软件抗干扰技术所研究的主要内容，其一是采取软件的方法抑制叠加在模拟输入信号上噪声的影响；其二是由于干扰而使运行程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环时，采取使程序纳入正轨的措施，如软件冗余、软件陷阱、“看门狗”技术。常用的软件抗干扰技术有数字滤波、输入口信号重复检测、输出端口数据刷新、软件拦截、看门狗等。......
2023-11-17
提高系统抗干扰能力的有效方法
【摘要】：2）合理选择电源合理选择电源对系统的抗干扰也是至关重要的。另外，尽量采用直流稳压电源。直流稳压电源不仅可以进一步抑制来自交流电网的干扰，还可以抑制由于负载变化所造成的电路直流工作电压的波动。实践表明，对于一个具体的系统，如果工艺措施得当，不仅可以大大提高系统的可靠性和抗干扰能力，还可以弥补某些设计上的不足之处。对机电一体化设备及系统的各个部分进行合理的布局，能有效地防止电磁干扰的危害。
从整体和逻辑线路设计上提高机电一体化产品的抗干扰能力是整体设计的指导思想，对提高系统的可靠性和抗干扰性能关系极大。对于一个新设计的系统，如果把抗干扰性能作为一个重要的问题来考虑，则系统投入运行后，抗干扰能力就强。反之，如等到设备到现场发现问题才来修修补补，往往就会事倍功半。因此，在总体设计阶段，以下几个方面必须引起特别重视。
（1）逻辑设计力求简单可靠
对于一个具体的机电一体化产品，在满足生产工艺控制要求的前提下，逻辑设计应尽量简单，以便节省元件，方便操作。因为在元器件质量已定的前提下，整体中所用到的元器件数量越少，系统在工作过程中出现故障的概率就越小，亦即系统的稳定性越高。但值得注意的是，对于一个具体的线路，必须扩大线路的稳定储备量，留有一定的负载容度。因为线路的工作状态是随电源电压、温度、负载等因素的大小而变的。当这些因素由额定情况向恶化线路性能方向变化，最后导致线路不能正常工作时，这个范围称为稳定储备量。此外，工作在边缘状态的线路或元件，最容易接受外界干扰而导致故障。因此，为了提高线路的带负载能力，应考虑留有负载容度。例如，一个TTL集成门电路的负载能力是可以带8个左右同类型的逻辑门，但在设计时，一般最多只考虑带5～6个逻辑门，以便留有一定裕度。
（2）硬件自检测和软件自恢复的设计
由于干扰引起的误动作多是偶发性的，因而应采取某种措施使这种偶发的误动作不会直接影响系统的运行。因此，在总体设计上必须设法使干扰造成的这种故障能够尽快恢复正常。通常的方式是在硬件上设置某些自动监测电路，这主要是为了对一些薄弱环节加强监控，以便缩小故障范围，增强整体的可靠性。在硬件上常用的监控和误动作检出方法通常有数据传输的奇偶检验（如输入电路有关代码的输入奇偶校验），存储器的奇偶校验以及运算电路、译码电路和时序电路的有关校验等。
从软件的运行来看，瞬时电磁干扰会影响：堆栈指针SP、数据区或程序计数器的内容，使CPU偏离预定的程序指针，进入未使用的RAM区和ROM区，出现一些如死机、死循环和程序“飞掉”等现象。因此，要合理设置软件“陷阱”和“看门狗”并在检测环节进行数字滤波（如粗大误差处理）等。
（3）从安装和工艺等方面采取措施以消除干扰
1）合理选择接地
许多机电一体化产品，从设计思想到具体电路原理都是比较完美的。但在工作现场却经常无法正常工作，暴露出许多由于工艺安装不合理带来的问题，从而使系统容易接受干扰。对此，必须引起足够的重视。如在选择正确的接地方式方面考虑交流接地点与直流接地点分离；保证逻辑地浮空（是指控制装置的逻辑地和大地之间不用导体连接）；保证机身、机柜的安全地的接地质量；甚至分离模拟电路的接地和数字电路的接地等。
2）合理选择电源
合理选择电源对系统的抗干扰也是至关重要的。电源是引进外部干扰的重要来源。实践证明，通过电源引入的干扰噪声是多途径的，如控制装置中各类开关的频繁闭合或断开，各类电感线圈（包括电机、继电器、接触器以及电磁阀等）的瞬时通断，晶闸管电源及高频、中频电源等系统中开关器件的导通和截止等都会引起干扰，这些干扰幅值瞬时可达千伏级，而且占有很宽的频率。显而易见，要想完全抑制如此宽频带范围的干扰，必须对交流电源和直流电源同时采取措施。
大量实践表明，采用压敏电阻和低通滤波器可使频率为20 kHz～100 MHz的干扰大大衰减。采用隔离变压器和电源变压器的屏蔽层可以消除20 kHz以下的干扰，而为了消除交流电网电压缓慢变化对控制系统造成的影响，可采取交流稳压等措施。
对于直流电源通常要考虑尽量加大电源功率容限和电压调整范围。为了使装备能适应负载在较大范围变化和防止通过电源造成内部噪声干扰，整机电源必须留有较大的储备量，并有较好的动态特性。习惯上选取0.5～1倍的余量。另外，尽量采用直流稳压电源。直流稳压电源不仅可以进一步抑制来自交流电网的干扰，还可以抑制由于负载变化所造成的电路直流工作电压的波动。
3）合理布局
对机电一体化设备及系统的各个部分进行合理的布局，能有效地防止电磁干扰的危害。合理布局的基本原则如下。
①使干扰源与干扰对象尽可能远离。
②输入端口和输出端口妥善分离。
企业环境的各设备之间也存在合理布局问题。不同设备对环境的干扰类型、干扰强度不同，其抗干扰能力和精度也不同。因此，在设备位置布置上要考虑设备分类和环境处理，如精密检测仪器应放置在恒温环境，并远离有机械冲击的场所，弱电仪器应考虑工作环境的电磁干扰强度等。
一般来说，除了上述方案以外，还应在安装、布线等方面采取严格的工艺措施，如布线时注意整个系统导线的分类布置，接插件的可靠安装与良好接触，注意焊接质量等。实践表明，对于一个具体的系统，如果工艺措施得当，不仅可以大大提高系统的可靠性和抗干扰能力，还可以弥补某些设计上的不足之处。对机电一体化设备及系统的各个部分进行合理的布局，能有效地防止电磁干扰的危害。
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