費大量時間。

（2）信息保護和恢復：當偶發性故障條件出現時，不破壞PLC內部的信息，一旦故障條件消失，就可以恢復正常繼續原來的工作。所以，PLC在檢測故障條件時，立即把現狀態存入存儲器，軟件配合對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲器信息被沖掉，一旦檢測到外界環境正常后，便可恢復到故障發生前的狀態，繼續原來的程序工作。

（3）提高輸入信號的可靠性：由于電磁干擾、噪聲、模擬信號誤差等因素的影響，會引起輸入信號的錯誤，引起程序判斷失誤，造成事故，例如按鈕的抖動、繼電器觸點的瞬間跳動都會引起系統誤動作，可以采用軟件延時去抖。對于模擬信號誤差的影響可采取對模擬信號連續采樣三次．采樣間隔根據A/D轉換時間和該信號的變化頻率而定，三個數據先后存放在不同的數據寄存器中，經比較后取中間值或平均值作為當前輸入值。在硬件和軟件方面采取各種措施后,大大提高。

4 結束語

目前，隨著各種技術的迅猛發展，PLC的種類日益繁多．功能也逐漸增強，在產品規模上向大小兩個發展。在實際工作中還要根據實際情況對PLC的選用做出適當調整以及根據具體情況選用適當的抗干擾措施，以便滿足期望的工業控制系統。

參考文獻

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[3 ]郭銀景,呂文紅,唐富華,楊陽. 電磁兼容原理及應用教程[M] . 北京:清華大學出版社,2004.

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當今世界，電子產品不斷更新發展，并且向智能化方向發展，日益突出單片機和FPGA等可編程器件在電子產品設計和創新中的重要性。新產品的更新換代促使用人單位對電子信息專業的學生有更高的要求：第一，要有扎實的專業基礎知識，例如學習和掌握“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“高頻電子技術”、“單片機原理”和“微機原理”等主要課程；第二，動手能力要強；第三，要能緊跟電子信息產業的迅速發展，要有較強的適應工作的能力，使用先進應用軟件的能力，例如會利用諸如Protel、MaxplusII、Multisim、Matlab等工具軟件進行電路設計和仿真調試。用人單位對畢業生的要求除了能夠掌握一定的基礎理論和工具之外，還要求畢業生具有基于單片機系統的電子產品的設計經驗。

電子設計競賽正是對人才全面培養、更新教育理念、改革教學方法和內容等起到了促進作用，具有極其重要的現實意義。電子設計競賽的選題引進了新的理論與技術，是跨學科的、系統的和綜合的。為了有效指導學生參加各類電子競賽，特對綜合電子系統設計的教學模式、課程內容、教學方法及考評進行改革。

一、綜合電子系統設計課程的性質

電子系統設計主要是指基于單片機控制的完整應用系統的設計，包括系統軟硬件設計及系統調試等多方面的知識。電子系統設計課程體系是以“單片機原理及應用”課程為核心，由“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“傳感器技術”、“電子設計自動化”、“可編程邏輯器件及應用”、“C語言程序設計”等相關課程組成。它是一門綜合性較強的專業課程，通過本課程的理論學習和動手實驗，培養學生的專業知識綜合運用能力、系統分析能力和電子產品開發創新能力。

學生經過前期基礎課的學習，通過隨課的驗證性實驗，對于電子信息領域的相關理論知識有了了解和掌握，在老師的指導下基本能夠進行單元電路的設計和調試，通過課程設計也能完成本課程簡單的綜合性實驗。但一些驗證性實驗多數是教材內容原理的演示和再現，實驗內容和方法都是老師指定，學生基本沒有進行系統級的設計和實訓，綜合實踐能力有待提高，學生沒有發揮自己的主觀能動性，積極性不高，不利于創新性人才的培養。

鑒于上述情況，對綜合電子系統設計的理論內容和實踐方法進行改革創新。

二、綜合電子系統設計理論課內容

根據本課程的實際情況和學生所具備基礎知識，安排如下幾個環節：模擬電路單元設計，數字系統單元的設計，微處理器單元電路的設計以及電子系統抗干擾技術等環節。

結合全國電子大賽，模擬單元電路主要講述運算放大器的設計以及正確使用、有源濾波器的設計方法、外圍電子元器件（電子、電容）的計算和選擇；直流穩壓電源的設計方法以及參數元器件的選擇；各種信號產生的方法，重點講述數字頻率合成DDS的原理和實現技術。以上這些單元內容的安排是結合歷年來全國電子設計大賽有關模擬電路環節而選擇的，通過這些內容的講解有利于提高學生模擬電子技術的設計方法。

