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一、 簡述 隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，單片機(jī)已被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)中，其應(yīng)用程度和應(yīng)用水平已逐漸成為衡量一個(gè)行業(yè)或一個(gè)部門技術(shù)水平的重要標(biāo)志�？蚣苁綌嗦菲髯鰹榈蛪号潆娤到y(tǒng)的主開關(guān)也已突破傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式，在其保護(hù)和信息處理單元采用了單片機(jī)技術(shù)，典型產(chǎn)品有施耐德公司的 M系列、美國GE公司的S系列、日本三菱公司的AE-SS系列、我國的DW45系列等。眾所周知，框架式斷路器對(duì)低壓配電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，而其單片機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容性又是其安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的核心問題。以下對(duì)電磁兼容試驗(yàn)的目的、電磁干擾噪聲對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的危害、單片機(jī)本身的硬件和軟件的抗干擾性進(jìn)行分析，以期進(jìn)一步改善單片機(jī)系統(tǒng)的電磁兼容性。 二、 電磁兼容的試驗(yàn)?zāi)康? 所謂電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其預(yù)定的電磁環(huán)境中實(shí)際運(yùn)行時(shí)，既不受周圍電磁環(huán)境的影響，又不影響周圍環(huán)境，也不發(fā)生性能惡化或誤動(dòng)作，而能夠按照技術(shù)要求正常工作的性能。 為保證智能型框架式斷路器具有優(yōu)良的電磁兼容性，一般要進(jìn)行以下電磁兼容性試驗(yàn)。 1. 電力線路低頻騷擾抗擾度試驗(yàn)，目的是驗(yàn)證當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)諧波、電流驟降、電流分?jǐn)鄷r(shí)的抗干擾能力。 2. 靜電放電抗擾度試驗(yàn)，目的是驗(yàn)證當(dāng)人體或物體所帶靜電荷對(duì)斷路器可觸及部位放電時(shí)的抗干擾能力。 3. 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)，目的是驗(yàn)證由閃電、接地故障或切換電感性電路而引起的信號(hào)參數(shù)產(chǎn)生瞬時(shí)擾動(dòng)時(shí)的抗干擾能力。庵質(zhì)匝槭且恢竹詈系降緦?duì)蠁h貳⒖刂葡唄貳⑿藕畔唄飛系撓尚磯囁燜偎脖瀆齔遄槌傻穆齔迦菏匝欏?/FONT> 4. 浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)，目的是驗(yàn)證由斷路或雷電瞬變過電壓引起的單極性浪涌（沖擊）時(shí)的抗干擾能力。這種干擾對(duì)以單片機(jī)系統(tǒng)為保護(hù)核心的智能型框架式斷路危害很大，嚴(yán)重時(shí)將使其失去保護(hù)功能。 5. 射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)，目的是驗(yàn)證斷路器處于各種電磁輻射環(huán)境如手持無線電收發(fā)機(jī)、無線電廣播、車載無線電發(fā)射機(jī)、各種工業(yè)電磁源等的抗干擾能力。對(duì)于這種來自空間的電磁干擾，采用在單片機(jī)系統(tǒng)周圍加金屬屏蔽的辦法即可取得較好的效果。 三、 電磁干擾對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的影響 以上所述的電磁干擾對(duì)單片機(jī)本身的時(shí)鐘信號(hào)、中斷信號(hào)、取樣信號(hào)等影響很大，另外當(dāng)電磁干擾噪聲越過一定門限時(shí)，將導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)出錯(cuò)甚至死機(jī)，所以本文只對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)本身的抗干擾進(jìn)行分析。 單片機(jī)系統(tǒng)異常一般有以下幾種情況：單片機(jī)瞬間異常，但能夠自動(dòng)修正；單片機(jī)異常后，由中斷或復(fù)位信號(hào)使其恢復(fù)工作；單片機(jī)異常后，需由操作者干預(yù)或進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位；單片機(jī)異常并導(dǎo)致元器件損壞、數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等。 四、 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件抗干擾電路分析 根據(jù)不同的功能，單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾電路和方法很多，如采用外殼屏蔽技術(shù)、電網(wǎng)濾波技術(shù)、系統(tǒng)接地技術(shù)、合理布線等。