抗干擾介紹

干擾問題是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用過程中必須考慮的重要問題。在機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作環(huán)境中，存在大量的電磁信號(hào)，如電網(wǎng)的波動(dòng)、強(qiáng)電設(shè)備的啟停、高壓設(shè)備和開關(guān)的電磁輻射等，當(dāng)它們?cè)谙到y(tǒng)中產(chǎn)生電磁感應(yīng)和干擾沖擊時(shí)，往往就會(huì)擾亂系統(tǒng)的正常運(yùn)行，輕者造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，降低了系統(tǒng)的精度；重者會(huì)引起控制系統(tǒng)死機(jī)或誤動(dòng)作，造成設(shè)備損壞或人身傷亡。

第一節(jié) 產(chǎn)生干擾的因素

一、干擾的定義

干擾是指對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生不良影響的內(nèi)部或外部因素。從廣義上講，機(jī)電一體化系統(tǒng)的干擾因素包括電磁干擾、溫度干擾、濕度干擾、聲波干擾和振動(dòng)干擾等等，在眾多干擾中，電磁干擾最為普遍，且對(duì)控制系統(tǒng)影響最大，而其它干擾因素往往可以通過一些物理的方法較容易地解決。本節(jié)重點(diǎn)介紹電磁干擾的相關(guān)內(nèi)容。

電磁干擾是指在工作過程中受環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)的一些與有用信號(hào)無關(guān)的，并且對(duì)系統(tǒng)性能或信號(hào)傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。這些有害的電氣變化現(xiàn)象使得信號(hào)的數(shù)據(jù)發(fā)生瞬態(tài)變化，增大誤差，出現(xiàn)假象，甚至使整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常信號(hào)而引起故障。例如傳感器的導(dǎo)線受空中磁場(chǎng)影響產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)會(huì)大于測(cè)量的傳感器輸出信號(hào)，使系統(tǒng)判斷失靈。

二、形成干擾的三個(gè)要素

干擾的形成包括三個(gè)要素：干擾源、傳播途徑和接受載體。三個(gè)要素缺少任何一項(xiàng)干擾都不會(huì)產(chǎn)生。

1、干擾源

產(chǎn)生干擾信號(hào)的設(shè)備被稱作干擾源，如變壓器、繼電器、微波設(shè)備、電機(jī)、無繩電話和高壓電線等都可以產(chǎn)生空中電磁信號(hào)。當(dāng)然，雷電、太陽和宇宙射線屬于干擾源。

2、傳播途徑

傳播途徑是指干擾信號(hào)的傳播路徑。電磁信號(hào)在空中直線傳播，并具有穿透性的傳播叫作輻射方式傳播；電磁信號(hào)借助導(dǎo)線傳入設(shè)備的傳播被稱為傳導(dǎo)方式傳播。傳播途徑是干擾擴(kuò)散和無所不在的主要原因。

3、接受載體

接受載體是指受影響的設(shè)備的某個(gè)環(huán)節(jié)吸收了干擾信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為對(duì)系統(tǒng)造成影響的電器參數(shù)。接受載體不能感應(yīng)干擾信號(hào)或弱化干擾信號(hào)使其不被干擾影響就提高了抗干擾的能力。接受載體的接受過程又成為耦合，耦合分為兩類，傳導(dǎo)耦合和輻射耦合。傳導(dǎo)耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過金屬導(dǎo)線或集總元件（如電容器、變壓器等）耦合至接受載體。輻射耦合指電磁干擾能量通過空間以電磁場(chǎng)形式耦合至接受載體。

根據(jù)干擾的定義可以看出，信號(hào)之所以是干擾是因?yàn)樗鼘?duì)系統(tǒng)造成的不良影響，反之，不能稱其為干擾。從形成干擾的要素可知，消除三個(gè)要素中的任何一個(gè)，都會(huì)避免干擾。抗干擾技術(shù)就是針對(duì)三個(gè)要素的研究和處理。