數字系統設計單元主要講解數字系統設計方法，突出現代數字系統設計——EDA設計方法；可編程邏輯器件的特點及選擇；數字系統設計舉例，比如AD、DA控制器的實現、交通燈控制器的實現、電子密碼鎖的設計等。通過大量實例的講解使學生能初步掌握用大規?？删幊踢壿媽崿F中等難度的數字邏輯系統。

微處理器單元主要講述目前流行的各種處理器，例如51內核單片機、MSP430單片機、AVR單片機、PIC單片機等型號，介紹它們的特點、應用范圍、怎樣根據項目需求來選擇合適的微處理器；根據學生目前對微處理器的掌握和學習情況，重點講述基于單片機串行通信的設計，包括幾種流行的串行通信協議：SPI協議、IIC協議、UART協議以及one—wire協議，分析它們的特點，在不具有SPI總線、IIC總線的微處理器中怎樣通過IO口模擬它們的總線協議；以具有這些總線協議的集成電路芯片的利用提高學生的C語言編程能力。

在微處理器單元里，另外的重點內容多基于單片機的并行通信設計，包括常用的人機接口電路（鍵盤、LCD、LED顯示），這是在大多數的電子系統設備中都具有的，學生有必要掌握它們的設計方法以及編程技術。

電子系統抗干擾技術也是綜合電子系統設計中非常重要的內容。當系統處在比較惡劣的環境下，抗干擾設計的好與壞直接決定了系統能否正常工作。微處理器雖然本身的抗干擾能力較強，但是用微處理器構造的控制系統仍存在著抗干擾的問題。為防止外界對系統的干擾，并確保電子系統安全可靠運行，必須采取相應的抗干擾措施。電子系統的干擾主要來自于供電系統、過程通道及空間電磁波。電子應用系統的抗干擾設計應針對不同的干擾源采取必要的抗干擾措施。具體方法有硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。

在這一章節里主要講解電磁兼容設計、器件選型、降熱散熱計算、電路板和電子系統可靠性測試等綜合知識。通過對本小節的學習，使學生應達到以下目標：熟悉系統的各種干擾來源及形式；學會供電系統及過程通道的抗干擾措施；能說出在印制電路板設計中體現的抗干擾措施；學習設計軟件陷阱及看門狗電路，從而為綜合電子設計系統設計打下良好的基礎。

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三、精心設計安排實驗

這門課實踐性很強，除了教師講述的理論內容和方法外，安排大量的實驗以及鼓勵學生去參加科技創新和各種電子設計的比賽，提升學生分析問題、解決問題的能力，從而提高他們的實際動手能力。根據課程的內容合理安排一些設計性的實驗題目。安排的實驗不同于在學習相應的基礎時所做的實驗，要體現獨立思考的能力。

教師布置實驗題目、講述方法，學生以實驗項目為中心，整合理論知識，查閱相關資料，具體的實驗方案和電路要學生自己去網上或圖書館查閱資料獨立完成。在做實驗前，電路圖以及程序代碼要在課下完成，實驗室只是調試電路和程序以及老師考核實驗成績。這樣做可以更好地將理論與實踐結合到實驗項目中去，使學生在動手實踐能力和分析解決問題的能力上有一定的提升；也可以鍛煉學生學會搜集資料、整理資料，提高他們獨立自主的學習能力。同時，教師在帶領學生學習的過程中也在不斷地提升自己，積累經驗。

結合電子設計競賽，安排各章節相應的實驗項目：模擬電路單元主要是運算放大器和二階有源濾波器的設計；重點是直流穩壓電源的設計；數字系統單元設計安排了數字頻率計、交通燈控制器，重點是DDS數字頻率的合成實驗。微處理器單元安排了基于單片機SPI總線時鐘顯示器和基于單片機并行通信的LCD顯示系統。鑒于目前的實驗條件，這些實驗主要是通過仿真軟件來完成。模擬單元電路里，利用Multisim電子電路仿真軟件來完成運算放大器和有源濾波器以及直流穩壓電源的設計；在數字電路系統設計中，利用MAX+PLUS II軟件完成DDS數字頻率合成的實驗；微處理器單元，利用PROTEUS軟件完成單片機的并行和串行通信實驗。這樣在不需要任何實驗儀器和元器件的情況下，為學生提供了一個展示才華的平臺，充分發揮學生的想象力和創造力。

