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采用AVR单片机的小型采暖炉控制系统抗干扰设计

2011-01-27 10:07
林契于宸
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  摘要:本文针对AVR单片机在小型工业控制系统实践应用中遇到的数据跳动、静电感应、尖峰电压、液晶显示花屏等抗干扰问题,在分析单片机在小型工业控制系统应用中的干扰源基础上,提出了用阻容滤波、光耦隔离、压敏电阻以及选用合适器件、调整液晶显示窗开孔尺寸、采用外部看门狗和外部时钟等一系列具体抗干扰的技术措施。通过在小型采暖炉控制系统中实践和应用,取得良好效果。

  1. 引言

  单片机在工业控制领域应用时不同于民用、商用领域中的应用,工业控制所处的环境相对比较恶劣,干扰源多,其常见干扰源来自现场工业电气在投入、运行、切断等工况下产生的静电感应、尖峰电压、浪涌电流等干扰。实践表明,在工作室中按用户要求设计的小型工业采暖控制系统,尽管各项逻辑功能及技术指标的测试都正常,但该系统拿到现场上却不能使用,检测失灵,操作失控,显示花屏等现象接踵而来。经分析,其干扰是从现场不同路径传入单片机控制系统的。切断干扰源,提高单片机抗干扰能力是解决控制系统正常工作的前提。

  2 抗干扰措施

  2.1 测温信号的抗干扰

  测温电路采用的是单总线芯片DS18B20,该芯片具有测温精度高,连接线路简单等优点,其测温范围为-55℃到+125℃。适合于采暖系统测温,在实际应用中当温度在 60℃以下时可正常工作,随着温度的升高,当温度大于 60℃以上时,测温数据开始跳动,且温度越高跳动越剧烈,甚至无法观测。电源加了滤波退偶电路效果不明显,在数据线上并接小电容进行高频旁路时,电容小不起作用,电容大了则数字信号消失。最后经试验在数字电路上加如图 1所示标称值的 RC阻容滤波电路达到了预期效果。

  

  2.2 限位开关信号的抗干扰

  由于限位开关及馈线与 220V交流负载比较靠近,因此,负载产生的交流强磁场直接对限位开关及馈线产生干扰。解决的办法采用光电隔离方式,通过光耦组件 PC827将单片机控制回路与被控回路负载(如电机)隔离开来。从而大大减小了来自负载回路对单片机产生的干扰。

  2.3 电源回路的抗干扰

  电源干扰中的尖峰干扰是一种频繁出现的叠加于电网正弦波上的高能脉冲,其幅度可达几千伏,宽度只有几个毫微秒或几个微秒,抑制办法可从多方面入手。如图 2所示,T1为电源变压器,在其交流电源的输入端并联压敏电阻 RV用来吸收电网瞬间产生的尖峰电压;C1为高频旁路电容,抑制高频差模干扰,C2和 C3用来抑制高频共模干扰。电感 L1中两个线圈绕向相同,流过的电流大小相等,但每一瞬变间的电流方向相反使感生的电磁场方向也相反,故生成的反电势干扰可以相互抵消。可有效抑制电源端较低频率的干扰。

  

  2.4 输出驱动电路的抗干扰

  输出驱动采用电磁继电器方式,通过电接点带动交流电机或直流电磁铁,尽管继电器具有一定的电磁隔离作用,但交流电机或电磁铁激磁线圈断开时会产生高压反电势产生串扰。解决的办法如图3(a)所示,在交流负载如电机两端并接一个高压电容C2,当驱动电路使继电器接点 K断开电机时产生的高压反电势可由并接在电机负载上的电容 C2来吸收掉。该电容大小应适当,一般取所带电机中分相电容 C1的十分之一即可。太小作用不明显,太大则影响分相电容的工作,以致启动力矩太小电机堵转。

  另外继电器内部的交流 220V接点离继电器线圈很近,很容易产生静电干扰,严重时会使液晶显示器乱码。实践证明继电器结构不同其抗静电干扰能力也不同。应尽量选择继电器线圈与接点距离较远的为好,如图3(b)中的 J2结构的继电器(JQX14F系列)等。

  

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