三、電磁干擾的種類

按干擾的耦合模式分類，電磁干擾包括下列類型。

1、靜電干擾

大量物體表面都有靜電電荷的存在，特別是含電氣控制的設(shè)備，靜電電荷會(huì)在系統(tǒng)中形成靜電電場(chǎng)。靜電電場(chǎng)會(huì)引起電路的電位發(fā)生變化；會(huì)通過電容耦合產(chǎn)生干擾。靜電干擾還包括電路周圍物件上積聚的電荷對(duì)電路的泄放，大載流導(dǎo)體（輸電線路）產(chǎn)生的電場(chǎng)通過寄生電容對(duì)機(jī)電一體化裝置傳輸?shù)鸟詈细蓴_等等。

2、 磁場(chǎng)耦合干擾

大電流周圍磁場(chǎng)對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備回路耦合形成的干擾。動(dòng)力線、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電源變壓器和繼電器等都會(huì)產(chǎn)生這種磁場(chǎng)。產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾的設(shè)備往往同時(shí)伴隨著電場(chǎng)的干擾，因此又統(tǒng)一稱為電磁干擾。

3、漏電耦合干擾

絕緣電阻降低而由漏電流引起的干擾。多發(fā)生于工作條件比較惡劣的環(huán)境或器件性能退化、器件本身老化的情況下。

4、共阻抗干擾

共阻抗干擾是指電路各部分公共導(dǎo)線阻抗、地阻抗和電源內(nèi)阻壓降相互耦合形成的干擾。這是機(jī)電一體化系統(tǒng)普遍存在的一種干擾。如圖7-1所示的串聯(lián)的接地方式，由于接地電阻的存在，三個(gè)電路的接地電位明顯不同。當(dāng)I （或I 、I ）發(fā)生變化時(shí)，A、B、C點(diǎn)的電位隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致各電路的不穩(wěn)定。

圖 7-1 接地共阻抗干擾

5、電磁輻射干擾

由各種大功率高頻、中頻發(fā)生裝置、各種電火花以及電臺(tái)電視臺(tái)等產(chǎn)生的高頻電磁波，向周圍空間輻射，形成電磁輻射干擾。雷電和宇宙空間也會(huì)有電磁波干擾信號(hào)。

四、干擾存在的形式

在電路中，干擾信號(hào)通常以串模干擾和共模干擾形式與有用信號(hào)一同傳輸。

1、串模信號(hào)

串模干擾是疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾信號(hào)，也稱橫向干擾。產(chǎn)生串模干擾的原因有分布電容的靜電耦合，長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ校臻g電磁場(chǎng)引起的磁場(chǎng)耦合，以及50Hz的工頻干擾等。

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，被測(cè)信號(hào)是直流（或變化比較緩慢），而干擾信號(hào)經(jīng)常是一些雜亂的波形和含有尖峰脈沖，如圖7-2c所示，圖中US表示理想測(cè)試信號(hào)，UC表示實(shí)際傳輸信號(hào)，Ug表示不規(guī)則干擾信號(hào)。干擾可能來自信號(hào)源內(nèi)部（圖7-2a），也可能來源于導(dǎo)線的感應(yīng)（圖7-2b）。

2、共模干擾

共模干擾往往是指同時(shí)加載在各個(gè)輸入信號(hào)接口斷的共有的信號(hào)干擾。如圖7-3所示檢測(cè)信號(hào)輸入A/D轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端上的公有的電壓干擾。由于輸入信號(hào)源與主機(jī)有較長(zhǎng)距離，輸入信號(hào)Us的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入端參考接地點(diǎn)之間存在電位差Ucm。這個(gè)電位差就在轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)輸入端上形成共模干擾。以計(jì)算機(jī)接地點(diǎn)為參考點(diǎn)，加到輸入點(diǎn)A上的信號(hào)為Us+Ucm，加到輸入點(diǎn)B上也有信號(hào)Ucm。

