校正、隔选、抗干扰ppt课件

1、1第十三讲第十三讲 数据采集技术二数据采集技术二 P176-P183 P183-P191复习内容复习内容预习内容预习内容作业作业2本讲内容本讲内容采样偏向的校正技术采样偏向的校正技术 信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术数据采集中的抗干扰技术数据采集中的抗干扰技术第十三讲第十三讲 数据采集技术二数据采集技术二3采样偏向的校正技术采样偏向的校正技术4采样偏向的校正技术采样偏向的校正技术 在实践采样过程中，由于系统是实践系统，不是理想在实践采样过程中，由于系统是实践系统，不是理想系统，各个环节都存在着不同程度的偏向，有些偏向很大，系统，各个环节都存在着不同程度的偏向，有些偏向很大，这就使得采样所得

2、的结果大大偏离实践值，就会极大的影这就使得采样所得的结果大大偏离实践值，就会极大的影响控制的精度。响控制的精度。 为了使采样结果与实践值可以吻合，必需进展校正。为了使采样结果与实践值可以吻合，必需进展校正。 有些经过硬件校正即可，有些还需求经过软件校正。有些经过硬件校正即可，有些还需求经过软件校正。 校正的主要内容有两方面：一是线性度校正，二是零校正的主要内容有两方面：一是线性度校正，二是零点校正。点校正。5线性度校正线性度校正 给采样系统输入一个线性信号。给采样系统输入一个线性信号。 信号信号f(t)是理想采样系统对线性输是理想采样系统对线性输入信号处置的结果，该电压模拟了一入信号处置的结果

3、，该电压模拟了一个理想化的采样系统处置过的某个传个理想化的采样系统处置过的某个传感器的输出电压。感器的输出电压。 f*(t) 与与f(t)之间有偏向，这些偏向中的一种偏向是回归线之间有偏向，这些偏向中的一种偏向是回归线f*(t)的的斜率斜率与的斜率与的斜率有偏向，这个偏向就是该采样系统的线性误差。有偏向，这个偏向就是该采样系统的线性误差。 f*(t)是实践采样系统对信号不同是实践采样系统对信号不同点进展采样所得到的离散点。点进展采样所得到的离散点。调理线性误差的方法：就是调理采样系统中放大器的放大倍数。调理线性误差的方法：就是调理采样系统中放大器的放大倍数。 6线性度校正线性度校正例：如丈量热

4、处置炉的温升曲线，例：如丈量热处置炉的温升曲线，在加热过程中用规范电测温度计进在加热过程中用规范电测温度计进展丈量，在每个时间点上同时也用展丈量，在每个时间点上同时也用研制的采样系统采集数据，最后可研制的采样系统采集数据，最后可以获得规范温升曲线和采样器采集以获得规范温升曲线和采样器采集的温升曲线。的温升曲线。 假设在温度上升的线性区间，采样器采集的温升曲线的假设在温度上升的线性区间，采样器采集的温升曲线的斜率斜率与规范温升曲线的斜率与规范温升曲线的斜率不相等。就要调理放大倍数。不相等。就要调理放大倍数。其缘由是采样温升曲线的斜率与采样器的放大倍数成正比。其缘由是采样温升曲线的斜率与采样器的放

5、大倍数成正比。7线性度校正线性度校正 如如，阐明采样器的放大倍，阐明采样器的放大倍数偏小，根据数偏小，根据与与的比值的比值=/的的大小，可以准确的计算出采样器放大小，可以准确的计算出采样器放大倍数的调理量，从而将线性偏向大倍数的调理量，从而将线性偏向调到最小。调到最小。 假设假设，阐明采样器的放，阐明采样器的放大倍数偏大，经过计算后将其调大倍数偏大，经过计算后将其调小即可。小即可。 8采样器零点校正采样器零点校正 有些物理量的变化是一个从有些物理量的变化是一个从- - 到到 + + 延续的函数，延续的函数，这些延续函数的零点通常都是人为设定的。这些延续函数的零点通常都是人为设定的。 有些物理量

6、那么有确定的零点：例如电压为零的情有些物理量那么有确定的零点：例如电压为零的情况；车床在由正转切换到反转转速为零的情况等。况；车床在由正转切换到反转转速为零的情况等。 在设定的物理量的零点上，采样器的输出往往不是在设定的物理量的零点上，采样器的输出往往不是零，这普通有以下缘由：零，这普通有以下缘由：传感器误差传感器误差采样器中的放大器的零点漂移和零点偏移采样器中的放大器的零点漂移和零点偏移 9采样器零点校正采样器零点校正 传感器误差传感器误差该误差是传感器制造出厂时就存在的。该误差是传感器制造出厂时就存在的。 例：工程上常用的例：工程上常用的600A/5V600A/5V的一种霍尔电流传感器，其

7、的一种霍尔电流传感器，其目的为：输出电压误差为目的为：输出电压误差为1%1%。那么在每一点上其允许的偏。那么在每一点上其允许的偏向为向为50mV50mV。 在电流为零时，其输出信号也在在电流为零时，其输出信号也在50 mV50 mV以以内，往往并不为零。内，往往并不为零。 在工程中运用的这种传感器，大多数零点偏向在在工程中运用的这种传感器，大多数零点偏向在10mV10mV20mV20mV之间。之间。 10采样器零点校正采样器零点校正 1(15mV/5V) 600A600A(15mV/5000mV)1.8AI传感器误差传感器误差该误差是传感器制造出厂时就存在的。该误差是传感器制造出厂时就存在的。

