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港口起重机力矩限制器抗干扰性能分析

港口起重机是一种蕴藏危险因素较多、事故发生几率较大的工程机械，国内外每年都发生大量因港口起重机事故造成的设备损坏甚至人身伤亡事故。切纸机任何起重机都有其最大安全载荷限度，超过这个限度，轻则对设备部件造成损坏，重则发生整车倾覆的恶性事故。因此，必须控制起重机在安全限度内工作。在这种条件下，具有载荷、力矩限制功能的起重机力矩限制器成为保证起重机安全作业的必不可少的保护装置。

起重机工作环境一般比较恶劣，工作现场的干扰很严重。所以在系统设计上，应该采取必要的软硬件措施，减小甚至消除各种不良因素对它的影响和损害，提高工作的稳定性和可靠性，单片机系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。

2. 干扰渠道和抗干扰措施

干扰串入系统的渠道主要有三条，即空间干扰(场干扰)，它通过电磁波辐射串入系统；过程通道干扰，干扰通过与主机相连的前向通道、后向通道及与其它主机的相互通道进入；供电系统干扰。一般情况下，空间干扰在强度上远小于其它两个渠道串入的干扰，为了克服空间干扰，对机壳采取良好的屏蔽与正确的接地。若采用了直流稳压电源供电，供电系统的干扰较小，主要考虑过程通道的干扰。过程通道是前向接口、后向接口进行信息传输的路径，在过程通道中长线传输的干扰是主要因素。按照经验，当微处理器的主振频率为lMHz时，传输线大于0．5m或者主振为4MHz时，传输线大于0、3m，即作为长线传输处理，单片机过程通道的长线传输不可避免。单片机应用系统中，传输线上的信息多为脉冲波，它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减、通道干扰等。为了保证长线传输的可靠性，主要措施有光电藕合隔离、双绞线传输、阻抗匹配等。

A阻抗匹配措施主要通过阻抗匹配器来实现。匹配原理其实就是为了保证输入信号最大程度的传人设备，要求输入功率在传输线上的损耗要小，只有当接入设备的传输线的阻抗(纯电阻)等于设备的输入阻抗(实数部分)功率才会最大的被传输，当设备的输入阻抗包含容抗或感抗时，就会产生较大衰减，这时就要用到阻抗匹配器了，把容抗或感抗抵消掉。大体上，阻抗匹配有两种，一种是透过改变阻抗力，另一种则是调整传输线的波长。

B光电隔离措施主要通过光电耦合器来实现。光电耦合器以光电转换原理传输信息，它不仅使信息发出端与信息接收并输出端是带电绝缘的，从而对地电位差干扰有很强的抑制能力，而且有很强的抑制电磁干扰的能力，且速度高，价格低，接口简单，因而得到广泛应用。光电耦合隔离器的型号有很多如二极管一二极管光电耦合器、二极管一晶体管光电耦合器、二极管一达林顿管光电耦合器、二极管-T几逻辑电路光电耦合器等。

C双绞线传输措施主要通过双绞线传输器来实现。双绞线一般是指线，双绞线传输利用差分传输原理，在发射端将视频信号变换成幅度相等卷扬机、极性相反的视频信号，通过双绞线传输后，在接收端将二个极性相反的视频信号相减变成通常的视频信号，故能有效抑制共模干扰，即使在强干扰环境下，其抗干扰能力远比同轴电缆好，同一根线相互之间不会发生干扰。双绞线传输器常见的型号有3类线，5类线和超5类线，以及最新的6类线，前者线径细而后者线径粗。

3. 硬件的抗干扰设计

影响单片机系统实验力分档：全程不分档等效4档（全程分辨率不变）；可靠安全运行的因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。通常可采用以下所述方法实现硬件的抗干扰。

3.1 供电系统抗干扰

系统的供电不直接使用起重机的直确保了产品的高端化流电源，DC—DC变换之后向系统供电，获得高质量的直流电压。使用不同DC—DC模块将模拟地和数字地隔离开。

3.2 印刷电路板设计的抗干扰措施

印刷电路板是单片机应用系统中器件、信号线、电源线的高密度集合体，印刷电路板设计的好坏对抗干扰能力影响很大，故印刷电路板的设计绝不单是器件、线路的简单布局安排，还必须符合抗干扰的设计原则。通常有下述抗干扰措施：

3.2.1 地线设计

应用系统中地线结构大致有系统地、机壳地、Tyvek 还广泛利用于药品和生鲜食品运输的保护数字地和模拟地等。接地是抑制干扰的重要方法，如能将接地和屏蔽正确结合起来使用可解决大部分干扰问题。

3.2.2 去藕电容配置

在印刷电路板的各个关键部位配置去耦电容是印刷电路板设计的一个常规做法。电源输入端跨接10—100F的电解电容器。每个集成电路芯片都安置了一个0．01F的陶瓷电容器。电容引线很短。