圖 7-2 串模干擾示意圖

圖 7-3 共模干擾示意圖

第二節(jié) 抗干擾的措施

提高抗干擾的措施最理想的方法是抑制干擾源，使其不向外產(chǎn)生干擾或?qū)⑵涓蓴_影響限制在允許的范圍之內(nèi)。由于車間現(xiàn)場(chǎng)干擾源的復(fù)雜性，要想對(duì)所有的干擾源都作到使其不向外產(chǎn)生干擾，幾乎是不可能的，也是不現(xiàn)實(shí)的。另外，來自于電網(wǎng)和外界環(huán)境的干擾，機(jī)電一體化產(chǎn)品用戶環(huán)境的干擾源也是無法避免的。因此，在產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用中，除了對(duì)一些重要的干擾源，主要是對(duì)被直接控制的對(duì)象上的一些干擾源進(jìn)行抑制外，更多的則是在產(chǎn)品內(nèi)設(shè)法抑制外來干擾的影響，以保證系統(tǒng)可靠地工作。

抑制干擾的措施很多，主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地和軟件處理等方法

一、屏蔽

屏蔽是利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源或干擾對(duì)象包圍起來從而割斷或削弱干擾場(chǎng)的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場(chǎng)的性質(zhì)不同，可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。

電場(chǎng)屏蔽是為了消除或抑制由于電場(chǎng)耦合引起的干擾。通常用銅和鋁等導(dǎo)電性能良好的金屬材料作屏蔽體。屏蔽體結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量完整嚴(yán)密并保持良好的接地。

磁場(chǎng)屏蔽是為了消除或抑制由于磁場(chǎng)耦合引起的干擾。對(duì)靜磁場(chǎng)及低頻交變磁場(chǎng)，可用高磁導(dǎo)率的材料作屏蔽體，并保證磁路暢通。對(duì)高頻交變磁場(chǎng)，由于主要靠屏蔽體殼體上感生的渦流所產(chǎn)生的反磁場(chǎng)起排斥原磁場(chǎng)的作用。選用材料也是良導(dǎo)體，如銅、鋁等。

如圖7-4所示的變壓器，在變壓器繞組線包的外面包一層銅皮作為漏磁短路環(huán)。當(dāng)漏磁通穿過短路環(huán)時(shí)，在銅環(huán)中感生渦流，因此會(huì)產(chǎn)生反磁通以抵消部分漏磁通，使變壓器外的磁通減弱。屏蔽的效果與屏蔽層數(shù)量和每層厚度有關(guān)。

圖 7-4 變壓器的屏蔽

如圖7-5所示的同軸電纜中，為防止在信號(hào)傳輸過程中受到電磁干擾，在電纜線中設(shè)置了屏蔽層。芯線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被局限在外層導(dǎo)體和芯線之間的空間中，不會(huì)傳播到同軸電纜以外的空間。而電纜外的磁場(chǎng)干擾信號(hào)在同軸電纜的芯線和外層導(dǎo)體中產(chǎn)生的干擾電勢(shì)方向相同，使電流一個(gè)增大，一個(gè)減小而相互抵消，總的電流增量為零。許多通信電纜還在外面包裹一層導(dǎo)體薄膜以提高屏蔽外界電磁干擾的作用。

圖7-5 同軸電纜示意圖

1－芯線 2－絕緣體 3－外層導(dǎo)線 4－絕緣外皮

二、隔離

隔離是指把干擾源與接收系統(tǒng)隔離開來，使有用信號(hào)正常傳輸，而干擾耦合通道被切斷，達(dá)到抑制干擾的目的。常見的隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。

1、光電隔離

光電隔離是以光作媒介在隔離的兩端間進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)?，所用的器件是光電耦合器。由于光電耦合器在傳輸信息時(shí)，不是將其輸入和輸出的電信號(hào)進(jìn)行直接耦合，而是借助于光作為媒介物進(jìn)行耦合，因而具有較強(qiáng)的隔離和抗干擾的能力。如圖7-6a所示為一般光電耦合器組成的輸入/輸出線路。在控制系統(tǒng)中，它既可以用作一般輸入/輸出的隔離，也可以代替脈沖變壓器起線路隔離與脈沖放大作用。由于光電耦合器具有二極管、三極管的電氣特性，使它能方便地組合成各種電路。又由于它靠光耦合傳輸信息，使它具有很強(qiáng)的抗電磁干擾的能力，從而在機(jī)電一體化產(chǎn)品中獲得了極其廣泛的應(yīng)用。