8、 例：在某电厂的直流监测系统中，用到的两只例：在某电厂的直流监测系统中，用到的两只600A/5V600A/5V的霍的霍尔电流传感器，其零点偏向尔电流传感器，其零点偏向1 1号为号为+15mV+15mV，2 2号为号为-14mV-14mV。可以。可以算出其对应的电流偏向为：算出其对应的电流偏向为：即：即：1 1号电流传感器在电流为零时，其输出信号相当于有正号电流传感器在电流为零时，其输出信号相当于有正向向1.8A1.8A电流；电流；2 2号电流传感器在电流为零时，其输出信号相号电流传感器在电流为零时，其输出信号相当于有反向当于有反向1.68A 1.68A 电流。电流。2(-14mV/5V) 60

9、0A600A(14mV/5000mV)1.68AI 11采样器零点校正采样器零点校正 放大器的零点漂移主要由器件本身特性和温度变化所引起。普通指在放大器调零调好后，在其输入端输入电压为零的情况下，其输出电压在零点附近缓慢的漂移，而不是完全的输出为零的情况。而且环境温度越高，这种漂移越大。 处理零点漂移的方法：在放大电路中加温度补偿元件，而且如今市售的运算放大器，许多内部曾经加有补偿电路，温度稳定性曾经大为提高，这种由温度引起的输出漂移曾经得到很强的抑制，零点漂移曾经很小。采样器中的放大器的零点漂移和零点偏移 12采样器零点校正采样器零点校正 运算放大器的输入失调电压：指的是要坚持运算放大器运算

10、放大器的输入失调电压：指的是要坚持运算放大器的输出为零，在其输入端所加的一个微小的电压。的输出为零，在其输入端所加的一个微小的电压。 在不加输入失调电压即输入为零的时候，其输出就有一在不加输入失调电压即输入为零的时候，其输出就有一个电压值，称之为放大器的零点偏移，其偏移电压既与输入个电压值，称之为放大器的零点偏移，其偏移电压既与输入失调电压有关，也与放大电路的放大倍数有关，这种输出偏失调电压有关，也与放大电路的放大倍数有关，这种输出偏移电压正比于输入失调电压和放大倍数。移电压正比于输入失调电压和放大倍数。 采样器中的放大器的零点漂移和零点偏移采样器中的放大器的零点漂移和零点偏移 13采样器零点

11、校正采样器零点校正 例：设放大器的输入失调电压例：设放大器的输入失调电压=0.2mV，放大倍数，放大倍数=100采采样器多级放大的综合放大倍数，那么该采样器在输入信号样器多级放大的综合放大倍数，那么该采样器在输入信号电压为零时的输出偏移电压为：电压为零时的输出偏移电压为： 0.2 100 20IOVVKmVmV采样器中的放大器的零点漂移和零点偏移采样器中的放大器的零点漂移和零点偏移 假设该采样器是对一个从假设该采样器是对一个从0到到1m高程的液面进展监测，高程的液面进展监测，采样器的最大线性输出电压为采样器的最大线性输出电压为10V，在输出，在输出10V时对应的液时对应的液面高度为面高度为2m

12、，那么采样器的零点偏移所对应的液面高度，那么采样器的零点偏移所对应的液面高度h为：为：0.004m)2m(0.02V/10V2m(20mV/10V)h即：在液面高度为零时，采样器的输出值为即：在液面高度为零时，采样器的输出值为0.004m。14 采样器误差是普遍存在的，是由多方面的缘由决议的。采样器误差是普遍存在的，是由多方面的缘由决议的。经过在电路设计上进展补偿和校正以外，经过软件进展校经过在电路设计上进展补偿和校正以外，经过软件进展校正是一个重要的方法。正是一个重要的方法。 根据阅历，软件校正比硬件校正效果更好。尤其是在根据阅历，软件校正比硬件校正效果更好。尤其是在现场进展硬件校正，有时候

13、因条件限制，很难校正。而用现场进展硬件校正，有时候因条件限制，很难校正。而用软件校正那么很方便。软件校正那么很方便。 软件校正又称为软调理。软件校正又称为软调理。 采样器零点校正采样器零点校正 15 以热处置炉温度控制中的温度采样检测为例，在软件以热处置炉温度控制中的温度采样检测为例，在软件设计时，设置一个校正变量，可以经过键盘方便的改动的设计时，设置一个校正变量，可以经过键盘方便的改动的数值。数值。 设每次采样完成后设每次采样完成后A/D转换所得的温度值为转换所得的温度值为Td，经过，经过规范温度表测得的温度值为规范温度表测得的温度值为Tc，那么输出显示与存入数据，那么输出显示与存入数据库的

14、温度值库的温度值Tdat必需等于必需等于Tc，在软件中规定：，在软件中规定：采样器零点校正采样器零点校正 +A = T = TTDJdcdat16采样器零点校正采样器零点校正 当热处置炉初始处于室温例如当热处置炉初始处于室温例如20时，由于传感器和时，由于传感器和采样器的零点偏移呵斥的综合偏移采样器的零点偏移呵斥的综合偏移 ，采样器所得到的温度，采样器所得到的温度值值Td不一定是不一定是20 ；在没有调理之前，设置在没有调理之前，设置ADJ的初始值为零，再看屏幕上的初始值为零，再看屏幕上Td 的数值是多少，例如假设此时的的数值是多少，例如假设此时的Td = 21，而实践炉温为，而实践炉温为20

15、，阐明采样器初始偏向为，阐明采样器初始偏向为1。这就是该系统总的初始。这就是该系统总的初始偏移或零点偏移。偏移或零点偏移。 纠正该偏移：就是经过键盘将纠正该偏移：就是经过键盘将ADJ设置为设置为-1，这样设置，这样设置后，程序按公式计算后，得到的系统总输出值后，程序按公式计算后，得到的系统总输出值Tdat就必然就必然为为20。从而与实践值相吻合。从而与实践值相吻合。17由于在现场参数整定的时候，系统曾经在线运转，实践由于在现场参数整定的时候，系统曾经在线运转，实践的温度值不能够为室温；的温度值不能够为室温；此时校正的方法：先将校正变量此时校正的方法：先将校正变量ADJ设置为零，记录用设置为零，

