机车车辆计算机控制基础 第九章

1、1第九章计算机控制系统的抗干扰技术2主要内容o 干扰的来源和传播途径n 外部干扰/内部干扰n 干扰的传播途径o 硬件抗干扰方法n 串模干扰的抑制方法n 共模干扰的抑制方法n 长线传输干扰的抑制方法n 信号线干扰的抑制方法n 电源系统干扰的抑制方法n 接地干扰的抑制方法o 软件抗干扰方法n 指令冗余技术n 看门狗技术3干扰的来源和传播途径p 干扰的来源n 外部干扰：由使用条件和外部环境因素决定n 内部干扰：系统的结构布局、制造工艺所引入的p 干扰的传播途径n 静电耦合n 磁场耦合n 公共阻抗耦合4外部干扰5内部干扰6静电耦合7磁场耦合8公共阻抗耦合9硬件抗干扰方法p 串模干扰的抑制方法p 共模干

2、扰的抑制方法p 长线传输干扰的抑制方法p 信号线干扰的抑制方法p 电源系统干扰的抑制方法p 接地干扰的抑制方法10串模干扰11串模干扰的抑制方法p 双绞线p 滤波电路12共模干扰13共模干扰的抑制方法p 变压器隔离14共模干扰的抑制方法p 光电隔离15共模干扰的抑制方法p 浮地屏蔽16长线传输干扰p 信号在长线中传输过程中除了会受到外界干扰和引起信号延迟外，还可能会产生波反射现象p 由于传输线的分布电容和分布电感的影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波，成为入射波17波阻抗的测量18长线传输干扰的抑制方法p 终端阻抗匹配19长线传输干扰的抑制方法p 始端阻抗匹配20信号线干扰的抑

3、制方法p 信号线的选择n 信号线类型的选择：在精度要求高、干扰严重的场合，应当采用屏蔽信号线，如带屏蔽层的塑料电缆或屏蔽双绞线等n 信号线粗细的选择：一般为1.5mm2和1.0mm221信号线干扰的抑制方法p 信号线的敷设n 模拟信号线和数字信号线不能用同一根电缆n 屏蔽信号线的屏蔽层要一端接地，同时避免多点接地n 信号线的敷设要尽量远离干扰源，如变压器、电动机等电器设备，同时将信号线单独穿管配线n 信号电缆和电源电缆必须分开，并尽量避免平行敷设22信号线的敷设23电源系统干扰的抑制方法p 交流电源系统24交流电源系统干扰的抑制方法p 选用比较稳定的交流电源线，不要将控制系统接到负载变化大、有

4、高频设备的电源上p 利用干扰抑制器消除尖峰干扰p 采用交流稳压器稳定电网电压p 利用UPS保证不间断供电p 掉电保护电路p 掉电保护程序25交流稳压器26不间断电源UPS（Uninterruptible Power System）27掉电保护电路28直流电源系统干扰的抑制方法p 交流电源变压器的屏蔽p 采用直流开关电源p 采用DC-DC变换器p 为每块电路板设置独立的直流电源p 集成电路块的VCC加旁路电容29交流电源变压器的屏蔽30直流开关电源p 直流开关电源是一种脉宽调制型电源，具有体积小、重量轻、效率高、电网电压变化时不会输出过电压或欠电压、输出电压保持时间长等优点p 直流开关电源开关电

5、源初级、次级之间有较好的隔离，对于交流电网上的高频脉冲干扰有较强的隔离能力p 直流开关电源可提供5V、12V、24V电压等31DC-DC变换器p DC-DC变换器将一种电压的直流电源转换成另外一种电压的直流电源，具有体积小、性价比高、输入电压范围大、输出电压稳定等优点p DC-DC变换器有升压型或降压型或升压/降压型几种32每块电路板设置独立的直流电源p 当一个计算机控制系统中有多块功能电路板时，为了防止板与板之间的相互干扰，可以对每块板的直流电源采用分散独立供电系统p 这样不会因为某个供电系统出现故障而导致整个系统遭到破坏，而且也减少了公共阻抗的相互耦合，提高了系统供电的可靠性，也有利于电源

6、散热33集成电路块的VCC加旁路电容p 集成电路的开关高速动作时会产生噪声，这时VCC和GND也会产生噪声，为此加入高频特性好的旁路电容，将开关电流经过的线路局限在一个极小的范围内p 旁路电容一般采用0.01F-0.1F陶瓷电容器，而且引线要短并接近VCC和GND端34接地p 接地的含义：接实地、接虚地p 接地的目的：工作接地、保护接地p 接地的种类：模拟地、数字地、信号地、 交流地和保护地35接地干扰的抑制方法p 单点接地与多点接地p 分别回流法单点接地p 输入系统接地p 印制电路板的地线分布p 主机系统接地36单点接地与多点接地37分别回流法单点接地38输入系统接地39印制电路板的地线分布

7、p TTL、CMOS器件的地线要呈辐射状，不能形成环形p 印制电路板上的地线要根据通过的电流大小决定其宽度，不小于3mm，越宽越好p 旁路电容的地线不能长，应尽量短p 大电流的零电位地线应尽量宽，而且必须和小信号的地分开40主机系统接地-全机一点接地41主机系统接地-主机外壳接地，机芯浮空42主机系统接地-多机系统的接地p 在计算机网路系统中，多台计算机之间相互通信，如果接地不合理，将使整个网络系统无法工作p 可以采用变压器隔离技术、光电隔离技术、无线通信技术等43冗余p 冗余就是为了保障整个系统在局部发生故障时能够正常工作，而在系统设置一些备份部件，一旦发生故障便启动备份部件投入工作，使系统保持正常工作n 硬件冗余n 信息冗余n 软件冗余44软件抗干扰方法-指令冗余技术p 当计算机控制系统收到外界干扰，破坏了CPU正常的工作时序，可能造成程序计数器的值发生改变，跳转到随机的程序存储区p 为了解决这一问题，可采用在程序中人为得插入一些空操作指令（NOP）或将有效的单字节指令重复书写，即指令冗余技术45软件抗干扰方法-指令冗余技术p 另一种指令冗余技术是软件陷阱，它是在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，即通过一条引导指令，强行将跑飞的程序引向一个指定的地址，在那