圖 7-6 光電隔離和變壓器隔離原理

a） 光電隔離 b） 變壓器隔離

由于光耦合器共模抑制比大、無觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)、易與邏輯電路配合、響應(yīng)速度快、小型、耐沖擊且穩(wěn)定可靠，因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)特別是數(shù)字系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2、變壓器隔離

對(duì)于交流信號(hào)的傳輸一般使用變壓器隔離干擾信號(hào)的辦法。隔離變壓器也是常用的隔離部件，用來阻斷交流信號(hào)中的直流干擾和抑制低頻干擾信號(hào)的強(qiáng)度。如圖7-6b所示變壓器耦合隔離電路。隔離變壓器把各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號(hào)源隔離開來，也就是把模擬地和數(shù)字地?cái)嚅_。傳輸信號(hào)通過變壓器獲得通路，而共模干擾由于不形成回路而被抑制。

如圖7-7所示為一種帶多層屏蔽的隔離變壓器。當(dāng)含有直流或低頻干擾的交流信號(hào)從一次側(cè)端輸入時(shí)，根據(jù)變壓器原理，二次側(cè)輸出的信號(hào)濾掉了直流干擾，且低頻干擾信號(hào)幅值也被大大衰減，從而達(dá)到了抑制干擾的目的。另外，在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)線圈外設(shè)有靜電隔離層S1和S2，其目的是防止一次和二次繞組之間的相互耦合干擾。變壓器外的三層屏蔽密封體的內(nèi)外兩層用鐵，起磁屏蔽的作用，中間用銅，與鐵心相連并直接接地，起靜電屏蔽作用。這三層屏蔽層是為了防止外界電磁場(chǎng)通過變壓器對(duì)電路形成干擾，這種隔離變壓器具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

3、繼電器隔離

繼電器線圈和觸點(diǎn)僅有機(jī)械上形成聯(lián)系，而沒有直接的電的聯(lián)系，因此可利用繼電器線圈接受電信號(hào)，而利用其觸點(diǎn)控制和傳輸電信號(hào)，從而可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電和弱電的隔離（如圖7-8）。同時(shí)，繼電器觸點(diǎn)較多，且其觸點(diǎn)能承受較大的負(fù)載電流，因此應(yīng)用非常廣泛。

圖7-7 多層隔離變壓器

圖 7-8 繼電器隔離

實(shí)際使用中，繼電器隔離指適合于開關(guān)量信號(hào)的傳輸。系統(tǒng)控制中，常用弱電開關(guān)信號(hào)控制繼電器線圈，使繼電器觸電閉合和斷開。而對(duì)應(yīng)于線圈的觸點(diǎn)，則用于傳遞強(qiáng)電回路的某些信號(hào)。隔離用的繼電器，主要是一般小型電磁繼電器或干簧繼電器。

三、濾波

濾波是抑制干擾傳導(dǎo)的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號(hào)的頻譜寬得多，因此，當(dāng)接受器接收有用信號(hào)時(shí)，也會(huì)接收到那些不希望有的干擾。這時(shí)，可以采用濾波的方法，只讓所需要的頻率成分通過，而將干擾頻率成分加以抑制。

常用濾波器根據(jù)其頻率特性又可分為低通、高通、帶通、帶阻等濾波器。低通濾波器只讓低頻成分通過，而高于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過。高通濾波器只通過高頻成分，而低于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過。帶通濾波器只讓某一頻帶范圍內(nèi)的頻率成分通過，而低于下截止和高于上截止頻率的成分均受抑制，不讓通過。帶阻濾波器只抑制某一頻率范圍內(nèi)的頻率成分，不讓其通過，而低于下截止和高于上截止頻率的頻率成分則可通過。

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，常用低通濾波器抑制由交流電網(wǎng)侵入的高頻干擾。圖7-9所示為計(jì)算機(jī)電源采用的一種LC低通濾波器的接線圖。含有瞬間高頻干擾的220V工頻電源通過截止頻率為50Hz的濾波器，，其高頻信號(hào)被衰減，只有50Hz的工頻信號(hào)通過濾波器到達(dá)電源變壓器，保證正常供電。