16、记录用规范温度表测定实践的温度值规范温度表测定实践的温度值Tc，并同时记录同一时辰采，并同时记录同一时辰采样器输出的温度值样器输出的温度值Td (由于此时由于此时ADJ= 0 因此该因此该Td值就是屏值就是屏幕上显示的幕上显示的Tdat)。例如测定的几个点的对应温度值如表所。例如测定的几个点的对应温度值如表所示：示： 采样器零点校正采样器零点校正 实践温度与测得数值及其偏向Tc86012001220136015401600Tdat（Td）98013301350148016601720Tc - Tdat-120-130-130-120-120-120(单位：)18采样器零点校正采样器零点校正 +

17、A = T = TTDJdcdat 现场以为Tc值就是实践温度值，要求输出显示与存入数据库的数值Tdat要等于Tc值。变量ADJ 与Td和Tc的关系： 当ADJ等于Td和Tc的偏向平均值时，可保证Tdat=Tc。11(1)24NDJCdatnnAT TN 即：将变量即：将变量ADJ设置为设置为-124，就可以消除系统的偏向。使最终，就可以消除系统的偏向。使最终输出值输出值Tdat与实践值与实践值Tc相符。再用相符。再用Tdat数值进展后续的计算数值进展后续的计算分析和对加热控制器的输出控制就准确的多了。分析和对加热控制器的输出控制就准确的多了。19信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术20信号隔

18、离与选通技术信号隔离与选通技术当计算机数据采集系统有多路模拟信号输入，通常要将这当计算机数据采集系统有多路模拟信号输入，通常要将这些信号相互隔离，再对这些信号有选择的选通，或者逐一选些信号相互隔离，再对这些信号有选择的选通，或者逐一选通后进入通后进入A/DA/D转换器进展模数转换；转换器进展模数转换；有些系统有多路数字量信号输入，也要进展隔离与选通。有些系统有多路数字量信号输入，也要进展隔离与选通。信号隔离与选通的器件很多，要根据信号特征选用。信号隔离与选通的器件很多，要根据信号特征选用。21 其要求的驱动电流大，损耗大； 由于靠弹簧片任务，在一定的任务次数后会疲劳损坏，即寿命有限； 其触点接

19、触电阻不稳定，触点新颖干净且弹簧片没有疲劳，可以压紧的情况下，其导通电阻很小，导通良好。但触点上有油污或触点氧化或弹簧压紧无力，其接触电阻就比较大，对微弱信号影响很大。 信号隔离与选通技术 在没有电子开关以前，一切信号都是用继电器进展隔离或接通的。 继电器存在以下缺陷：22 后来电子开关的问世，大大提高了信号的传输质量。尤其是集成电路电子开关的导通电阻相当稳定，在一个芯片内每一路的导通电阻数值几乎一样。同类型的芯片其性能也几乎一样。给信号的隔离与选通带来了极大的益处。 信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术电子开关有数字型数据选择器和模拟型模拟开关两大类。 在制造工艺上有晶体管式和场效应管式两种

20、。23由于晶体管在导通时有残留电压，而且在饱和时集电极与发射极之间是一个非线性电阻，传输过程有失真，对模拟开关来说，这样大的误差是不允许的。因此晶体管式开关都作为多路数据选择器，不用作多路模拟开关。数据选择器的选通速度快，模拟开关的选通速度要慢一些。数据选择器只能用于数字量信号的隔离与选通。模拟开关既可用于模拟量信号的隔离与选通，也可用于数字量信号的隔离与选通，模拟开关在用于数字量信号的隔离与选通时，要留意开关的速度能否顺应要求。信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术24对数字量信号，可根据信号是对数字量信号，可根据信号是TTL电平还是电平还是CMOS电平选电平选用相应的多路数据选择器。用相应的

21、多路数据选择器。信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术 数据选择器又称为多数据选择器又称为多路数据选择器，它类似于路数据选择器，它类似于多个输入的单刀多掷开关，多个输入的单刀多掷开关，它在选择控制信号作用下，它在选择控制信号作用下，选择多路数据输入中的某选择多路数据输入中的某一路与输出端接通。一路与输出端接通。25多路数据选择器用于对多路数字信号进展选择。每一路数多路数据选择器用于对多路数字信号进展选择。每一路数字信号相当于二进制的一位，只需高、低电平两个形状。字信号相当于二进制的一位，只需高、低电平两个形状。每次选择多路中的一路进展传输。在传输过程中只需求所每次选择多路中的一路进展传输。在传输

22、过程中只需求所传送信息的形状传送信息的形状(高电平或低电平高电平或低电平)不变即可，允许电压幅度不变即可，允许电压幅度有一定变化。有一定变化。数据选择器能将对应输入端口上的数字电平信号选通到输数据选择器能将对应输入端口上的数字电平信号选通到输出端口，使其数字量的出端口，使其数字量的0或者或者1坚持原值或反码值。坚持原值或反码值。信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术例：假设定义3.5V以上为1(高电平)，只需传输最后保证3.5V以上即可，比如说4V甚至5V依然是1，没有改动信息。26信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术有双有双4选选1数据选择器，如数据选择器，如74LS153，74HC153；有

