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論述機電一體化系統抗干擾的途徑
摘要：機電一體化是在機械的主功能、動(dòng)力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結合而構成的系統。機電一體化系統在工業(yè)應用環(huán)境運行時(shí)，系統會(huì )受到一定的干擾問(wèn)題，對此，文中進(jìn)行了分析，并提出了一些相應的解決措施。
關(guān)鍵詞：機電一體化；干擾；抗干擾
機電一體化系統投入工業(yè)應用環(huán)境運行時(shí)，系統總會(huì )受到電網(wǎng)、空間與周?chē)h(huán)境干擾。若系統抵御不住干擾的沖擊，各電氣功能模塊將不能進(jìn)行正常的工作，微機系統往往會(huì )因干擾產(chǎn)生程序跑飛，傳感器模塊將會(huì )輸出偽信號，功率驅動(dòng)模塊將會(huì )輸出畸變的驅動(dòng)信號，使執行機構動(dòng)作失常，最終導致系統產(chǎn)生故障，甚至癱瘓。
1 干擾源
從干擾竄入系統的渠道來(lái)看，系統所受到的干擾源分為供電干擾、過(guò)程通道干擾、場(chǎng)干擾等，如1 所示。
1.1 供電干擾大功率設備會(huì )造成電網(wǎng)的嚴重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度地漲落、浪涌，大功率開(kāi)關(guān)的通斷，電動(dòng)機的啟停等原因，電網(wǎng)上常常出現很高的尖峰脈沖干擾。據統計，電源的投入、瞬時(shí)短路、欠壓、過(guò)壓、電網(wǎng)竄入的噪聲引起CPU 誤動(dòng)作及數據丟失占各種干擾的90％以上。
1.2 過(guò)程通道干擾過(guò)程通道干擾主要來(lái)源于長(cháng)線(xiàn)傳輸。當系統中有電氣設備漏電，接地系統不完善，或者傳感器測量部件絕緣不好等；及各通道的傳輸線(xiàn)如果處于同根電纜或捆扎在一起，尤其是將信號線(xiàn)與交流電源線(xiàn)處于同一根管道時(shí)，產(chǎn)生的共�；虿钅ｋ妷憾紩�(huì )影響系統，使系統無(wú)法工作。
1.3 場(chǎng)干擾系統周?chē)目臻g總存在著(zhù)磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)，如太陽(yáng)及天體輻射；廣播、電話(huà)、通訊發(fā)射臺的電磁波；周?chē)蓄l設備發(fā)出的電磁輻射等。這些場(chǎng)干擾會(huì )通過(guò)電源或傳輸線(xiàn)影響各功能模塊的正常工作，使其中的電平發(fā)生變化或產(chǎn)生脈沖干擾信號。
2 抗供電干擾的措施
2.1 配電系統的抗干擾抑制供電干擾首先從配電系統上采取措施，可采用2 所示的配電方案。
其次可采用分立式供電方案，就是將組成系統各模塊分別用獨立的變壓、整流、濾波、穩壓電路構成的直流電源供電，這樣就減少了集中供電的危險性，而且也減少了公共阻抗以及公共電源的相互耦合，提高了供電的可靠性，也有利于電源散熱。
另外，交流電的引入線(xiàn)應采用粗導線(xiàn)，直流輸出線(xiàn)應采用雙絞線(xiàn)，扭絞的螺距要小，并盡可能縮短配線(xiàn)長(cháng)度。
2.2 利用電源監視電路在配電系統中實(shí)施抗干擾措施是必不可少的，但這些仍難抵御微秒級的干擾脈沖及瞬態(tài)掉電，特別是后者屬于惡性干擾，可能產(chǎn)生嚴重的事故。因此應采取進(jìn)一步的保護性措施，即使用電源監視電路。電源監視電路需具有監視電源電壓瞬時(shí)短路、瞬間降壓和微秒級干擾及掉電的功能；及時(shí)輸出供CPU 接受的復位信號及中斷信號等功能。
3 過(guò)程通道抗干擾措施
