采用AVR单片机的小型采暖炉控制系统抗干扰设计

文章摘要：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

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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。

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为配合看门狗在控制器死机后的复位工作，如图 5所示控制器的系统时钟由外部的时钟专用集成电路 DS1307提供，AVR单片机内部时钟资源仅对程序中的延时变量提供相对时间。这样的好处是当看门狗一旦使系统复位，AVR内部时钟必然要清零，而外部系统时钟不会被清零，不影响控制器定时启动或定时停止等项功能的实施。另外，外部时钟 DS1307芯片耗电极省仅需 0.5微安，而内部时钟即使在省电模式下也需要几毫安以上。若用小型 20mAh容量锂电作电源后备，掉电后外部专用时钟可在几年内信息不丢，而内部时钟不到一天就没电了。 
 

3.结束语
在设计开发 A VR单片机在工业控制系统中的应用中，抗干扰是一个不能绕过去的现实课题。要解决该课题，熟悉常用的抗干扰措施是一个重要前提。但由于干扰因素多，控制对象及所要求的控制功能不尽相同，所以抗干扰措施并没有固定模式，只能在实践中通过不断摸索来筛选更合理更有效的方案。本文所述的抗干扰措施是一点实践经验的总结，供参考。
本文创新点：1.在 DS18B20数据线上接阻容电路；2.在电源的输入端并联压敏电阻以吸收尖峰电压；3.加大液晶显示器开孔尺寸以减少它本身产生静电干扰。

参考文献
[1]赵佩华,陈黎敏．单片机应用系统的干扰抑制技术[J[．《电子工程师》，2004，04： 18~20
[2]黄再银,李丽．单片机应用系统中的干扰抑制技术[J]．《电子产品世界》，2002，22：15~17

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