23、有8选选1数据选择器，如数据选择器，如74LS152，74HC152；有有16选选1数据选择器，如数据选择器，如74LS150，74HC150等。等。多路数据选择器种类：多路数据选择器种类：74LS1574LS15为低功耗为低功耗TTLTTL器件，输入输出为器件，输入输出为TTLTTL电平；电平；74HC1574HC15为高速为高速CMOSCMOS器件，输入输出为器件，输入输出为CMOSCMOS电平。电平。其中：其中：27信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术有原码值输出的器件，74153为原码值输出；也有反码值输出的器件，74152和74150为反码值输出；74151为8选1既有原码输出引脚，

24、又有反码输出引脚的器件。 根据输出数码值与输入数码值的关系：根据输出数码值与输入数码值的关系：也有具有电平转换功能的数据选择器，可以在选通讯号的同时也有具有电平转换功能的数据选择器，可以在选通讯号的同时进展电平转换，将输入端的进展电平转换，将输入端的TTLTTL电平信号，转换为电平信号，转换为CMOSCMOS电平输电平输出，如出，如74AC(T)15374AC(T)153。 CMOS多路数据选择器国产的有多路数据选择器国产的有4与或选择器与或选择器CC4019，8对对1数据数据选择器选择器CC4512，4线线-16线译码器线译码器/数据选择器数据选择器CC4514、CC4515等。等。数据选择

25、器内部构造纯粹是数字电路的输入输出构造，电路比数据选择器内部构造纯粹是数字电路的输入输出构造，电路比较简单，只需将所选中端口的逻辑电平送到输出端即可。较简单，只需将所选中端口的逻辑电平送到输出端即可。 2816选1反码输出器件1508选1既有反码输出也有原码输出的器件151 双4选1原码输出的器件153 AC(T)153：双4选1原码输出具有电平转换功能的器件，该器件输入为TTL电平，输出为CMOS电平。 通道的选通由选通编码输通道的选通由选通编码输入引脚入引脚A A、B B、C C、D D的码值的码值决议。决议。每种芯片都每种芯片都有允许控制有允许控制端端ENEN：当：当ENEN为低电平常为

26、低电平常才允许将所才允许将所选通的输入选通的输入端的数码输端的数码输出到输出端；出到输出端；否那么，输否那么，输出端呈现高出端呈现高阻态，以便阻态，以便于和与其相于和与其相连的总线隔连的总线隔离。离。 29信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术模拟信号的隔离与选通电路比较复杂，要求开关接通时，模拟信号的隔离与选通电路比较复杂，要求开关接通时，开关两端电阻很小，而断开时此电阻很大，并希望对所传开关两端电阻很小，而断开时此电阻很大，并希望对所传输的信号有良好的线性度，以减小传输失真，要求任务稳输的信号有良好的线性度，以减小传输失真，要求任务稳定性好，开关速度快，寿命长；定性好，开关速度快，寿命长；多

27、路模拟开关是多路模拟开关是CMOS电路，它比晶体管式的导通电阻小电路，它比晶体管式的导通电阻小且为线性电阻，传输非线性失真小，精度高，功耗低，但且为线性电阻，传输非线性失真小，精度高，功耗低，但速度比晶体管式的慢。速度比晶体管式的慢。CMOS多路模拟开关电路无残留电多路模拟开关电路无残留电压，有的只能单向传输，有的可双向传输，有很小的导通压，有的只能单向传输，有的可双向传输，有很小的导通电阻，很高的断开电阻，可以传输与输入信号幅度一致的电阻，很高的断开电阻，可以传输与输入信号幅度一致的全幅度信号。全幅度信号。模拟信号的隔离与选通电路模拟信号的隔离与选通电路642511215141391011E

28、N7654321020G074051MUX/DXSI0/O0I7/O70.7I/O3VDD:16 VSS:8 VEE:7INHAB6109EN0115241214151101230123I0/O0I3/O3I0/O0I3/O3I/O3130.34052MUX/DXVcc:16 GND:8 VEE:70.3I/OG031311C1I/OEN11546812113C3I/O4066121O/I39103O/IVcc:14 GND:7I15/O15I0/O0INH16171819202122232345678913141110151514131211109876543210310.150ENO/I4

29、067MUX/DXG015VDD:24 VSS:12 (a)(b)(c)(d)AABBCCD4路可单独控制的双向模拟开关4066，每路开关都有一个控制引脚，当给该引脚加上高电平常，该路开关开通，给控制引脚加上低电平常，该路开关断开。8选1双向模拟开关4051双4选1双向模拟开关4052 16选1双向模拟开关4067 通道的选通由选通编码输入引脚A、B、C、D的码值决议。允许控制端EN。当EN为低电平常才允许将所选通的输入端的数码输出到输出端；否那么，输出端呈现高 阻态，以便 于和与其相 连的总线隔 离。 31信号隔离与选通技术信号隔离与选通技术模拟信号的隔离与选通电路模拟信号的隔离与选通电路多

30、路模拟开关只能用于共地信号的隔离与选通；多路模拟开关只能用于共地信号的隔离与选通；有些模拟信号是共地的即有公共的地线，可以直接运有些模拟信号是共地的即有公共的地线，可以直接运用多路模拟开关进展隔离与选通。用多路模拟开关进展隔离与选通。有些多路模拟信号相互不共地，甚至于电压是相互叠加的，有些多路模拟信号相互不共地，甚至于电压是相互叠加的，就不能用多路模拟开关进展隔离与选通，而必需用继电器就不能用多路模拟开关进展隔离与选通，而必需用继电器进展隔离。进展隔离。 32数据采集中的抗干扰技术数据采集中的抗干扰技术33概概 述述 在日常生活中，经常会遇到这样一些景象。比如听收在日常生活中，经常会遇到这样一