圖 7-9 低通濾波器

圖7-10所示電路中，7-10a所示為觸點(diǎn)抖動(dòng)抑制電路，對(duì)于抑制各類觸點(diǎn)或開關(guān)在閉合或斷開瞬間因觸點(diǎn)抖動(dòng)所引起的干擾是十分有效的。圖7-10b所示電路是交流信號(hào)抑制電路，主要是為了抑制電感性負(fù)載在切斷電源瞬間所產(chǎn)生的反電勢(shì)。這種阻容吸收電路，可以將電感線圈的磁場(chǎng)釋放出來的能力，轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量?jī)?chǔ)存起來，以降低能量的消散速度。圖7-10c所示電路是輸入信號(hào)的阻容濾波電路。類似的這種線路，既可作為直流電源的輸入濾波器，亦可作為模擬電路輸入信號(hào)的阻容濾波器。

圖7-10 干擾濾波電路

如圖7-11所示為一種雙T型帶阻濾波器，可用來消除工頻（電源）串模干擾。圖中輸入信號(hào)U1經(jīng)過兩條通路送到輸出端。當(dāng)信號(hào)頻率較低時(shí)，C1、C2和C3阻抗較大，信號(hào)主要通過R1、R2傳送到輸出端，當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí)，C1、C2和C3容抗很小，接近短路，所以信號(hào)主要通過C1、C2傳送到輸出端。只要參數(shù)選擇得當(dāng)，就可以使濾波器在某個(gè)中間頻率f0時(shí)，由C1、C2和R3，支路傳送到輸出端的信號(hào)U2’，與由R1、R2和C3支路傳送到輸出端的信號(hào)U”2大小相等、相位相反，互相抵消，于是總輸出為零。f0為雙T濾波器的諧振頻率。在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，使f0=50Hz，雙T型帶阻濾波器就可濾除工頻干擾信號(hào)。

圖7-11 雙T型帶阻濾波器

四、接地

將電路、設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個(gè)公共參考點(diǎn)（大地）實(shí)現(xiàn)低阻抗的連接，稱之謂接地。接地的目的有兩個(gè)：一是為了安全，例如把電子設(shè)備的機(jī)殼、機(jī)座等與大地相接，當(dāng)設(shè)備中存在漏電時(shí)，不致影響人身安全，稱為安全接地；二是為了給系統(tǒng)提供一個(gè)基準(zhǔn)電位，例如脈沖數(shù)字電路的零電位點(diǎn)等，或?yàn)榱艘种聘蓴_，如屏蔽接地等。稱為工作接地。工作接地包括一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地兩種方式。

1、一點(diǎn)接地

如圖7-1所示為串聯(lián)一點(diǎn)接地，由于地電阻r1，r2和r3，是串聯(lián)的，所以各電路間相互發(fā)生干擾，雖然這種接地方式很不合理，但由于比較簡(jiǎn)單，用的地方仍然很多。當(dāng)各電路的電平相差不大時(shí)還可勉強(qiáng)使用；但當(dāng)各電路的電平相差很大時(shí)就不能使用，因?yàn)楦唠娖綄?huì)產(chǎn)生很大的地電流并干擾到低電平電路中去。使用這種串聯(lián)一點(diǎn)接地方式時(shí)還應(yīng)注意把低電平的電路放在距接地點(diǎn)最近的地方，即圖7-1中最接近于地電位的A點(diǎn)上。

圖 7-12 并聯(lián)一點(diǎn)接地

如圖7-12所示是并聯(lián)一點(diǎn)接地方式。這種方式在低頻時(shí)是最適用的，因?yàn)楦麟娐返牡仉娢恢慌c本電路的地電流和地線阻抗有關(guān)，不會(huì)因地電流而引起各電路間的耦合。這種方式的缺點(diǎn)是，需要連很多根地線，用起來比較麻煩。

