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| 熱量表抗干擾研究 |
| 熱量表抗干擾研究 | | 發(fā)布時(shí)間：2017/10/30 7:46:00 |
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熱量表是一種計(jì)量熱量的裝置，其能夠顯示采暖用戶所用熱量的多少，用戶可以根據(jù)所用的熱量繳費(fèi)，以實(shí)現(xiàn)采暖用戶計(jì)量收費(fèi)的目標(biāo)，因此該表的使用和推廣對(duì)于節(jié)約能源和改革供熱系統(tǒng)，提高供熱系統(tǒng)的能量有效利用率起到巨大的促進(jìn)作用。但是，目前我國(guó)部分地區(qū)水質(zhì)很差，對(duì)熱量表的元器件具有破壞性的作用。這樣，供熱系統(tǒng)怎樣去除干擾就顯得特別重要了。針對(duì)干擾源和干擾的傳播途徑，采用恰當(dāng)?shù)能浻布垢蓴_技術(shù)是提高單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的重要手段。
一、硬件抗干擾設(shè)計(jì)
通過(guò)合理的硬件設(shè)計(jì)能有效抑制干擾源，切斷干擾傳播通道。只要合理地設(shè)置與選擇相關(guān)參數(shù)，硬件抗干擾技術(shù)就能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾。
1.系統(tǒng)供電的抗干擾設(shè)計(jì)
由于大部分熱量表采用電池供電，電池本身有高頻噪聲，干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此消除電源干擾對(duì)于保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行尤為重要，在熱量表的設(shè)計(jì)中可以采取兩種措施：一是，可以采用TI公司的TPS76350型穩(wěn)壓芯片，這使電源供電的穩(wěn)定性性大大提高；二是，可以在電路板上每個(gè)IC芯片的電源和地之間接都連接電容進(jìn)行退耦，消除電源中的高頻干擾和低頻干擾。
2.渦輪流量計(jì)的抗干擾設(shè)計(jì)
為了保證渦輪傳感器輸出的脈沖信號(hào)有足夠的靈敏度，在配置信號(hào)傳輸線時(shí)，應(yīng)注意以下方面：第一，限制信號(hào)線的最大長(zhǎng)度；第二，信號(hào)傳輸線應(yīng)采用屏蔽電纜，防止外部的感應(yīng)噪聲，傳輸線屏蔽接地，傳輸線不能靠近強(qiáng)點(diǎn)設(shè)備。第三，在脈沖信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)時(shí)進(jìn)行光耦隔離。
二、軟件抗干擾設(shè)計(jì)
通過(guò)軟件的可靠性設(shè)計(jì)，可以降低干擾對(duì)熱量表系統(tǒng)工作的影響，確保熱量表中的單片機(jī)及時(shí)發(fā)現(xiàn)因干擾導(dǎo)致程序出現(xiàn)的錯(cuò)誤，并使系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)或報(bào)警。
1“.看門狗”技術(shù)為了解決單片機(jī)受到干擾而失控的問(wèn)題，通常采用程序監(jiān)視技術(shù)，又稱“看門狗”技術(shù)，使程序脫離“死循環(huán)”。在正常操作期間，一次WDT定時(shí)時(shí)間到，將產(chǎn)生一次器件復(fù)位，讓程序從頭開(kāi)始重新運(yùn)行。
2.軟件數(shù)字濾波
軟件數(shù)字濾波是執(zhí)行一段程序?qū)Σ杉臄?shù)字量通過(guò)計(jì)算減少干擾信號(hào)的幅度，提高信噪比。軟件濾波的常用方法有算數(shù)平均值濾波法、中值濾波法、防脈沖干擾平均值法。
三、印刷電路板抗干擾設(shè)計(jì)
電路板設(shè)計(jì)的是否合理對(duì)系統(tǒng)的抗干擾能力影響很大，故印刷電路板的設(shè)計(jì)必須遵循一些抗干擾的設(shè)計(jì)原則，在設(shè)計(jì)中采取以下抗干擾措施。
1.電源線和地線的處理
在電路板的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量的加寬電源線和地線的寬度，在電路板布線完成后，對(duì)底層和頂層進(jìn)行鋪地處理，把電路板上的元器件需要接地的引腳都和都用覆銅層相連，這樣可大大提高的系統(tǒng)的抗干擾性能。
2.模擬電路與數(shù)字電路處理
在電路板的設(shè)計(jì)中，應(yīng)將電路中的模擬電路與數(shù)字電路加以區(qū)分，在PCB制作時(shí)，線寬上模擬電路應(yīng)適當(dāng)大于數(shù)字電路。AD轉(zhuǎn)換器模擬地與數(shù)字地的分布要參考其芯片資料，嚴(yán)格按其要求進(jìn)行布局。
3.電容的布局
電容的布局盡量將退耦電容和濾波電容、旁路電容放置在對(duì)應(yīng)元件的周圍。印制電路板的走線、引腳連線和接線引起電感，其存在會(huì)在電源線上引起紋波和毛刺，而在電源和地之間放置一個(gè)退耦電容可以有效濾除高頻紋波。
本文分別從硬件和軟件等方面對(duì)熱量表系統(tǒng)的抗干擾進(jìn)行了闡述，這樣能顯著提高熱量表的抗干擾能力，增強(qiáng)熱量表的實(shí)用性，為熱量表的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