31、些景象。比如听收音机时，有汽车经过，喇叭就会出现刺耳的噪声，这就是音机时，有汽车经过，喇叭就会出现刺耳的噪声，这就是干扰。干扰。 所谓干扰，所谓干扰， 普通是指有用信号以外的噪声，普通是指有用信号以外的噪声， 在信号输在信号输入、传输和输出过程中出现的一些有害的电气变化景象。入、传输和输出过程中出现的一些有害的电气变化景象。这些变化迫使信号的传输值、这些变化迫使信号的传输值、 指示值或输出值出现误差，指示值或输出值出现误差，出现假象。出现假象。数据采集中的抗干扰技术数据采集中的抗干扰技术34概概 述述 干扰对电路的影响，轻那么降低信号的质量，影响系干扰对电路的影响，轻那么降低信号的质量，影响系

32、统的稳定性；重那么破坏电路的正常功能，呵斥逻辑关系统的稳定性；重那么破坏电路的正常功能，呵斥逻辑关系混乱，控制失灵。混乱，控制失灵。 在进展单片机运用产品的开发过程中，我们经常会碰在进展单片机运用产品的开发过程中，我们经常会碰到一个很棘手的问题，即在实验室环境下系统运转很正常，到一个很棘手的问题，即在实验室环境下系统运转很正常，但小批量消费并安装在任务现场后，却出现一些不太规律、但小批量消费并安装在任务现场后，却出现一些不太规律、不太正常的景象。究其缘由主要是系统的抗干扰设计不全不太正常的景象。究其缘由主要是系统的抗干扰设计不全面，导致运用系统的任务不可靠。面，导致运用系统的任务不可靠。35构

33、成干扰的三大根本要素：构成干扰的三大根本要素：干扰源：产生干扰的元件、设备或信号。干扰源：产生干扰的元件、设备或信号。 用数学言语可描画为用数学言语可描画为“du/dt或者或者di/dt大的地方就大的地方就是干扰源是干扰源。如：继电器、电机、可控硅、高频时钟。如：继电器、电机、可控硅、高频时钟等都能够成为干扰源。自然要素，如雷电和宇宙射线等都能够成为干扰源。自然要素，如雷电和宇宙射线等也是重要的干扰源。等也是重要的干扰源。 传播途径：指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或传播途径：指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。媒介。 典型的干扰传播途径有导线传导传导干扰和典型的干扰传播途径有导线传导

34、传导干扰和空间辐射辐射干扰。空间辐射辐射干扰。敏感器件：指容易被干扰的对象。敏感器件：指容易被干扰的对象。 常见的敏感器件有常见的敏感器件有A/D转换器、转换器、D/A转换器、弱信转换器、弱信号放大器等。号放大器等。干扰要素干扰要素36 干扰源的分类干扰源的分类 1. 从干扰的来源划分从干扰的来源划分 1) 内部干扰内部干扰 内部干扰是运用系统本身引起的各种干扰内部干扰是运用系统本身引起的各种干扰, 包括固定干扰包括固定干扰和过渡干扰两种。固定干扰是指信号间的相互串扰、长线传和过渡干扰两种。固定干扰是指信号间的相互串扰、长线传输阻抗失配时反射噪声、负载突变噪声以及馈电系统的浪涌输阻抗失配时反射

35、噪声、负载突变噪声以及馈电系统的浪涌噪声等。过渡干扰是指电路在动态任务时引起的干扰。噪声等。过渡干扰是指电路在动态任务时引起的干扰。 2) 外部干扰外部干扰 外部干扰是由系统外部窜入到系统内部的各种干扰。包括外部干扰是由系统外部窜入到系统内部的各种干扰。包括某些自然景象如闪电、某些自然景象如闪电、 雷击、地球或宇宙辐射等引起的雷击、地球或宇宙辐射等引起的自然干扰和人为干扰如电台、车辆、家用电器、电器设备自然干扰和人为干扰如电台、车辆、家用电器、电器设备等发出的电磁干扰，以及电源的工频干扰。等发出的电磁干扰，以及电源的工频干扰。 普通来说，普通来说， 自自然干扰对系统影响不大，而人为干扰那么是外

36、部干扰的关键。然干扰对系统影响不大，而人为干扰那么是外部干扰的关键。 372. 从干扰与输入信号的关系划分从干扰与输入信号的关系划分 1 1串模干扰串模干扰 共模干扰 干扰源的分类干扰源的分类 串模干扰是指迭加在被测信号上的干串模干扰是指迭加在被测信号上的干扰噪声，即干扰源串联在信号源回路中。扰噪声，即干扰源串联在信号源回路中。 指输入通道两个输入端上共有的干扰电指输入通道两个输入端上共有的干扰电压，这种干扰可是直流电压，也可以是交流压，这种干扰可是直流电压，也可以是交流电压，其幅值可达几伏甚至更高，取决于现电压，其幅值可达几伏甚至更高，取决于现场产生干扰的环境和仪表的接地情况。场产生干扰的环

37、境和仪表的接地情况。2 2共模干扰共模干扰 串模干扰38硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施抗干扰根本方法抗干扰根本方法软件抗干扰措施软件抗干扰措施特殊抗干扰措施特殊抗干扰措施l工频周期滤波技术工频周期滤波技术 l信号馈送过程中的抗干扰技术信号馈送过程中的抗干扰技术l数字滤波数字滤波 l软件冗余软件冗余 l特殊中断维护特殊中断维护 l程序运转监视系统程序运转监视系统 l抑制干扰源抑制干扰源 l切断干扰传播途径切断干扰传播途径 l提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 39抑制干扰源抑制干扰源 抑制干扰源就要尽能够地减小干扰源的抑制干扰源就要尽能够地减小干扰源的du/dt或或di/dt。这是抗