2、多點(diǎn)接地

多點(diǎn)接地所需地線較多，一般適用于低頻信號(hào)。若電路工作頻率較高，電感分量大，各地線間的互感耦合會(huì)增加干擾。如圖7-13所示，各接地點(diǎn)就近接于接地匯流排或底座、外殼等金屬構(gòu)件上。

圖7-13 多點(diǎn)接地

3、地線的設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮各種地線的布局和接地方法。如圖7-14所示是一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的接地方法。從圖中可以看出，接地系統(tǒng)形成三個(gè)通道：信號(hào)接地通道，將所有小信號(hào)、邏輯電路的信號(hào)、靈敏度高的信號(hào)的接地點(diǎn)都接到信號(hào)地通道上；功率接地通道，將所有大電流、大功率部件、晶閘管、繼電器、指示燈、強(qiáng)電部分的接地點(diǎn)都接到這一地線上；機(jī)械接地通道，將機(jī)柜、底座、面板、風(fēng)扇外殼、電動(dòng)機(jī)底座等機(jī)床接地點(diǎn)都接到這一地線上，此地線又稱安全地線通道。將這三個(gè)通道再接到總的公共接地點(diǎn)上，公共接地點(diǎn)與大地接觸良好，一般要求地電阻小于4 ～7 。并且數(shù)控柜與強(qiáng)電柜之間有足夠粗的保護(hù)接地電纜，如截面積為5.5～14mm2的接地電纜。因此，這種地線接法有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠保證數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。

圖 7-14 數(shù)控機(jī)床的接地

五、軟件抗干擾設(shè)計(jì)

1、軟件濾波

用軟件來識(shí)別有用信號(hào)和干擾信號(hào)，并濾除干擾信號(hào)的方法，稱為軟件濾波。識(shí)別信號(hào)的原則有兩種：

（1）時(shí)間原則 如果掌握了有用信號(hào)和干擾信號(hào)在時(shí)間上出現(xiàn)的規(guī)律性，在程序設(shè)計(jì)上就可以在接收有用信號(hào)的時(shí)區(qū)打開輸入口，而在可能出現(xiàn)干擾信號(hào)的時(shí)區(qū)封閉輸入口，從而濾掉干擾信號(hào)。

（2）空間原則 在程序設(shè)計(jì)上為保證接收到的信號(hào)正確無誤，可將從不同位置、用不同檢測(cè)方法、經(jīng)不同路線或不同輸入口接收到的同一信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)既定邏輯關(guān)系來判斷真?zhèn)?，從而濾掉干擾信號(hào)。

（3）屬性原則 有用信號(hào)往往是在一定幅值或頻率范圍的信號(hào)，當(dāng)接收的信號(hào)遠(yuǎn)離該信號(hào)區(qū)時(shí)，軟件可通過識(shí)別予以剔除。

2、軟件“陷阱”

從軟件的運(yùn)行來看，瞬時(shí)電磁干擾可能會(huì)使CPU偏離預(yù)定的程序指針，進(jìn)入未使用的 RAM區(qū)和ROM區(qū)，引起一些莫名其妙的現(xiàn)象，其中死循環(huán)和程序“飛掉”是常見的。為了有效地排除這種干擾故障，常用軟件“陷阱法”。這種方法的基本指導(dǎo)思想是，把系統(tǒng)存儲(chǔ)器（RAM和ROM）中沒有使用的單元用某一種重新啟動(dòng)的代碼指令填滿，作為軟件“陷阱”，以捕獲“飛掉”的程序。一般當(dāng)CPU執(zhí)行該條指令時(shí)，程序就自動(dòng)轉(zhuǎn)到某一起始地址，而從這一起始地址開始，存放一段使程序重新恢復(fù)運(yùn)行的熱啟動(dòng)程序，該熱啟動(dòng)程序掃描現(xiàn)場(chǎng)的各種狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)判斷程序應(yīng)該轉(zhuǎn)到系統(tǒng)程序的哪個(gè)入口，使系統(tǒng)重新投入正常運(yùn)行。

3、軟件“看門狗”

