摘要：定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器工作在電磁環(huán)境非常惡劣的場所，良好的抗干擾技術(shù)是數(shù)據(jù)采集器可靠工作的基本保證。本文分析了定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器的干擾信號(hào)的主要來源，從硬件技術(shù)與軟件技術(shù)兩方面對干擾信號(hào)進(jìn)行了處理。

　　一、前言

　　定型機(jī)的作用是將布在料槽浸上化工料，被軋輥均勻壓榨后，進(jìn)入烘箱。布料經(jīng)過烘箱時(shí)就會(huì)在高溫?zé)犸L(fēng)作用下烘干定型，經(jīng)過定型后的布料具有良好的手感及穩(wěn)定的尺寸。在浙江紹興的印染企業(yè)，布料定型的生產(chǎn)線大部分是從韓國引進(jìn)的，該生產(chǎn)線具有自動(dòng)化程度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是信息化能力低。為了提高企業(yè)的信息化水平，需要對生產(chǎn)線進(jìn)行信息化改造，因此定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器就成為了信息化改造的關(guān)鍵設(shè)備。自動(dòng)化生產(chǎn)線由于大量使用了變頻器與PLC進(jìn)行控制，導(dǎo)致生產(chǎn)線現(xiàn)場電磁環(huán)境非常的惡劣，數(shù)據(jù)采集時(shí)的干擾信號(hào)非常嚴(yán)重。為了使數(shù)據(jù)采集器可靠的工作，抗干擾技術(shù)成為了數(shù)據(jù)采集的重點(diǎn)內(nèi)容。

　　二、定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器的組成

　　定型機(jī)需要采集的數(shù)據(jù)有，烘箱溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、車速、門幅寬度、上下超喂等。因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要由檢測電路、人機(jī)對話、單片機(jī)系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換、計(jì)數(shù)電路和通信接口等組成。檢測電路主要由溫度檢測、風(fēng)速車速檢測、門幅檢測、上下超喂檢測等構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖1所示。

　　三、定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器干擾信號(hào)的主要來源

　　1.供電系統(tǒng)干擾

　　定型機(jī)由十多臺(tái)電動(dòng)機(jī)組成，其中主機(jī)鏈條的電機(jī)功率，為22KW,當(dāng)眾多的電機(jī)在啟動(dòng)與停止時(shí)不可避免的帶來電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)長時(shí)間的欠壓、過壓和短時(shí)尖峰電壓。因此，供電系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾信號(hào)經(jīng)電源線很方便的進(jìn)入了數(shù)據(jù)采集器中。

　　2.變頻器干擾

　　變頻器是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電再轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可變的交流電的一種電源變換器，在電源的轉(zhuǎn)換過程中會(huì)產(chǎn)生干擾。數(shù)據(jù)采集器需要采集的車速信號(hào)、上下超喂信號(hào)、風(fēng)速等直接由變頻器輸出，因此信號(hào)的干擾非常的嚴(yán)重。

　　3.數(shù)據(jù)采集器自身的干擾

　　數(shù)據(jù)采集器是以單片機(jī)為的元器件設(shè)計(jì)的，單片機(jī)在工作時(shí)必需要有時(shí)鐘信號(hào)，即振蕩器。因此，單片機(jī)外接的晶振是一個(gè)很強(qiáng)的干擾源。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)對某些問題考慮不全面，如元器件布局不合理、電路工作不可靠、元器件質(zhì)量差等也會(huì)形成干擾。

　　四、定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器硬件電路抗干擾設(shè)計(jì)

　　1.電源電路的抗干擾設(shè)計(jì)

　　定型機(jī)由十多臺(tái)電機(jī)構(gòu)成，對供電電網(wǎng)會(huì)造成較大的波動(dòng)，對數(shù)據(jù)采集器的干擾較大。為了防止供電電源對數(shù)據(jù)采集器的干擾，應(yīng)該在供電電源與數(shù)據(jù)采集器之間加入交流穩(wěn)壓器，使得數(shù)據(jù)采集器的供電電源處于穩(wěn)定狀態(tài)。定型機(jī)為感性負(fù)載，在電源中會(huì)有高頻干擾信號(hào)，因此還要在電源電路中加入如圖2所示的平行濾波器，消除高頻干擾信號(hào)通過電源線路對數(shù)據(jù)采集器的干擾。

　　另外為了防止數(shù)據(jù)采集器中的模擬電路、數(shù)字電路和單片機(jī)之間通過電源進(jìn)行相互干擾，采取了對上述三大部分電路進(jìn)行獨(dú)立供電的方式，如圖3所示。

　　2.數(shù)字信號(hào)采集端的抗干擾設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集器需要采集的車速信號(hào)、上下超喂信號(hào)、風(fēng)速等直接由變頻器輸出，導(dǎo)致信號(hào)的干擾非常的嚴(yán)重。經(jīng)過測定，有效信號(hào)的峰峰值在4V到12V之間改變，頻率在幾百赫茲到兩千多赫茲改變。干擾信號(hào)的峰峰值在1V到4V之間改變，頻率在5KHZ左右。

　　干擾信號(hào)和有效信號(hào)還有另外一個(gè)特點(diǎn)，那就是干擾信號(hào)和有效信號(hào)會(huì)隨著車速、風(fēng)速的快慢而改變。抗干擾的方法如圖4所示，首先由RC組成的低通濾波器濾除高頻干擾信號(hào)，并對輸入信號(hào)的幅值進(jìn)行限幅與整形，再由光電隔離器件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器與變頻器之間的隔離，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通道的抗干擾要求。

