单片机控制变频介质损耗测试仪
1单片机应用系统中的干扰
单片机由于其优异的性能价格比，变频介质损耗测试仪被广泛地应用于各个领域。随着单片机种类越来越多，其功能越来越完善，硬件的设计也变得越来越简单。而在实验室里设计的控制系统，在安装、调试后完全符合设计要求，但把系统置入现场后，系统常常不能够正常稳定地工作。产生这种情况的原因主要是现场环境复杂和各种各样的电磁干扰，所以单片机应用系统的可靠性设计、抗干扰技术的应用变得越来越重要了。
1.1干扰的主要来源
工业现场环境中干扰是以脉冲的形式进入单片机系统的，其主要的渠道有三条，即空间干扰、供电系统干扰、过程通道干扰。空间干扰多发生在高电压、大电流、高频电磁场附近，并通过静电感应、电磁感应等方式侵入系统内部;供电系统干扰是由于电源的噪声干扰所引起的;过程通道干扰是干扰通过前向通道和后向通道进入系统。干扰一般沿各种线路侵入系统。系统接地装置不可靠，也是产生干扰的重要原因;各类传感器、输入输出线路的绝缘损坏均有可能引入干扰。
1.2干扰对单片机应用系统的影响
影响应用系统可靠、安全运行的主要因素来自系统内部和外部的各种电磁干扰，以及系统结构设计、元器件安装、加工工艺和外部电磁环境条件等。这些因素对单片机系统造成的干扰后果主要表现在以下几个方面：
1.2.1测量数据误差加大。干扰侵入单片机系统测量单元模拟信号的输入通道，叠加在测量信号上，会使数据采集误差加大，甚至干扰信号淹没测量信号，特别是在检测一些微弱信号时，如人体的生物电信号等。
1.2.2影响单片机RAM存储器和E2PROM等。在单片机系统中，程序及表格、数据存在程序存储器EPROM或FLASH中，避免了这些数据受干扰破坏。但是，对于片内RAM、外扩RAM、E2PROM中的数据都有可能受到外界干扰而变化。
1.2.3控制系统失灵。单片机变频介质损耗测试仪输出的控制信号通常依赖于某些条件的状态输入信号和对这些信号的逻辑处理结果。若这些输入的状态信号受到干扰，引入虚假状态信息，将导致输出控制误差加大，甚至控制失灵。
1.2.4程序运行失常。外界的干扰有时导致机器频繁复位而影响程序的正常运行。若外界干扰导致单片机程序计数器PC值的改变，则破坏了程序的正常运行。由于受干扰后的PC值是随机的，程序将执行一系列毫无意义的指令，最后进入“死循环”，这将使输出严重混乱或死机。
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2单片机应用系统的硬件抗干扰技术
硬件抗干扰技术是系统设计时首选的抗干扰措施，它能有效抑制干扰源，阻断干扰传输通道。本文简要介绍常用的硬件设计抗干扰措施。
2.1元器件与单片机的选择
2.1.1现在市场上出售的元器件种类繁多，有些元器件可用但性能不佳，有些元器件极易受到干扰，因此在选择关键元器件如译码器、键盘扫描控制器、RAM等时，最好选用性能稳定的工业级产品。
2.1.2单片机变频介质损耗测试仪的选择不光考虑硬件配置、存储容量等，更要选择抗干扰性能较强的单片机。
2.1.3外时钟是高频的噪声源，对系统的内外都能产生干扰，因此在满足需要的前提下，选用频率低的单片机是明智之举。
2.2抑制电源干扰
单片机系统中的各个单元都需要使用直流电源，而直流电源一般是市电电网的交流电经过变压、整流、滤波、稳压后产生的，因此电网上的各种干扰便会引入系统。除此之外，由于交流电源共用，各电子设备之间通过电源也会相互产生干扰，因此抑制电源干扰尤其重要。电源干扰主要有以下几类：
2.2.1电源线中的高频干扰：供电电力线相当于一个接受天线，能把雷电、电弧、广播电台等辐射的高频干扰信号通过电源变压器初级耦合到次级，形成对单片机系统的干扰。
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2.2.2感性负载产生的瞬变噪音：切断大容量感性负载时，能产生很大的电流和电压变化率，从而形成瞬变噪音干扰，成为电磁干扰的主要形式。
2.2.3晶闸管通断时的干扰：晶闸管通断时的电流变化率很大，使得晶闸管在导通瞬间流过一个具有高次谐波的大电流，在电源阻抗上产生很大的压降，从而使电网电压出现缺口，这种畸变了的电压波形含有高次谐波，可以向空间辐射或通过传导耦合，干扰其他设备。此外，还有电网电压波动或电压瞬时跌落产生干扰，等。电源干扰的抑制，通常可采用以下几种方法：①防止从电源系统引入干扰：可采取交流稳压器保证供电的稳定性，防止电源的过压和欠压。使用隔离变压器滤掉高频噪声，低通滤波器滤掉工频干扰。采用开关电源并提供足够的功率余量，主机部分使用单独的稳压电路，必要时输入、输出供电分别采用DC-DC模块隔离，以避免各个部分相互干扰。②接地技术：实践证明，单片机系统设备的抗干扰与系统的接地方式有很大关系，接地技术往往是抑制噪音的重要手段。