“看門狗”（WATCHDOG）就是用硬件（或軟件）的辦法要求使用監(jiān)控定時(shí)器定時(shí)檢查某段程序或接口，當(dāng)超過一定時(shí)間系統(tǒng)沒有檢查這段程序或接口時(shí)，可以認(rèn)定系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)（干擾發(fā)生），可通過軟件進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位或按事先預(yù)定方式運(yùn)行 ?！翱撮T狗”，是工業(yè)控制機(jī)普遍采用的一種軟件抗干擾措施。當(dāng)侵入的尖鋒電磁干擾使計(jì)算機(jī)“飛程序”時(shí)，WATCHDOG能夠幫助系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

第三節(jié) 提高系統(tǒng)抗干擾的措施

從整體和邏輯線路設(shè)計(jì)上提高機(jī)電一體化產(chǎn)品的抗干擾能力是整體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想，對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性能關(guān)系極大。對(duì)于一個(gè)新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，如果把抗干擾性能作為一個(gè)重要的問題來考慮，則系統(tǒng)投入運(yùn)行后，抗干擾能力就強(qiáng)。反之，如等到設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)問題才來修修補(bǔ)補(bǔ)，往往就會(huì)事倍功半。因此，在總體設(shè)計(jì)階段，有幾個(gè)方面必須引起特別重視。

一、邏輯設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單可靠

對(duì)于一個(gè)具體的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在滿足生產(chǎn)工藝控制要求的前提下，邏輯設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，以便節(jié)省元件，方便操作。因?yàn)樵谠骷|(zhì)量已定的前提下，整體中所用到的元器件數(shù)量愈少，系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)故障的概率就愈小，亦即系統(tǒng)的穩(wěn)定性愈高。但值得注意的是，對(duì)于一個(gè)具體的線路，必須擴(kuò)大線路的穩(wěn)定儲(chǔ)備量，留有一定的負(fù)載容度。因?yàn)榫€路的工作狀態(tài)是隨電源電壓、溫度、負(fù)載等因素的大小而變的。當(dāng)這些因素由額定情況向惡化線路性能方向變化，最后導(dǎo)致線路不能正常工作時(shí)，這個(gè)范圍稱為穩(wěn)定儲(chǔ)備量。此外，工作在邊緣狀態(tài)的線路或元件，最容易接受外界干擾而導(dǎo)致故障。因此，為了提高線路的帶負(fù)載能力，應(yīng)考慮留有負(fù)載容度。比如一個(gè)TTL集成門電路的負(fù)載能力是可以帶8個(gè)左右同類型的邏輯門，但在設(shè)計(jì)時(shí)，一般最多只考慮帶5—6個(gè)門，以便留有一定裕度。

二、硬件自檢測(cè)和軟件自恢復(fù)的設(shè)計(jì)

由于干擾引起的誤動(dòng)作多是偶發(fā)性的，因此應(yīng)采取某種措施，使這種偶發(fā)的誤動(dòng)作不致直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，在總體設(shè)計(jì)上必須設(shè)法使干擾造成的這種故障能夠盡快地恢復(fù)正常。通常的方式是，在硬件上設(shè)置某些自動(dòng)監(jiān)測(cè)電路。這主要是為了對(duì)一些薄弱環(huán)節(jié)加強(qiáng)監(jiān)控，以便縮小故障范圍，增強(qiáng)整體的可靠性。在硬件上常用的監(jiān)控和誤動(dòng)作檢出方法通常有數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠媾紮z驗(yàn)（如輸入電路有關(guān)代碼的輸入奇偶校驗(yàn)），存儲(chǔ)器的奇偶校驗(yàn)以及運(yùn)算電路、譯碼電路和時(shí)序電路的有關(guān)校驗(yàn)等。

從軟件的運(yùn)行來看，瞬時(shí)電磁干擾會(huì)影響：堆棧指針SP、數(shù)據(jù)區(qū)或程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容，使CPU偏離預(yù)定的程序指針，進(jìn)入未使用的RAM區(qū)和ROM區(qū)，引起一些如死機(jī)、死循環(huán)和程序“飛掉”等現(xiàn)象，因此，要合理設(shè)置軟件“陷阱”和“看門狗”并在檢測(cè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)字濾波（如粗大誤差處理）等。