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熱量表是一種計(jì)量熱量的裝置，其能夠顯示采暖用戶所用熱量的多少，用戶可以根據(jù)所用的熱量繳費(fèi)，以實(shí)現(xiàn)采暖用戶計(jì)量收費(fèi)的目標(biāo)，因此該表的使用和推廣對(duì)于節(jié)約能源和改革供熱系統(tǒng)，提高供熱系統(tǒng)的能量有效利用率起到巨大的促進(jìn)作用。但是，目前我國(guó)部分地區(qū)水質(zhì)很差，對(duì)熱量表的元器件具有破壞性的作用。這樣，供熱系統(tǒng)怎樣去除干擾就顯得特別重要了。針對(duì)干擾源和干擾的傳播途徑，采用恰當(dāng)?shù)能浻布垢蓴_技術(shù)是提高單片機(jī)系統(tǒng)可靠性的重要手段。
一、硬件抗干擾設(shè)計(jì)
通過(guò)合理的硬件設(shè)計(jì)能有效抑制干擾源，切斷干擾傳播通道。只要合理地設(shè)置與選擇相關(guān)參數(shù)，硬件抗干擾技術(shù)就能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾。
1.系統(tǒng)供電的抗干擾設(shè)計(jì)
由于大部分熱量表采用電池供電，電池本身有高頻噪聲，干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此消除電源干擾對(duì)于保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行尤為重要，在熱量表的設(shè)計(jì)中可以采取兩種措施：一是，可以采用TI公司的TPS76350型穩(wěn)壓芯片，這使電源供電的穩(wěn)定性性大大提高；二是，可以在電路板上每個(gè)IC芯片的電源和地之間接都連接電容進(jìn)行退耦，消除電源中的高頻干擾和低頻干擾。
2.渦輪流量計(jì)的抗干擾設(shè)計(jì)
為了保證渦輪傳感器輸出的脈沖信號(hào)有足夠的靈敏度，在配置信號(hào)傳輸線時(shí)，應(yīng)注意以下方面：第一，限制信號(hào)線的最大長(zhǎng)度；第二，信號(hào)傳輸線應(yīng)采用屏蔽電纜，防止外部的感應(yīng)噪聲，傳輸線屏蔽接地，傳輸線不能靠近強(qiáng)點(diǎn)設(shè)備。第三，在脈沖信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)時(shí)進(jìn)行光耦隔離。
二、軟件抗干擾設(shè)計(jì)
通過(guò)軟件的可靠性設(shè)計(jì)，可以降低干擾對(duì)熱量表系統(tǒng)工作的影響，確保熱量表中的單片機(jī)及時(shí)發(fā)現(xiàn)因干擾導(dǎo)致程序出現(xiàn)的錯(cuò)誤，并使系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)或報(bào)警。
1“.看門狗”技術(shù)為了解決單片機(jī)受到干擾而失控的問(wèn)題，通常采用程序監(jiān)視技術(shù)，又稱“看門狗”技術(shù)，使程序脫離“死循環(huán)”。在正常操作期間，一次WDT定時(shí)時(shí)間到，將產(chǎn)生一次器件復(fù)位，讓程序從頭開(kāi)始重新運(yùn)行。
2.軟件數(shù)字濾波
軟件數(shù)字濾波是執(zhí)行一段程序?qū)Σ杉臄?shù)字量通過(guò)計(jì)算減少干擾信號(hào)的幅度，提高信噪比。軟件濾波的常用方法有算數(shù)平均值濾波法、中值濾波法、防脈沖干擾平均值法。
三、印刷電路板抗干擾設(shè)計(jì)
電路板設(shè)計(jì)的是否合理對(duì)系統(tǒng)的抗干擾能力影響很大，故印刷電路板的設(shè)計(jì)必須遵循一些抗干擾的設(shè)計(jì)原則，在設(shè)計(jì)中采取以下抗干擾措施。
1.電源線和地線的處理
在電路板的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量的加寬電源線和地線的寬度，在電路板布線完成后，對(duì)底層和頂層進(jìn)行鋪地處理，把電路板上的元器件需要接地的引腳都和都用覆銅層相連，這樣可大大提高的系統(tǒng)的抗干擾性能。
2.模擬電路與數(shù)字電路處理
在電路板的設(shè)計(jì)中，應(yīng)將電路中的模擬電路與數(shù)字電路加以區(qū)分，在PCB制作時(shí)，線寬上模擬電路應(yīng)適當(dāng)大于數(shù)字電路。AD轉(zhuǎn)換器模擬地與數(shù)字地的分布要參考其芯片資料，嚴(yán)格按其要求進(jìn)行布局。
3.電容的布局
電容的布局盡量將退耦電容和濾波電容、旁路電容放置在對(duì)應(yīng)元件的周圍。印制電路板的走線、引腳連線和接線引起電感，其存在會(huì)在電源線上引起紋波和毛刺，而在電源和地之間放置一個(gè)退耦電容可以有效濾除高頻紋波。
本文分別從硬件和軟件等方面對(duì)熱量表系統(tǒng)的抗干擾進(jìn)行了闡述，這樣能顯著提高熱量表的抗干擾能力，增強(qiáng)熱量表的實(shí)用性，為熱量表的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
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