四、綜合電子系統設計的考核標準

目前我國教育領域使用的最普遍的考核方式仍是閉卷考試。閉卷考試對于考核學生的知識掌握情況是非常重要的，但對于綜合電子系統設計這門技術性實踐性和綜合性非常強的課程，不適合采用閉卷考試對學生能力進行考查。

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1電子通信工程中設備抗干擾接地概述

1.1接地的概述

在日常進行電子設備調配時就可以發現，改變連接地線的接點或者方式，就能很好的改善電子通信工程中設備的一些干擾項。而在電子通信設備的地線內部，并不存在電壓，沒有電流從中經過，只有在電子設備信號回流的時候，必定會經過地線這一地方，表明信號傳輸的目標的實現狀態是極具理想化的。所謂的地線，從客觀上分析為一個較低的阻抗路徑，主要針對信號電流，尤其是在信號電流回流時，必須經過的低阻抗路徑，即為地線[1]。在地線中阻抗是一個必然的現象，根據點位的不同會出現在其相對應的位置上，如果存在明顯錯誤的接地方式，就會影響電路的正常運轉。

1.2設備抗干擾接地注意事項

依照電子通信工程的具體實踐發現，在設備抗干擾接地時要多多的注意的事項，包括以下幾方面：

1）地線分為很多種類，例如：在高電平電路、驅動電機、繼電器等設備中的地線，通常被稱作噪聲地線，由于其獨特的性能，應當和其他地線區分開，單獨使用[2]。

2）為了有效的提高電子通信系統的抗干擾能力，必須要合理的連接信號源的地線，同時要安裝測量設備，才能保障抗干擾能力的測試準確無誤。

3）數字與模擬信號為不同的地線裝置，因此在進行安裝時要分開，并將其設置為最好，同時為了避免兩種不同信號的相互干擾，在二者的連接過程中，僅需要一個公共點，來確保數字地線、模擬地線的正常運轉[3]。

4）無論是模擬電路信號，還是數字電路信號，或是信號源、噪聲地線等，都具有自身的獨特特點，因此在安裝時，要先分別各自接地，再連接到公共接地體上，利于電通信工程中設備抗干擾性的提高。

2電子通信工程中抗干擾接地主要措施分析

2.1合理降低地線自身的阻抗

一般的地線阻抗是由兩部分組成，即電感與電阻，在正常情況下，低頻電路中，電阻具有十分重要的作用。在直流電的環境下，地線電阻計算公式為：RDC=ρs/A，其中ρ為導體的電阻率，s是電流通過的長度，A表示地線的橫截面積。根據公式可知，如果地線和材料相同，將地線的橫街面積A增大，就能有效的降低地線的電阻。而在交流電中，由于電阻存在趨膚效應，因此電流主要集中在導體的表面，如果減小導體的橫截面，就會提高線路的電阻。而這種狀態下，電阻的阻值則為：RAC=0.076γ ∫ 1/2RDC，其中γ是指導線的半徑，∫為導線經過的電流頻率。將該公式與直流電電阻公式合并計算，就會發現擴大導線的橫截面，電阻能夠合理有效的被較低。

電感主要主導高頻電路，受到地線自身長度的影響，當導線是圓截面的時候，電感值的計算方式為：L=0.2S[In（4.5/d）一1]，這里的d是指導線的直徑，s為導線的長度；而片狀截面時，計算方式為：L=0.2S[In（2S/W）+0.5+0.2S/W]，其中的s依然代表導線的長度，而W則是片狀導線的寬度[4]。根據兩個計算公式，可以發現，當導線橫街面積相同時，圓截面的電感值大于片狀導線的電感值，這是因為截面一定，圓截面導線大于片狀，因此電感值也較大。因此，在高頻電路工程中，電阻值的大小與片狀導線的表面積成反比，要根據具體情況，適時合理的降低電子通信工程中設備地線自身的阻抗性，為電子設備的正常運行提供可靠保障。

2.2最大程度上減少地環路及其干擾

多點接地也是一種有效的降低地線組抗性的方式，但是卻容易一些地環路的出現，同時在電路元器件和接地平面間，分布著許多電容，電流在經過電容回流時，就會形成接地回路，將大大的增加設備的干擾[5]。

可知在地線通過電流時，就會產生一定的電壓，在交流電磁場較強的情況下，地環結構的電磁感應就會產生影響，在其回路過程中，產生感應電壓。同時，隨著磁場強度的增加，回路面積也會影響感應電壓的提高，勢必會嚴重影響到電子通信設備電路的兼容性。