良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部噪音耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。设备的金属外壳等要安全接地;屏蔽用的导体必须良好接地。③屏蔽线与双胶线传输：屏蔽线对静电干扰有强的抑制作用，而双胶线有抵消电磁感应干扰的作用。开关信号检测线和模拟信号检测线可以使用屏蔽双胶线，来抵御静电和电磁感应干扰;特殊的干扰源也可以用屏蔽线连接，从而屏蔽了干扰源向外施加干扰。④隔离技术：信号隔离的目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离出来，使监控装置与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。变频介质损耗测试仪隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。一般单片机应用系统既有弱电控制系统又有强电控制系统，通常实行弱电和强电隔离，是保证系统工作稳定、设备与操作人员安全的重要措施。常用的隔离方式有光电隔离、变压器隔离、继电器隔离和布线隔离等。⑤模拟信号采样抗干扰技术：单片机应用系统中通常要对一个或多个模拟信号进行采样，并将其通过A/D转换成数字信号进行处理。为了提高测量精度和稳定性，不仅要保证传感器本身的转换精度、传感器供电电源的稳定、测量放大器的稳定、A/D转换基准电压的稳定，而且要防止外部电磁感应噪声的影响，如果处理不当，微弱的有用信号可能完全被无用的噪音信号淹没。在实际工作中，可以采用具有差动输入的测量放大器，采用屏蔽双胶线传输测量信号，或将电压信号改变为电流信号，以及采用阻容滤波等技术。
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2.3印制电路板的布线与工艺
印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展，PCB的密度越来越高，PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大。因此，在进行PCB设计时，必须遵守PCB设计的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。下面着重说明两点：
2.3.1关键器件放置：在器件布置方面与其他逻辑电路一样，应把相互有关的器件尽量放得靠近些，这样可以获得较好的抗噪声效果。时钟发生器、晶振和CPU的时钟输入端都易产生噪声，要相互靠近些;CPU复位电路、硬件看门狗电路要尽量靠近CPU相应引脚;易产生噪声的器件、大电流电路等应尽量远离逻辑电路，如有可能，应另外做电路板。
2.3.2D/A、A/D转换电路要特别注意地线的正确连接，否则干扰影响将很严重。D/A、A/D芯片及采样芯片均提供了数字地和模拟地，分别有相应的管脚。在线路设计中，必须将所有器件的数字地和模拟地分别相连，但数字地与模拟地仅在一点上相连。
另外，也可以采用屏蔽保护，屏蔽可用来隔离空间辐射。对噪声特别大的部件(如变频电源、开关电源)可以用金属盒罩起来以减少噪声源对单片机的干扰，对容易受干扰的部分，可以增加屏蔽罩并接地，使干扰信号被短路接地。
2.4输入输出干扰的抑制
输入、输出信号加光电耦合器隔离，可以将主机部分和前向、后向通道及其他部分切断电路的联系，可有效的防止干扰进入主机系统。
双绞线传输和终端阻抗匹配：在数字信号的长线传输时利用双绞线，可对噪声干扰有较好的抑制效果。可与光电耦合器联合使用或者使用平衡输入接收器和输出的驱动器。在发送和接收信号端必须有末端电阻，双绞线应该阻抗匹配。
数字信号传输通道的抗干扰技术：数字输出信号可作为系统被控设备的驱动信号(如继电器等)，数字输入信号可作为设备的响应回答和指令信号(如行程开关、启动按钮等)。数字信号接口部分是外界干扰进入单片机系统的主要通道之一。在工程设计中，对数字信号的输入/输出过程采取的抗干扰措施有：传输线的屏蔽技术，如采用屏蔽线、双胶线等;采用信号隔离措施;合理接地，由于数字信号在电平转换过程中形成公共阻抗干扰，选择合适的接地点可以有效抑制地线噪声。
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2.5使用双机冗余设计
在对控制系统的可靠性有严格要求的场合，使用双机冗余可进一步提高系统抗干扰能力。双机冗余，就是执行同一个控制任务，可安排两个单片机来完成，即主机与从机。正常情况下，主机掌握着三总线的控制权，对整个系统进行控制，此时，从机处于待机状态，等待仲裁器的触发。当主机变频介质损耗测试仪由于某种原因发生误动作时，仲裁器根据判别条件，若认为主机程序已混乱，则切断主机的总线控制权，将从机唤醒，从机将代替主机进行处理与控制。