　　3.模擬信號(hào)采集端的抗干擾設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集器需要采集的模擬信號(hào)為溫度信號(hào)，對于模擬信號(hào)的抗干擾處理常常采用隔離放大器，如變壓器隔離放大器和線性光耦隔離放大器等，該數(shù)據(jù)采集器應(yīng)用了線性光耦隔離放大器。線性光耦的隔離原理與普通光耦沒有差別，只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變增加一個(gè)用于反饋的光接受電路用于反饋。這樣，雖然兩個(gè)光接受電路都是非線性的，但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的，電路如圖5所示。

　　4.數(shù)據(jù)采集器自身的抗干擾設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)采集器自身也會(huì)帶來干擾，在電路設(shè)計(jì)時(shí)也要有針對性的進(jìn)行處理，盡努力將自身的干擾降到。數(shù)據(jù)采集器自身的干擾主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：

　　（1）共地干擾

　　共地干擾主要指模擬信號(hào)地與數(shù)字信號(hào)地共接一點(diǎn)后帶來的干擾。在應(yīng)用電路中同一個(gè)系統(tǒng)電路板上只會(huì)有一個(gè)“零”電位參考點(diǎn)，因此，“數(shù)字地”與“模擬地”就必須接在一起，“數(shù)字地”與“模擬地”共地后會(huì)出現(xiàn)數(shù)字信號(hào)干擾模擬信號(hào)的情況。

　　為此，解決這一個(gè)問題方法就是在“數(shù)字地”與“模擬地”之間接一個(gè)電感，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同“零”電位與抗干擾的作用。

　?。?）晶體振蕩器干擾

　　數(shù)據(jù)采集器是以單片機(jī)為的元器件設(shè)計(jì)的，這樣設(shè)計(jì)的電路具有電路簡單、功能多、控制能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，但會(huì)帶來一個(gè)致命的缺點(diǎn)，那就是高頻干擾。

　　經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，晶振頻率越高，干擾就越嚴(yán)重。解決該干擾的方法一方面是在能夠滿足控制要求的情況下盡可能選用頻率低的晶振。另一方面，單片機(jī)接地線與其它電路的接地線要經(jīng)過電感進(jìn)行隔離，同時(shí)單片機(jī)的供電電源與其它電路的供電電源分開。

　　（3）A/D變換與D/A變換干擾

　　數(shù)據(jù)采集器中，需要將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，即A/D變換。有時(shí)也需要將數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)即D/A變換。當(dāng)A/D或D/A芯片的分辨率越高時(shí)，變換后的干擾越明顯。特別是A/D變換過程中，如果沒有針對性的抗干擾處理，采樣得到的數(shù)字信號(hào)將會(huì)是無用的干擾信號(hào)。解決此干擾的方法：一是對輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片的模擬信號(hào)進(jìn)行低通濾波，去除高頻干擾；二是將A/D或D/A轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓輸入端與高穩(wěn)定性的基準(zhǔn)穩(wěn)壓電源輸出端相連接，如圖6所示，高穩(wěn)定性的基準(zhǔn)電源芯片AD586的輸出與D/A變換芯片AD7545K的VREF引腳相連接。注意，一定不要將A/D或D/A轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓輸入端直接接電源，那樣會(huì)產(chǎn)生很大的干擾。

　　五、定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器軟件抗干擾設(shè)計(jì)

　　定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器的軟件主要完成脈沖信號(hào)、電壓信號(hào)的采集與存儲(chǔ)，并實(shí)時(shí)的將采集到的信息顯示出來，然后根據(jù)上位機(jī)的命令將采集到的數(shù)據(jù)通過串行通信發(fā)送到上位機(jī)中。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與傳輸?shù)目煽啃?，該?shù)據(jù)采集器在數(shù)據(jù)采集、防死機(jī)和通信部分進(jìn)行了抗干擾處理。

　　數(shù)據(jù)采集部分用到的抗干擾技術(shù)是數(shù)字濾波，即采集十個(gè)信號(hào)，從十個(gè)信號(hào)中去掉值與值，然后對剩余的八個(gè)值取平均值。

　　防死機(jī)部分用到的抗干擾技術(shù)是“軟件看門狗”,即在程序中設(shè)定了一個(gè)固定的運(yùn)行時(shí)間，在該運(yùn)行時(shí)間結(jié)束前必須喂“狗”，這樣“軟件看門狗”對程序的運(yùn)行就沒有影響。當(dāng)程序因?yàn)楦蓴_信號(hào)的影響不能正常運(yùn)行，那么就不能夠在固定的運(yùn)行時(shí)間結(jié)束前喂“狗”,程序就立即跳轉(zhuǎn)到條指令重新運(yùn)行，從而避免死機(jī)的情況發(fā)生。

　　通信部分的抗干擾技術(shù)是CRC校驗(yàn)和定時(shí)通信等。具體做法是將命令、機(jī)器號(hào)、數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)碼等編成一幀數(shù)據(jù)，當(dāng)上位機(jī)接收完一幀數(shù)據(jù)時(shí)，首先記錄接收一幀數(shù)據(jù)所用的時(shí)間，并對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，如果CRC校驗(yàn)正確并且在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成了數(shù)據(jù)接收，說明該幀數(shù)據(jù)接收正確。否則通信錯(cuò)誤，再次重發(fā)該幀數(shù)據(jù)。

　　六、總結(jié)

　　定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器工作在電磁環(huán)境非常復(fù)雜的場所，為了保證數(shù)據(jù)采集正確、通信無誤，必須進(jìn)行抗干擾技術(shù)處理。本文對定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器干擾信號(hào)的主要來源進(jìn)行了分析，從硬件和軟件兩大方面對抗干擾技術(shù)進(jìn)行了研究與實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐證明，本文提到的抗干擾措施是行之有效的，它保證了定型機(jī)數(shù)據(jù)采集器的正常運(yùn)行。（作者：劉友澈，楊亦紅，周永坤）