硅谷杂志：提高火灾报警控制系统的抗干扰能力 |
| 2012-07-13 10:52 作者：王常钰 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月13日消息 （原文载于《硅谷》杂志6月刊）介绍干扰的来源和后果，以及所采取的软、硬件抗干扰措施。实验证明所采取的措施是有效的。
随着国民经济的发展，高层建筑越来越多，防火已经成为当务之急，火灾报警控制系统日益显示出重要性，它能及时地探测到火情，有效地保护了国家财产及生命安全，具有极高的社会效益和经济效益。
抗干扰问题历来是各种数据采集、传输及自动控制领域比较关键问题，因此有必要单列出对其进行重点研究，它直接关系到系统工作的可靠性。火灾报警控制系统作为消防电子产品的一种，在产品设计、开发中其可靠性及抗干扰性亦应居首位。目前火灾报警控制器多以单片机为核心，增加一些外围电路，组成单片机应用系统，此系统是否可靠工作，决定了火灾报警控制系统的性能。
下面，结合本人在从事火灾报警控制系统设计工作所得，从硬件抗干扰和软件谈谈如何将抗干扰能力提高，以便我们设计的火灾报警控制系统更稳定地工作。
1干扰的来源及后果
干扰是无时无刻都存在的，它一方面通过电源线、通讯线和控制线路对火灾报警控制系统产生干扰的；另一方面是以场的形式对火灾报警控制系统产生干扰的。供电线路是电网中各种浪涌电压入侵的主要途径。系统的接地装置不良或不合理，也是引入干扰的重要途径，此外，各种电磁辐射以场的形式入侵单片机系统，通过静电感应，电磁感应等方式在单片机应用系统中形成干扰。
系统可分为输入、输出及系统内部三个部位，干扰对各部位的影响如下：
1）输入系统的影响：干扰使火灾报警控制系统对探测器传过来信号失真，无法正常解读探测器的信息，使火灾报警控制系统产生误报或漏报。
2）输出系统的影响：会使火灾报警控制系统对本身所带的模块产生误动作，导致系统设备（如水泵、声光、卷帘门等等）启动，对这些设备造成损坏。
3）干扰对应用系统的内部的影响，使总线（控制总线，地址总线，数据总线）上的数字信号混乱，CPU得到错误的地址信息后，程序会跳到程序地址以外的地方，这样会造成软件进入了一个死循环，使系统无法正常运行。
2抗干扰的硬件措施
根据上述情况，在火灾报警控制系统中，必须采用各种抗干扰措施，
2.1供电系统的抗干扰措施
2.1.1独立电源
单片机应用系统的供电线路是干扰的主要入侵途径，所以有必要把应用系统的供电线路和产生干扰的用电设备分开供电，让应用系统的电源取自照明线路，照明线路的电源相对要干净一些。
2.1.2安装EMI吸收磁环
在两根电源线上分别安装EMI吸收磁环，有效地抑制电源线和信号线上的噪声和尖峰干扰，同时具有吸收静电脉冲能力。在我们单位生产的火灾报警控制器中，一直在使用EMI吸收磁环，现场使用情况效果很好。
2.1.3安装低通滤波器
在电源线上安装低通滤波器，使交流电源通过时，将干扰源滤掉，让来自电源的干扰降到最小。为了更有效地滤掉干扰源，一般我们将滤波器通常安装在交流电源进线处，这样的效果更好。
经过上述三步骤处理，基本保证了供电系统的“干净”。
2.2接地的抗干扰设计
良好的接地系统可以解决大部分干扰问题，正确的接地点如图所示，采用独立地线并联一点接地，接地点面积要大。另外，对系统中的数字，模拟电路的地线，应尽量分开走线，分别与电源端地线相连。
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2.3屏蔽
一般我们的火灾报警控制都采用金属外壳，在安装的时候将机壳有效地接在消防专用接地的端子上，使该系统和外界形成一个有效的保护壳，这样就能起到屏蔽干扰的作用。
2.4信号通道的抗干扰设计
火灾报警控制系统大多采用总线制，探测器与控制器之间的距离长达一千多米，长线之间分布着电感、电容、电阻。尤其是分布电感、电容它们的大小决定着干扰信号的强与弱，有时感应电压会很大，会使系统造成很大的失真。
解决的办法是，在控制器与探测器两边各加上EMI吸收磁环或磁珠，可以有效地抑制干扰，实验证明，效果良好。
2.5输出通道的抗干扰设计
2.5.1光电耦合器
由于光电耦合器的输入回路与输出回路之间是光耦合的，不会受外界干扰，能有效地抑制尖脉冲及各种噪的干扰。
2.5.2继电器隔离方式
在输出锁存器与低压继电器之间要用集电极开路的OC门做驱动器，同时继电器是感性负载，它在导通变为断开时，能产生很高的感应电动势，应在继电器与电源之间接一个续流二级管，提供电流回路，同时继电器在动作时，也会产生尖峰干扰，应利用RC电路加以吸收。
2.6印制板方面的抗干扰设计
印制板的尺寸的选择，元器件的布置，地线布置，以及去耦电容的配置等方面均应充分考虑系统可靠性的要求。
各逻辑电路芯片末使用的输入端或者接地或者接高电平，以减少外部干扰信号对系统的影响。
数字电路芯片的电源端与接地端之间并接0.10.01uF聚碳酸酯电容。
石英晶体下面和对噪声特别敏感的器件下面不要走线。尽量减小布线长度，以减少寄生电容的干扰。
随着电子系统的高密集、高集成、高频率等特性的不断增加，印制电路板的布局布线必须考虑电磁兼容（EMC）问题。
印刷线路板布线使用45゜折线而不用90゜折线，电源线地线尽量加宽。
3抗干扰的软件措施
单片机应用系统的抗干扰不可能完全依靠硬件解决，软件的抗干扰设计往往可以弥补硬件抗干扰设计上的不足，以确保系统的安全。
“看门狗”能监视系统的运行状况，使程序从死循环中退出来，纳入正常轨道，通常看门狗电路由硬件构成，如MAX813、X25045/43等等。
实践表明，看门狗电路在抗干扰中，表现十分出色，已成为单片机应用系统中不可缺少的一部分。
一个典型的看门狗电路如下：
系统正常工作时，由程序控制每隔一定时间（最长不超过1.6S）通过P1.0口向MAX813L的输入端WDI脚发一个正脉冲，MAX813L的RESET引脚电平维持为低，一旦因干扰，程序发生跑飞，如果WDI脚上再无触发脉冲，则RESET端将产生200ms的正脉冲使CPU复位，该电路的优点是系统所用外围元件少，看门狗电路使系统抗干扰能力大大提高，系统的可靠性也极大增强。
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