3.2.3 其他措施

CMOS芯片的输入阻抗很高，易受感应，对其不用的引脚进行了接地或接正电源的处理。继电器、按钮等在操作时会产生火花，设计中，我们利用RC电路加以吸收，继电器线圈两端还并接了续流二极管。实践表明，元器件的质量对系统影响很大。因此应选择正品元器件。使用前要进行必要的筛选。对于接插件，应选择抗震性能好，接合可靠，可防松的。传输电缆应具有性能良好的屏蔽层，耐老化，抗损伤，不易断线。

3.3 屏蔽与接地措施

用金属外壳将整机包围起来，再将金属外壳接地就能起到屏蔽的作用海洋仪器，对于各种通过电磁感应引起的干扰特别有效。屏蔽外壳的接地与系统的参考点相连，而且只能在一处相连。所有引入、引出线都应采用屏蔽线，其屏蔽层应和外壳在同一点接系统参考点。参考点不同的系统应分别屏蔽，不可共处一个屏蔽装置。

3.4 过程通道抗干扰措施

过程通道是前向汽车轮胎接口、后向接口或主机与主机之间进行信息传输的路径，在过程通道中长线传输的干扰是主要因素。随着系统主振频率愈来愈高，微机系统过程同通道的长线传输愈来愈不可避免。例如，按照经验公式计算，当微处理器的主振频率为1MHZ时，传输大于0．5m或主振为4MHZ时，传输线大于0．3m，即作为长线传输处理。单片机应用系统中，传输线上的信息多为脉冲波，它在传输线上传输时会出现延时、畸变、衰减、通道干扰等。为了保证长线传输的可靠性，主要有光电藕合隔离技术、双绞线传输、阻抗匹配等。长线传输时，用电流传输代替电压传输，可获得较好的抗干扰能力。

4. 软件的抗干扰设计

单片机应用系统的抗干扰不可能完全依靠硬件解决，因此，有必要进行软件抗干扰设计。软件抗干扰是属于单片机系统的自身防御行为。软件抗干扰措施的前提条件是：系统中抗干扰软件不会因干扰而损坏。在单片机应用系统中，由于程序及一些重要常数都存放在R服中，这就为软件的抗干扰创造了良好的前提。在软件设计时，本着在满足系统控制功能的前提下，尽量提高软件的可靠性的原则，可采取以下软件抗干扰措施。

4.1 数字滤波

对于实时数据采集系统，为了消除传感器通道中的干扰信号，在硬件措施上常采取有源或无源RLC络，构成模拟滤波器对信号实现频率滤波。同样，运用CPU的运算、控制功能也可以实现频率滤波，完成类似模拟滤波器的功能，这就是数字滤波。在一般数据采集系统中，常采用一些简单的数值、逻辑运算处理来达到滤波的效果。这些方法有程序滤波、中值滤波、算数平均滤波、去极值平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波、低通且负荷不能再上升滤波等。这样经过数字滤波，可以减少系统的随机干扰对采集结果的影响。

4.2 数字信号输出的软件抗干扰

对于输出的开关量控制信号，要多次重复输出同一数据。只要有可能，其重复周期尽可能短些。外部设备接受到一个被干扰的错误信息后还没有作出反应，一个正确的输出信息又来到，就可以及时防止错误动作的产生。

4.3 程序运行失常的软件抗干扰系统受到干扰，致使PC值改变，造成程序运行失常，常常导致程序飞出数据区及工作寄存器中数据破坏。对于程序运行失常的软件对策主要是发现失常状态后及时引导系统恢复原始状态。

4.3.1 指令冗余

当CPU受到干扰后。往往将一些操作数当作指令码来执行，引起程序混乱。本文在一些对程序流向起决定作用的指令之前插入两条NOP指令，以保证弹飞的程序迅速纳入正确的控制轨道，此类指令有：RET、RET、ACAI、LCALL、AJMP、LJMP、JZ、JNZ、JC、JNC、JB、JNB、CJNZ、DJNZ等。在某些对系统工作状态至关重要的指令前也可插入两条NOP指令，以保证被正确执行。

4.3.2 软件陷阱

当弹飞的程序落到非程序区(如未使用的中断向量区)时。指令冗余就不起作用了：只能在非程序区设置拦截措施，使弹飞的程序掉人软件陷阱，强行将程序纳入正轨。所谓软件陷阱，就是一条引导指令强行将捕获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。软件陷阱一般由一条跳转指令和空操作指令组成。

4.3.3 程序运行监视系统(WATCHDOG)当程序弹飞到一个临时构成的死循环时，冗余指令和软件陷阱也无能为力，此时系统将完全瘫痪，使用程序运行监视系统能及时发觉死循环并能使系统复位。

本文对系统产生干扰的原因分析较为充分，对系统软、硬件进行抗干扰设计的方法以及所提出的抗干扰措施，可有效地保证系统可靠运行。

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