38、干扰设计中最优先。这是抗干扰设计中最优先思索和最重要的原那么，该问题的处理经思索和最重要的原那么，该问题的处理经常会起到事半功倍的效果。常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的减小干扰源的du/dt主要是经过在干扰源两主要是经过在干扰源两端并联电容来实现。端并联电容来实现。减小干扰源的减小干扰源的di/dt那么是在干扰源回路串联那么是在干扰源回路串联电感或电阻以及添加续流二极管来实现。电感或电阻以及添加续流二极管来实现。 抗干扰根本方法抗干扰根本方法硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施40抑制干扰源抑制干扰源 抗干扰根本方法抗干扰根本方法硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施u继电器线圈添加续流二极管，消除断开线圈

39、时产生的反电动势干扰。假设仅添加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，添加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。同时在继电器接点两端并接火花抑制电路，减小电火花影响。u原那么上每个集成电路芯片都配置一个0.01F0.1F的瓷片电容或聚乙烯电容，它可以吸收高频干扰。电容引线不能太长，高频旁路电容不能带引线。41抑制干扰源抑制干扰源 抗干扰根本方法抗干扰根本方法硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施u布线时防止90度折线，以减少高频噪声的发生。u可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声。u电源进线端跨接100uF以上的电解电容以吸收电源进线引入的脉冲干扰。42按干扰传播途径可分为传导干扰和辐

40、射干扰两类。按干扰传播途径可分为传导干扰和辐射干扰两类。传导干扰是指经过导线传播到敏感器件的干扰。传导干扰是指经过导线传播到敏感器件的干扰。 高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以经过在导高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以经过在导线上添加隔离光耦来处理。线上添加隔离光耦来处理。辐射干扰是指经过空间辐射传播到敏感器件的干扰，即指辐射干扰是指经过空间辐射传播到敏感器件的干扰，即指电磁场在线路和壳体上的辐射。电磁场在线路和壳体上的辐射。 由于现场计算机所处的环境干扰剧烈，因此一切的由于现场计算机所处的环境干扰剧烈，因此一切的信号线、控制线和通讯线等均须采用屏蔽接地的措施。信号线、控制线和通讯线等

41、均须采用屏蔽接地的措施。抗干扰根本方法抗干扰根本方法硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施切断干扰传播途径切断干扰传播途径43抗干扰根本方法抗干扰根本方法硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施切断干扰传播途径切断干扰传播途径屏蔽屏蔽 用金属外壳将整机或部分元器件包围起来，再将金属外壳接用金属外壳将整机或部分元器件包围起来，再将金属外壳接地，就能起到屏蔽的作用，对于各种经过电磁感应引起的地，就能起到屏蔽的作用，对于各种经过电磁感应引起的干扰特别有效。干扰特别有效。屏蔽外壳的接地点要与系统的信号参考点相接，而且只能单屏蔽外壳的接地点要与系统的信号参考点相接，而且只能单点接地，一切具有同参考点的电路必需装在同一屏蔽盒内

42、。点接地，一切具有同参考点的电路必需装在同一屏蔽盒内。如有引出线如有引出线, , 应采用屏蔽线应采用屏蔽线, , 其屏蔽层应和外壳在同一点接其屏蔽层应和外壳在同一点接系统参考点。系统参考点。参考点不同的系统应分别屏蔽参考点不同的系统应分别屏蔽, , 不可共处一个屏蔽盒内。不可共处一个屏蔽盒内。 44u充分思索电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗充分思索电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就处理了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感，要给干扰就处理了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电

43、源噪声对单片机的干扰。的干扰。u晶振的管脚与单片机的引脚尽量接近，用地线把时钟区域隔晶振的管脚与单片机的引脚尽量接近，用地线把时钟区域隔离起来，晶振外壳接地并固定。离起来，晶振外壳接地并固定。u电路板合理分区，弱信号电路与强信号电路分开甚至隔离，电路板合理分区，弱信号电路与强信号电路分开甚至隔离，交流部分与直流部分分开，高频部分与低频部分分开。交流部分与直流部分分开，高频部分与低频部分分开。u用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分别，最用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分别，最后接于电源地。后接于电源地。抗干扰根本方法抗干扰根本方法硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施切断干扰传播途径

44、切断干扰传播途径45u单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互关扰单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互关扰。大功率器件尽能够放在电路板边缘。大功率器件尽能够放在电路板边缘。u尽量缩短元器件相互之间的布线间隔。尽量缩短高频信号尽量缩短元器件相互之间的布线间隔。尽量缩短高频信号的布线间隔和区域，高频信号的输入、输出尽量接近。尽的布线间隔和区域，高频信号的输入、输出尽量接近。尽量缩短与产生电磁干扰信号相关的布线间隔。量缩短与产生电磁干扰信号相关的布线间隔。u模拟地线应尽量加粗，对于输入输出的模拟信号与单片机模拟地线应尽量加粗，对于输入输出的模拟信号与单片机电路之间最好经过光耦进展隔离

45、。电路之间最好经过光耦进展隔离。u高速信号、微小信号的输入输出线采用屏蔽线，屏蔽层接高速信号、微小信号的输入输出线采用屏蔽线，屏蔽层接地。用双股线减少低频波的耦合。地。用双股线减少低频波的耦合。抗干扰根本方法抗干扰根本方法硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施切断干扰传播途径切断干扰传播途径46 提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边思索尽提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边思索尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常形状尽快恢复的方量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常形状尽快恢复的方法。法。对于对于PSDPSD和单片机闲置的和单片机闲置的I/OI/O口，不要浮置，要经过电阻接地口，不要浮置，要

46、经过电阻接地或接电源。其它或接电源。其它ICIC的闲置端在不改动系统逻辑的情况下接地的闲置端在不改动系统逻辑的情况下接地或接电源。或接电源。在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。速数字电路。抗干扰根本方法抗干扰根本方法硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 47uICIC器件尽量直接焊在电路板上，少用器件尽量直接焊在电路板上，少用ICIC座。座。u对于功率大和发热严重的器件，除保证散热条件外，还对于功率大和发热严重的器件，除保证散热条件外，还要留意放置在适当的位置。以免这些器

