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全自动包装机系统的抗干扰设计

发布时间:2021-02-19 14:45:11 |来源:网络转载

电子系统抗干扰技术的研究是系统电磁兼容性的研究,所以单片机系统抗干扰技术的研究本质上是单片机系统电磁兼容性的研究。单片机系统是一种电子设备,其特点是高速运算和传输数字逻辑信号。与电磁兼容研究中的其他电子设备相比,它具有以下特殊属性:
第一,单片机系统包含数字电路和模拟电路,但以数字电路为主(包括工作在开关模式的电路),其中二极管、集成电路、差分电路、A/D转换电路和D/A转换电路使用最多,它们既是干扰源又是干扰的敏感元件,尤其是MOS和D/A最敏感。
其次,在模拟电路中,瞬时干扰消失后系统可以恢复正常运行,而在具有记忆功能的数字电路系统中,瞬时干扰过去后无法恢复,必然导致潜在危机。
三、脉冲干扰是抗干扰技术研究的重点,因为单片机系统的组成主要是数字电路,传输脉冲信号,对脉冲干扰也很敏感。
第四,硬件法、软件法和软硬件结合是计算机电磁兼容设计的三种方法,其中软件法和软硬件结合是单片机系统的突出特点和独创性。这两种方法的前提是不损坏硬件,不干扰程序,不损坏ram中的重要数据。由于软件存在于ROM和RAM中,所以抗干扰软件需要通过硬件(单片机和微控制器)来控制和执行。
1硬件抗干扰技术
硬件抗干扰技术是一个非常宽泛的问题,是单片机系统抗干扰设计的重要途径,包括以下几个方面:11布线技术。
印刷电路板的设计中,强弱电要严格分开,尽量不要在一个印刷电路板上设计;电路板的方向应尽可能与数据传输方向一致,接地线应尽可能厚,印刷电路板的所有关键部位应配置去耦电容。
1.2接地技术
接地是电子设备中一个非常重要的问题。有三个接地目的:
(1)接地使整个电路系统中的所有单元电路都有一个共同的参考零电位,保证电路系统能够稳定工作。
(2)防止外部电磁场的干扰。将外壳接地可以使外壳上因静电感应而积累的大量电荷通过大地放电,否则这些电荷形成的高压可能会引起设备内部的火花放电,造成干扰。此外,对于电路的屏蔽体,如果选择合适的接地,可以获得良好的屏蔽效果。
(3)保证安全工作。当工频交流电源的输入电压因绝缘不良或其他原因直接与外壳连通时,可避免操作人员触电事故。
1.3屏蔽技术
屏蔽是两个空间区域之间的金属隔离,控制电场、磁场和电磁波从一个区域到另一个区域的感应和辐射。具体来说,组件、电路、组件、电缆或整个系统被屏蔽体包围,以防止它们受到外部电磁场的影响。
1.4切断电源干扰
采用交流稳压器,保证供电稳定,防止供电系统过压欠压;利用低通滤波器消除高次谐波,改善功率波形;采用隔离变压器和双层屏蔽措施,减小分布电容,提高系统抗共模干扰能力。
在DXH-120自动包装机的控制系统中,为提高硬件抗干扰能力,采取了以下措施。
(1)在MAX7219的硬件设计中,引脚18和引脚19之间的电阻RSET是必需的。为了将峰值电流引起的纹波降至最低,在+5V和GND之间连接一个中频和0.1/中频电容,并尽可能靠近芯片。
(2)2)max7219芯片应靠近LED显示屏放置,接线尽量短,以尽量减小引线电感和电磁干扰。
(3)当MAX7219芯片与单片机距离较远时,为了防止高频干扰,数据传输的频率应较低,在CLK时钟输入引脚和LOADlock输入引脚与GND之间应连接一个lOOOpF陶瓷片电容。
(4)MAX7219采用三线串行数据传输。当单片机与它之间的距离较远时,可以使用光电耦合器传输数据,这将大大提高系统的抗干扰性能。
2软件抗干扰技术
2.1单片机控制系统软件的基本要求
软件的可靠性往往被忽视,但由于单片机工作环境的干扰日益严重,必须重视软件的可靠性。除了可靠性、易于理解、易于维护、准确和可测试之外,单片机控制系统本身也提出了以下要求:
(1)容错。由于单片机控制系统的环境比较恶劣,往往会有环境温度、电场、磁场等干扰源。,这使得数据收集不可靠、控制失败或程序运行异常。当这些错误或故障发生时,软件应该能够从错误或故障中恢复而不受影响,以确保系统的正常运行。
(2)实时。实时是控制系统的一般要求,要求系统及时响应外部事件,及时给出处理结果。随着电子技术的飞速发展,硬件的集成度和速度也在不断提高。因此,需要编写相应的软件来满足实时性要求。在应用程序设计中,汇编语言比高级语言更具有实时性。
(3)足够的时间裕度。时序是编程中必须考虑的问题。写程序时,不仅时序要正确,还要有足够的时序余量。
2.2软件抗干扰技术
干扰可能对单片机系统造成如下后果:数据采集误差增大,程序失控或陷入无限循环。软件抗干扰技术的突出优点是可靠性高,易于修改。常用的软件抗干扰方法有:
(1)设置指令冗余。如果干扰信号已经以某种方式作用于CPU,CPU就无法按照正常状态执行程序,造成混乱。也就是说,程序“跑偏”后,经常会有一些操作数作为指令代码执行,造成整个程序的混乱。所谓“指令冗余”,就是在一些关键的地方连续安排三个空的操作指令NOP。当程序失控时,只要指令连续执行不跳转,就会运行NOP指令,使程序恢复正常。
(2)设置软件陷阱。使用“指令冗余”将“失控”程序恢复正常是有条件的。首先,“失控”程序必须落入程序区,然后必须执行设置的冗余指令。如果“失控”程序落入非程序区,或者在冗余指令执行前已经形成无限循环,“指令冗余”措施不能使“失控”程序恢复正常。此时,可以采用另一种软件抗干扰措施,即软件陷阱。用LJMP0000H的机器码填充非程序区。这样无论PC失控后飞到非程序区哪个字节都可以复位。
(3)设置看门狗。如果“失控”的程序陷入暂时的无限循环,多余的指令和软件陷阱将无能为力。将程序从无限循环恢复到正常状态的有效方法是设置一个时间监视器,通常称为“看门狗”。时间显示器有两种:一种是硬时钟;其次是软时钟。硬时钟是CPU之外的硬件组成的定时器。软时钟使用片内定时器/计数器,计时时间比正常执行一个程序周期所需的时间长。软钟和硬钟各有特点。软时钟不需要增加硬件电路,而是占用定时器/计数器。硬时钟不占用系统资源,反而增加硬件电路和材料成本。
3结论
解决干扰问题主要有两种途径:一是切断干扰路径或减少干扰的影响,二是增强系统本身的抗干扰能力。本文从两个方面总结了DXH—120自动包装机抗干扰设计的基本方法。

 

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