而為了有效的降低地環路干擾，可以采取以下集中方式：利用光電耦合器、共模扼流圈等工具切斷或抑制地環路中的電流；或是在低頻電路中，采用平衡電路的方式來降低地環路干擾。當然，與地環路干擾具有密切關系的是接地點所處位置及其數量，因此也可以從這兩方面著手進行地環路干擾的降低。因此，在進行接地設計時，工作人員對于接地點的選擇，要做到定要認真謹慎，采用電路信號源與放大器的連接，來降低地環路干擾。根據具體實踐經驗可知，將信號源與地面的距離增大，能夠有效的消除地環結構帶來的影響，大大的防止負載的影響，降低電流所帶來的不良反應。

3結語

綜上所述，接地有效設計對于電子通信設備具有至關重要的影響，為了進一步保障電子通信工程設備的高質量、高性能運轉，就要認真、謹慎、負責的對待接地設計，將會大大的推動電子通信設備的正常工作。

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激光具有波長單一和良好的方向性，所以和傳統的探測方法相比，激光探測具有精度高，抗干擾能力強等特點，在激光測距、激光雷達、激光告警、激光制導、目標識別等軍事領域，都得到了廣泛應用。針對不同武器系統的需求，激光探測系統接口呈現出多樣性。

近年來，隨著應用需求和集成化度的增加，激光探測系內部、激光探測系統和各武器平臺之間集成了不同廠商的硬件設備、數據平臺、網絡協議等，由此帶來的異構性給探測系統的互操作性、兼容性及平滑升級能力帶來了問題。

對激光探測系統而言，接口技術的設計是整個系統集成的關鍵技術。一個激光探測系統的設計、實施，有很大的工作量是在接口的處理上，好的接口設計可以提高系統的穩定性、運行效率、升級能力等，本文以激光探測系統接口技術為研究對象，著重分析其接口技術類型、設計考慮因素和驗證方法。

2激光探測系統幾種主要接口技術

接口是多要素或多系統之間的公共邊界部分，對激光探測系統的接口包括機械接口、電氣接口、電子接口、軟件接口等，本文著重討論電子接口。按物理電氣特性劃分，常用的激光探測系統接口類型可分為以下幾類：

1TTL電平接口：最通用的接口類型，常用做系統內及系統間接口信號標準。驅動能力一般為幾毫安到幾十毫安，在激光探測系統中主要應用是作為長距離的總線數據和控制信號的傳輸

2CMOS電平接口：速度范圍與TTL相仿，驅動能力要弱一些。

3ECL電平接口：為高速電氣接口，速率可達幾百兆，但相應功耗較大，電磁輻射與干擾與較大。

4LVDS電平接口：在標準中推薦的最大操作速率是655Mbps，電流驅動模式，信號的噪聲和EMI都較小。

5GTL接口電平：低電壓，低擺幅，常用作背板總線型信號的傳輸，雖然使用頻率一般在100MHz以下，但上升沿一般都比較陡，特別是對沿敏感的信號，如時鐘信號。

6RS-232電平接口：為低速串行通信接口標準，電平為±12V，用于DTE與DCE之間的連接。RS-232接口采用不平衡傳輸方式，收、發端的數據信號是相對于信號地的電平而言，其共模抑制能力低，傳輸距離近，多用于點對點接口通訊。

7RS-422/RS-485接口：采用平衡方式傳輸，采用差分方式，使其在通訊速率、抗干擾性和傳輸距離較RS-232接口有較大改善。多用于多點接口通迅。RS485電平接口可驅動32個負載，忍受-7V到12V共模干擾。

9光隔離接口：能實現電氣隔離，更高速率的器件價格較昂貴。

10線圈耦合接口：電氣隔離特性好，但允許信號帶寬有限

11以太網：經常采用的是10Base-T和100Base-T兩種主流標準，主要應用激光探測系統和分系統之間的接口通訊和數據傳輸。以太網接口具有性價比高、數據傳輸速率高、資源共享能力強和廣泛的技術支持等眾多優點。

12USB接口：USB總線接口是一種基于令牌的接口，USB主控制器廣播令牌，總線上的設備檢測令牌中的地址是否與自身相符，通過發送和接收數據對主機作出響應，其最大的優點是安裝配置簡單。

