变频空调单片机测控系统的抗干扰设计

　　1引言

　　随着科学技术的发展，单片机在各种家电产品中得到了越来越广泛的应用，它的稳定性工作是衡量其质量好坏的重要指标。因此，有效地抑制单片机系统内部和外部的电磁噪声干扰，使单片机系统在实际运行环境中长期可靠地工作，是一个亟待解决的电磁兼容问题。

　　在我们设计的变频空调电控系统中，由于其所处环境比较恶劣，特别是在冬季与夏季强功率运行时，由压缩机、风机高速运转所引起的机械振动，电器设备（如斩波器、电动机等）所产生的干扰，室内外环境的温差（－20℃～40℃），都会影响单片机系统的正常工作。这就要求在设计单片机系统时必须考虑到各种影响其正常工作的因素，并采取相应的有效措施。当然，单片机系统的可靠性是由多种因素决定的，但系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。因此，抗干扰设计是整体设计工作中的一个重要内容。

　　2硬件的抗干扰设计

　　实际单片机应用系统中，干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的。其主要形式有三种，如图1所示。

图1单片机系统主要干扰渠道

　　（1）空间场辐射干扰干扰以电磁辐射的形式耦合进入系统；

　　（2）电源系统干扰干扰通过地线和电源线进入系统。地线和电源线是传导电磁干扰的一个主要通道，这是由于地线和电源线是数字集成电路所有电流的通路。

　　（3）过程通道干扰干扰通过与主机的前向通道、后向通道以及与其他主机的相互通道进入系统。[1]

　　针对这种情况，在控制方法设计上，除了采用众所周知的抑制干扰传播的技术，如屏蔽、接地、搭接、合理布线等方法外，还采取了回避和疏导的技术处理，如空间方位分离，以及电气隔离等措施。

　　21空间场辐射抗干扰措施

　　空间场辐射干扰主要由数字信号源产生，一般是由高频脉冲信号的高次谐波造成的，通常以差模和共模两种噪声模式产生辐射。差模噪声的辐射是高频噪声电流在信号电路中流动时产生的，共模噪声的辐射则是因为电路中的线阻抗或感抗产生的电位差引起的。针对这一情况，采用合理的布线、良好的屏蔽与正确的接地，增加高频滤波，尽量减小系统中各工作环节的阻抗等一系列措施；对于功率模块和单片机系统的结合部位，采用空间分离的措施，把强电和弱电的结合部位分离开来。使得这一问题得到了良好的解决。

　　22电源系统抗干扰措施

　　电源系统干扰包括电源干扰和地线干扰。本系统采用220V市电供电，故电网上及其它电器所产生的干扰都会通过电源进入系统。主要采用了以下几种解决办法：

　　（1）采用隔离电源消除各功能模块间的相互影响，提高抗干扰的能力；

　　（2）使用低通滤波器电源系统的干扰源大部分是高次谐波，因此利用低通滤波器滤掉高次谐波，以改善电源波形；

　　（3）采用分散独立的功能块供电在每块系统功能模块上用三端稳压集成芯片，如7805等集成稳压电源。每个功能块单独对电源进行过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统遭到破坏，且减少了公共阻抗的相互耦合和公共电源的相互耦合，大大提高了供电可靠性，也有利于电源散热。

　　地线干扰通常表现为外部干扰通过公共地线进入主机系统，数字地线的干扰还表现为逻辑地的不等电位。因此，单片机系统的地线布置相当重要。解决地线干扰的办法是正确处理好地线隔离问题，同时为了避免模拟电路引入的噪声通过地阻抗对数字电路产生影响，数字地与模拟地应分开布线，单点连接。

　　将以上原则应用于实际系统的设计中，本系统采用了如图2所示的电源、地线抗干扰设计。

图2系统抗干扰设计总图

　　23过程通道抗干扰措施

　　过程通道主要是单片机系统本身和外围器件所产生的联系。前向接口、后向接口与主机以及主机之间相互进行信息传输的路径，它的干扰主要是长线传输的干扰。系统中解决的办法是采取光电耦合的措施。

　　光电耦合是采用半导体光电耦合器件进行隔离。它的主要优点是能有效地抑制尖峰脉冲及各种干扰，使输入电路中的干扰信号不能直接从电路上进入输出电路，从而使过程通道上信噪比大大提高。光电耦合有很强的抗干扰能力，原因如下：

　　（1）光电耦合的输入阻抗很小，一般只有100Ω～1kΩ之间，而干扰源内阻很大，通常为100kΩ～100MΩ之间，因此分压到光电耦合器输入端的噪声很小；

　　（2）干扰噪声虽有较大的电压幅度，但能量小，只能形成微弱电流，而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作的，即使有很高电压幅值的干扰由于不能提供足够的电流而被吸收；

　　（3）光电耦合是在密封条件下实现输入电路和输出电路的光耦合，不会受到外界光线的干扰；

　　（4）输入电路和输出电路之间分布电容极小，一般为0.5～2pF之间，而且绝缘电阻极大。因此，电路一边的干扰很难通过光电耦合器馈送到另一边去。[2]