三、從安裝和工藝等方面采取措施以消除干擾

1、合理選擇接地 許多機(jī)電一體化產(chǎn)品，從設(shè)計(jì)思想到具體電路原理都是比較完美的。但在工作現(xiàn)場(chǎng)卻經(jīng)常無法正常工作，暴露出許多由于工藝安裝不合理帶來的問題，從而使系統(tǒng)容易接受干擾，對(duì)此，必須引起足夠的重視。如選擇正確的接地方式方面考慮交流接地點(diǎn)與直流接地點(diǎn)分離；保證邏輯地浮空（是指控制裝置的邏輯地和大地之間不用導(dǎo)體連接）；保證使機(jī)身、機(jī)柜的安全地的接地質(zhì)量；甚至分離模擬電路的接地和數(shù)字電路的接地等等。

2、合理選擇電源 合理選擇電源對(duì)系統(tǒng)的抗干擾也是至關(guān)重要的。電源是引進(jìn)外部干擾的重要來源。實(shí)踐證明，通過電源引入的干擾噪聲是多途徑的，如控制裝置中各類開關(guān)的頻繁閉合或斷開，各類電感線圈（包括電機(jī)、繼電器、接觸器以及電磁閥等）的瞬時(shí)通斷，晶閘管電源及高頻、中頻電源等系統(tǒng)中開關(guān)器件的導(dǎo)通和截止等都會(huì)引起干擾，這些干擾幅值可達(dá)瞬時(shí)千伏級(jí)，而且占有很寬的頻率。顯而易見，要想完全抑制如此寬頻帶范圍的干擾，必須對(duì)交流電源和直流電源同時(shí)采取措施。

大量實(shí)踐表明，采用壓敏電阻和低通濾波器可使頻率范圍在20kHz～100MHz之間的干擾大大衰減。采用隔離變壓器和電源變壓器的屏蔽層可以消除20kHz以下的干擾，而為了消除交流電網(wǎng)電壓緩慢變化對(duì)控制系統(tǒng)造成的影響，可采取交流穩(wěn)壓等措施。

對(duì)于直流電源通常要考慮盡量加大電源功率容限和電壓調(diào)整范圍。為了使裝備能適應(yīng)負(fù)載在較大范圍變化和防止通過電源造成內(nèi)部噪聲干擾，整機(jī)電源必須留有較大的儲(chǔ)備量，并有較好的動(dòng)態(tài)特性。習(xí)慣上一般選取0.5～1倍的余量。另外，盡量采用直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源不僅可以進(jìn)一步抑制來自交流電網(wǎng)的干擾，而且還可以抑制由于負(fù)載變化所造成的電路直流工作電壓的波動(dòng)。

3、合理布局

對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備及系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行合理的布局，能有效地防止電磁干擾的危害。合理布局的基本原則是使干擾源與干擾對(duì)象盡可能遠(yuǎn)離，輸入和輸出端口妥善分離，高電平電纜及脈沖引線與低電平電纜分別敷設(shè)等。

對(duì)企業(yè)環(huán)境的各設(shè)備之間也存在合理布局問題。不同設(shè)備對(duì)環(huán)境的干擾類型、干擾強(qiáng)度不同，抗干擾能力和精度也不同，因此，在設(shè)備位置布置上要考慮設(shè)備分類和環(huán)境處理，如精密檢測(cè)儀器應(yīng)放置在恒溫環(huán)境，并遠(yuǎn)離有機(jī)械沖擊的場(chǎng)所，弱電儀器應(yīng)考慮工作環(huán)境的電磁干擾強(qiáng)度等。

一般來說，除了上述方案以外，還應(yīng)在安裝、布線等方面采取嚴(yán)格的工藝措施，如布線上注意整個(gè)系統(tǒng)導(dǎo)線的分類布置，接插件的可靠安裝與良好接觸，注意焊接質(zhì)量等。實(shí)踐表明，對(duì)于一個(gè)具體的系統(tǒng)，如果工藝措施得當(dāng)，不僅可以大大提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，而且還可以彌補(bǔ)某些設(shè)計(jì)上的不足之處。