47、件产生的温度场要留意放置在适当的位置。以免这些器件产生的温度场对其它脆弱的电路产生不利的影响。对其它脆弱的电路产生不利的影响。抗干扰根本方法抗干扰根本方法硬件抗干扰措施硬件抗干扰措施提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 48 大量的干扰源虽不会直接呵斥硬件的损坏，但经常使系统不能正常任务。硬件方面的抗干扰措施并不能完全地防止干扰，例如在遇到输入形状判别有误、控制形状失灵以及程序跑飞时，更有效的是添加软件抗干扰措施。抗干扰根本方法抗干扰根本方法软件抗干扰措施软件抗干扰措施u数字滤波u软件冗余u特殊中断维护u开关量输入输出的软件抗干扰u软件看门狗 49抗干扰根本方法抗干扰根本方法软件抗

48、干扰措施软件抗干扰措施数字滤波数字滤波 工业现场中各种各样的干扰信号会直接导致采样数工业现场中各种各样的干扰信号会直接导致采样数据的失真，而采样结果的真实特性往往只能从统计的意据的失真，而采样结果的真实特性往往只能从统计的意义上来描画。在实践运用中必需根据不同信号的变化规义上来描画。在实践运用中必需根据不同信号的变化规律选择相应的滤波数字模型和算法律选择相应的滤波数字模型和算法 。50抗干扰根本方法抗干扰根本方法软件抗干扰措施软件抗干扰措施软件冗余软件冗余 实践上系统的强干扰往往来源于系统本身，如被控实践上系统的强干扰往往来源于系统本身，如被控负载的通断，形状变化等，这时开关量信号多是毛刺状负

49、载的通断，形状变化等，这时开关量信号多是毛刺状，且作用时间很短。但是这种干扰是可预知的，为防止，且作用时间很短。但是这种干扰是可预知的，为防止误判控制形状，在系统要接通或断开大功率负载时，暂误判控制形状，在系统要接通或断开大功率负载时，暂停一切数据采集，键盘扫描等任务，待形状正常后再去停一切数据采集，键盘扫描等任务，待形状正常后再去进展后续操作进展后续操作 。51抗干扰根本方法抗干扰根本方法软件抗干扰措施软件抗干扰措施特殊中断维护特殊中断维护 假设假设CPUCPU执行一个非法操作码，引起单片机执行一个非法操作码，引起单片机80C196KC80C196KC在在2019H2019H中断的发生。该中

50、断矢量中含有处置错误代码的效力中断的发生。该中断矢量中含有处置错误代码的效力程序，以防止软件的解体。程序，以防止软件的解体。当程序跑飞时，有能够进入非程序区。针对这种情况，可在当程序跑飞时，有能够进入非程序区。针对这种情况，可在该区域设置软件圈套，以拦截跑飞的程序，其方法是在非程序该区域设置软件圈套，以拦截跑飞的程序，其方法是在非程序区全部写入区全部写入RSTRST指令，使程序重新进入初始入口。指令，使程序重新进入初始入口。另外，在软件编程时，对于用不完的内存空间，可以用空操另外，在软件编程时，对于用不完的内存空间，可以用空操作指令填满，并设置一些跳转指令转到错误处置程序，协助程作指令填满，并

51、设置一些跳转指令转到错误处置程序，协助程序由软件错误中迅速地恢复。序由软件错误中迅速地恢复。 52抗干扰根本方法抗干扰根本方法软件抗干扰措施软件抗干扰措施程序运转监视系统程序运转监视系统 看门狗实践上是一个看门狗实践上是一个1616位的计数器，当它启动后，每个形位的计数器，当它启动后，每个形状周期其计数加状周期其计数加1 1，假设在，假设在64k64k个形状周期个形状周期12MHz12MHz晶振晶振时约为时约为10.67ms10.67ms内，没有经过指令去除它，那么计数器内，没有经过指令去除它，那么计数器溢出，使系统复位，重新初始化。溢出，使系统复位，重新初始化。 单片机必需在单片机必需在64

52、k64k个形状周期内清零监视定时器个形状周期内清零监视定时器“喂狗喂狗，否那么监视定时器将复位单片机使它从头执行程序，否那么监视定时器将复位单片机使它从头执行程序。 假设假设“跑飞的程序落到一个暂时构成的死循环中跑飞的程序落到一个暂时构成的死循环中, , 冗余冗余指令和软件圈套都将无能为力指令和软件圈套都将无能为力, , 这时可采取这时可采取WATCHDOGWATCHDOG俗称俗称“看门狗措施。看门狗措施。53特殊滤波技术特殊滤波技术工频周期滤波技术工频周期滤波技术 在工业现场，信号受工频交流电干扰比较大，这种工频干在工业现场，信号受工频交流电干扰比较大，这种工频干扰一部分来自电源，一部分来自

53、电磁波，尤其是微弱信号所受扰一部分来自电源，一部分来自电磁波，尤其是微弱信号所受的干扰更大。要采用工频周期滤波技术才干滤除这些干扰。的干扰更大。要采用工频周期滤波技术才干滤除这些干扰。V(mv)T(ms)20400Y 叠加有工频干扰的直流电压信号 54特殊滤波技术特殊滤波技术工频周期滤波技术工频周期滤波技术 V(mv)T(ms)20400Y 叠加有工频干扰的直流电压信号 在20ms内，其信号为正常电平上叠加着一个工频信号，动摇的范围为0.5mV放大1 000倍采样，动摇的幅度为0.5V。对这种信号按算术平均值法能准确的反映有效信号的数值。 55原理原理 特殊滤波技术特殊滤波技术工频周期滤波技术