抑制過(guò)程通道上的干擾，主要措施有光電隔離、雙絞線(xiàn)傳輸、阻抗匹配、電流傳輸以及合理布線(xiàn)等。
3.1 光電隔離利用光電耦合器的電流傳輸特性，在長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí)可以將模塊間兩個(gè)光電耦合器件用連線(xiàn)"浮置"起來(lái)，這種方法不僅有效地消除了各電氣功能模塊間的電流流經(jīng)公共線(xiàn)時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓互相竄擾，而且有效地解決了長(cháng)線(xiàn)驅動(dòng)和阻抗匹配問(wèn)題。
3.2 雙絞線(xiàn)傳輸在長(cháng)線(xiàn)傳輸中，雙絞線(xiàn)是較常用的一種傳輸線(xiàn)，與同軸電纜相比，雖然頻帶較窄，但阻抗高，降低了共模干擾。由于雙絞線(xiàn)構成的各個(gè)環(huán)路，改變了線(xiàn)間電磁感應的方向，使其相互抵消，因而對電磁場(chǎng)的干擾有一定的抑制效果。
3.3 阻抗匹配長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí)，若收發(fā)兩端的阻抗不匹配，則會(huì )產(chǎn)生信號反射，使信號失真，其危害程度與傳輸的頻率及傳輸線(xiàn)長(cháng)度有關(guān)。
3.4 電流傳輸長(cháng)線(xiàn)傳輸時(shí)，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。
3.5 合理布線(xiàn)強電饋線(xiàn)必須單獨走線(xiàn)，強信號線(xiàn)與弱信號線(xiàn)應盡量避免平行走向。
4 場(chǎng)干擾的抑制
防止場(chǎng)干擾的主要方法是良好的屏蔽和正確的接地。須注意以下問(wèn)題：
4.1 消除靜電干擾最簡(jiǎn)單的方法是把感應體接地，接地時(shí)要防止形成接地環(huán)路。
4.2 為了防止電磁場(chǎng)干擾，可采用帶屏蔽層的信號線(xiàn)，并將屏蔽層單端接地。
4.3 不要把導線(xiàn)的屏蔽層當作信號線(xiàn)或公用線(xiàn)來(lái)使用。
4.4 在布線(xiàn)方面，不要在電源電路和檢測、控制電路之間使用公用線(xiàn)，也不要在模擬電路和數字脈沖電路之間使用公用線(xiàn)，以免互相串擾。
5 軟件抗干擾技術(shù)
各種形式的干擾最終會(huì )反映在系統的微機模塊中，導致數據采集誤差、控制狀態(tài)失靈、存儲數據竄改以及程序運行失常等后果，雖然在系統硬件上采取了上述多種抗干擾措施，但仍然不能保證微機系統正常工作。因為軟件抗干擾是屬于微機系統的自身防御行為，實(shí)施軟件抗干擾的必要條件是：
5.1 在干擾的作用下，微機硬件部分以及與其相連的各功能模塊不會(huì )受到任何損毀，或易損壞的單元設置有監測狀態(tài)可查詢(xún)。
5.2 系統的程序及固化常數不會(huì )因干擾的侵入而變化。
5.3 RAM 區中的重要數據在干擾侵入后可重新建立，并且系統重新運行時(shí)不會(huì )出現不允許的數據。
抑制數據采樣的干擾可采用：數字濾波，寬度判斷抗尖峰脈沖干擾等辦法，也可采用重復檢查法，偏差判斷法來(lái)檢查判斷是否有干擾信號。而程序運行失常的軟件抗干擾措施一般有：
5.3.1 設置WATCHDOG 功能，由硬件配合，監視軟件的運行情況，遇到故障進(jìn)行相應的處理。
5.3.2 設置軟件陷阱，當程序指針失控而使程序進(jìn)入非程序空間時(shí)，在該空間中設置攔截指令，使程序進(jìn)入陷阱，然后強迫其轉入初始狀態(tài)。
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