3激光探測系統接口方案設計考慮因素

隨著大規模數字處理芯片和高速接口芯片的迅猛發展，激光探測系統也呈現出智能化、小型化、模塊化的趨勢。在激光探測系統中，信息接口的設計逐漸向標準化、網絡化、多節點、高速等方向展

3.1接口信號傳輸中的干擾噪聲

3.1.1接口信號傳輸中的主要干擾形式

a)串模干擾：雜散信號通過感應和輻射的方式進入接口信道的干擾。串模干擾的產生原因主要是傳輸中插件等所產生的接觸電勢、熱電勢等噪聲引起的。

b)共模干擾：干擾同時作用在兩根信號往返線上，而且幅指相同。共模干擾產生的原因，主要是傳輸線路較長，在發送端和接收端之間存在著接地的電位差。

3.1.2接口信號傳輸中的抗干擾措施

a)傳輸線的選擇

為了抑制由于雜散電磁場通過電磁感應和靜電感應進入信道的干擾，接口傳輸線應盡量選用雙絞線和屏蔽線，并將屏蔽層接地，而且屏蔽層的接地要于激光探測系統一端浮地的結構形式配合，不要將屏蔽線層當作信號線和公用線。

b)傳輸線的平衡和匹配

采用平衡電路和平衡傳輸結構是抑制共模干擾的有力措施。目前廣泛使用的是差分式平衢性線電路，例如RS-422/RS-485標準串口電路。

接口信號傳輸時還要考慮與傳輸線特性阻抗的匹配問題。一般長線傳輸的驅動器接收器都適用于驅動特性阻抗為50Ω—150Ω的同軸電纜和雙絞線，一般接口接收器的輸入阻抗要比傳輸線的特性阻抗大，因此要設法將兩者匹配，最好將發送端和接收端匹配。

控制信號線的具體配置：控制信號線要和強電、數據總線、地址總線分開，盡量選用雙絞線和屏蔽線，并將屏蔽層接地。

c)隔離技術：電位隔離是常用的抗干擾方法，接口信號采用光電隔離和電磁隔離可以切斷接口內外線路的電氣連接，從而減弱露流、地阻抗耦合等傳導性干擾的影響。3.2接口硬件的選擇原則：

3.2.1為各類接口選擇合適的總線接口芯片、接口總線，并設計具體的接口電路。

3.2.3選擇接口芯片時應根據激光探測系統CPU/MPU類型，總線類型／寬度和系統所完成的功能并按照高效、經濟、可靠，方便、簡單的原則來確定。

3.2.4設計具體的接口電路應具體考慮電源問題

3.2.5數據／命令的鎖存和驅動

激光探測系統內部及激光探測系統和其他系統間實施數據／命令傳輸時，一般采用數據鎖存技術來適應雙方讀寫的時間要求。

3.3接口的實時性

由于激光探測系統對數據處理和傳輸的實時性要求很高，設計時要使時鐘抖動、通道間時延、工作周期失真以及系統噪聲最小化，所以設計接口時盡量選用高通訊速率和同步工作方式。

接口軟件的設計原則

同步通訊系統軟件設計要充分考慮數據流量的控制，最好在數據發送方發送數據時每隔一段時間插入一段空閑時間，從而保證數據同步傳輸的可靠性。

異步通訊系統軟件設計要充分考慮合理的數據校驗方式，可以根據系統要求選擇冗余校驗、校驗和、冗余校驗的方法。

4激光探測系統接口方案設計驗證

構建高速有效的激光探測系統接口是非常有挑戰性的，并且設計者需要在設計接口前后就考慮多個因素，詳細的系統級的驗證都是必須的。

4.1設計前的驗證

基于指令集模擬器和硬件模擬器軟硬件模擬技術是一種高效、低代價的系統驗證方法。接口設計軟件采用匯編，C，C++等語言編寫，用戶編寫的接口源程序經過交叉編譯器和連接器編譯，輸入到軟件指令集模擬器進行軟件模擬。而接口硬件驗證則采用硬件描述語言如VHDL設計，經過編譯后由硬件模擬器模擬。但設計前的驗證也有一定的局限性，比如只能驗證數字接口和驗證環境理想化等缺點。這些都需要設計后的驗證

4.2設計后的驗證

最常見的驗證方法是制作模擬激光探測系統內部接口和系統間外部接口的通用信號源，通用信號源可以模擬探測系統內部的如主回波、時統、顯示、鍵盤等信號，也可以模擬輸入外部操控命令，并將激光探測系統狀態、測量數據等信息顯示輸出。