54、工频周期滤波技术 设一个采样器的设一个采样器的A/D转换器是转换器是A/D774，其转换时间是，其转换时间是8s，启动、转换、读取结果和保管结果等过程破费的时间约为启动、转换、读取结果和保管结果等过程破费的时间约为10s，再给，再给10s的延时，那么每点采样的总时间为的延时，那么每点采样的总时间为20s。一个工频一个工频(50HZ)周期为周期为20ms(20000s)，因此在一个工频周，因此在一个工频周期内对一个选通的信号可采样点数为期内对一个选通的信号可采样点数为20000s /20s =1000。延续采样延续采样1000次的结果值，包括了一个完好工频周期内，次的结果值，包括了一个完好工频周

55、期内，由工频干扰产生的信号动摇由工频干扰产生的信号动摇(扰动扰动)。然后对这。然后对这1000个数据进个数据进展算术平均。展算术平均。设设y为平均值，为平均值，Xi 为第为第i次采样值，那么次采样值，那么 1000111000iiyX56特殊滤波技术特殊滤波技术工频周期滤波技术工频周期滤波技术 虽然直流信号的变化很缓慢，但不排除偶尔要素呵斥的一虽然直流信号的变化很缓慢，但不排除偶尔要素呵斥的一些脉冲，或超出正常幅度的特异信号；些脉冲，或超出正常幅度的特异信号；对对AD774按按10V输入为满幅值输入为满幅值12位输出时，其对应关系为位输出时，其对应关系为4096/10，那么每，那么每0.5V对

56、应值约为对应值约为205，这个数值就是特异，这个数值就是特异点的偏向阈值，思索到信号的动摇性，计算中运用的阈值点的偏向阈值，思索到信号的动摇性，计算中运用的阈值Ym略大于略大于205即可。即可。 Ym的初始取值为的初始取值为220。因此在求得采样数据均值。因此在求得采样数据均值y值后，值后，将将y与每次采样值与每次采样值Xi再比较一次。求其绝对差再比较一次。求其绝对差 ，当当Y Ym时，以为该点为特异点。时，以为该点为特异点。iYYX57特殊滤波技术特殊滤波技术工频周期滤波技术工频周期滤波技术 特异点的数值不能参与平均，要从数据累加和中减去。假设共有n个特异点Xi， Snew为从1000个采样

57、值累加和 S 中减去一切特异点值的结果。那么最终均值为：nnewSY1000 一次采样的一次采样的1 000个点中，特异点普通只需很少几个。假个点中，特异点普通只需很少几个。假设得到的特异点很多，就要检查附近有没有高频噪声源，假设得到的特异点很多，就要检查附近有没有高频噪声源，假设经信号仪测试，没有足以影响采样的高频噪声源，且示波设经信号仪测试，没有足以影响采样的高频噪声源，且示波器显示的信号噪点很少，就要根据实践情况修正计算用的特器显示的信号噪点很少，就要根据实践情况修正计算用的特异点信号阈值。假设附近有高频噪声源，信号噪点很多，就异点信号阈值。假设附近有高频噪声源，信号噪点很多，就要根据噪

58、点的偏向特点采取另外的滤波算法。要根据噪点的偏向特点采取另外的滤波算法。58特殊滤波技术特殊滤波技术工频周期滤波技术工频周期滤波技术意义意义 ： 工频周期采样平均值再加上特异点滤除的滤波方法既工频周期采样平均值再加上特异点滤除的滤波方法既思索了信号的根本特征思索了信号的根本特征(用平均值法实现用平均值法实现)，又去除了大于工，又去除了大于工频干扰的其他脉冲干扰或鼓励干扰频干扰的其他脉冲干扰或鼓励干扰(用消去法实现用消去法实现)使得数据使得数据能准确反映任务参数。经多处现场运转，效果良好。能准确反映任务参数。经多处现场运转，效果良好。 59特殊滤波技术特殊滤波技术信号馈送过程中的抗干扰技术信号馈

59、送过程中的抗干扰技术 传感器或者一次仪表的输出信号要么是毫伏传感器或者一次仪表的输出信号要么是毫伏mVmV级电压信号，要么是级电压信号，要么是mAmA级电流信号。对输出级电流信号。对输出mAmA级电流信级电流信号的采样，其信号馈送有两种方式。号的采样，其信号馈送有两种方式。 60(1)在每只仪表信号输出端上加上一只取样电阻在每只仪表信号输出端上加上一只取样电阻R，使其输出，使其输出电流直接从电流直接从R上泄放，而从上泄放，而从R两端获得信号电压，再馈送到数据两端获得信号电压，再馈送到数据采集器。其特征：信号传输电流极小几微安。采集器。其特征：信号传输电流极小几微安。(2)用绝缘信号电缆将输出信

60、号直接衔接到数据采集器输入端。用绝缘信号电缆将输出信号直接衔接到数据采集器输入端。在信号采集器内部加上取样电阻，进展取样。其特征：信号传在信号采集器内部加上取样电阻，进展取样。其特征：信号传输时带有较大的电流毫安级。输时带有较大的电流毫安级。 第第2种方式的抗干扰才干明显优于第种方式的抗干扰才干明显优于第1种。信号采集结果显种。信号采集结果显示，其数据比较稳定，特异点明显减少。示，其数据比较稳定，特异点明显减少。 缘由：水分析仪表所处环境电磁干扰非常大。虽然采用绝缘由：水分析仪表所处环境电磁干扰非常大。虽然采用绝缘电缆进展信号传输，但信号线上还是不可防止的产生了较大缘电缆进展信号传输，但信号线