本文僅對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)受到干擾后的快速復(fù)位電路、看門狗電路進(jìn)行分析和討論。 1. 快速可靠的復(fù)位電路 圖 1為-簡單的RC上電復(fù)位電路，在RC電路充電過程中，RESET端出現(xiàn)正脈沖，從而使單片機(jī)復(fù)位，這種復(fù)位電路中，干擾易串入復(fù)位端，一般情況下雖不會(huì)造成單片機(jī)的錯(cuò)誤復(fù)位，但會(huì)引起其內(nèi)部寄存器的錯(cuò)誤復(fù)位，造成系統(tǒng)誤動(dòng)。 復(fù)位信號(hào)是單片機(jī)最為敏感的信號(hào)之一，為使單片機(jī)系統(tǒng)安全可靠地工作，使復(fù)位電路具有快速上電復(fù)位、掉電復(fù)位等功能，可采用 Motorola公司生產(chǎn)的專用復(fù)位芯片MC33064/MC33164以及其它公司生產(chǎn)的同類產(chǎn)品構(gòu)成的復(fù)位電路，以提高系統(tǒng)受到干擾后復(fù)位的可靠性，圖2所示。 2. 看門狗電路 為提高斷路器單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾性，最好直接選用帶有看門狗電路的單片機(jī)較好，它可以通過用戶編程來選擇硬件看門狗或軟件看門狗，通過用戶程序?qū)撮T狗計(jì)數(shù)器進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位操作。 內(nèi)部不帶看門狗電路的單片機(jī)，可以設(shè)計(jì)外接看門狗電路，如圖 3所示。 圖中將 555接成一個(gè)多諧振蕩器，計(jì)數(shù)為16進(jìn)制，當(dāng)數(shù)到第8個(gè)脈沖時(shí)，Q端輸高電平。利用單片機(jī)的一個(gè)I/O口控制計(jì)數(shù)器清零端，只要每次清零的脈沖時(shí)間小于8個(gè)脈沖周期，Q端就保持低電平，當(dāng)單片機(jī)異常時(shí)，計(jì)數(shù)器不能在8個(gè)脈沖內(nèi)清零，則Q端輸出高電平，使單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位。 五、 斷路器單片機(jī)系統(tǒng)的軟件抗干擾措施 1. 單片機(jī)中I/O電路刷新 在單片機(jī)結(jié)構(gòu)中， I/O電路一般靠近管芯邊緣，外部的電磁噪聲容易對(duì)其邏輯電路產(chǎn)生影響，因此一方面在硬件上采取措施，如對(duì)I/O端口加電容進(jìn)行濾波，另一方面在用戶程序中應(yīng)定期對(duì)I/O中的寄存器進(jìn)行刷新，以減少由于電磁干擾而產(chǎn)生的誤動(dòng)作。 2. 采用數(shù)字濾波技術(shù) 來自傳感器的信號(hào)中�；祀s各種頻率的干擾信號(hào)，在信號(hào)端采用 RC低通濾波器可以抑制高頻干擾信號(hào)，但對(duì)低頻干擾信號(hào)的濾波效果較差，而數(shù)字濾波技術(shù)可以對(duì)來自電網(wǎng)的極低頻率的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波。數(shù)字濾波方法較多，以下僅用均方根法對(duì)輸入的電流和電壓數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理分析。 均方根法是根據(jù)電工原理中連續(xù)周期交流信號(hào)的有效值的定義，將連續(xù)信號(hào)離散化，用數(shù)值積分代替連續(xù)積分，從而導(dǎo)出有效值與采樣值之間的關(guān)系。 有效值的計(jì)算公式 利用檢測電路對(duì)交流電流和交流電壓信號(hào)均勻采樣即將一個(gè)周期 n等分，則采樣周期 △t=T/n 此時(shí) 這種算法應(yīng)用于連續(xù)周期交流信號(hào)時(shí)，計(jì)算精度高，抗波形畸變能力強(qiáng)，可以連續(xù)采樣，減少單片機(jī)系統(tǒng)的誤動(dòng)，提高系統(tǒng)的抗電磁干擾性。采樣流程見下圖。 3. 設(shè)置自診斷程序 為防止單片機(jī)系統(tǒng) RAM區(qū)的數(shù)據(jù)被電磁干擾所破壞，可在RAM區(qū)內(nèi)設(shè)置檢驗(yàn)標(biāo)志，應(yīng)用自診斷程序定期對(duì)這些標(biāo)志進(jìn)行檢驗(yàn)，標(biāo)志正常時(shí)則程序繼續(xù)執(zhí)行，標(biāo)志不正常時(shí)將程序?qū)氤跏蓟刂分校瓜到y(tǒng)復(fù)位。當(dāng)然這種自診斷僅能對(duì)重點(diǎn)RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，也是一種最初級(jí)的自診斷方式。 六、 結(jié)論 隨著單片機(jī)技術(shù)在低壓電器領(lǐng)域的應(yīng)用，智能型框架式斷路器的電磁兼容性應(yīng)受到足夠的重視，從硬件和軟件兩方面來提高其電磁兼容性，根據(jù)斷路器特定的應(yīng)用場所采取軟硬件有機(jī)結(jié)合的方法，來取得事半功倍的效果，切實(shí)保證低壓配電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 |
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