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電子論文

單片機自動控制系統的可靠性分析

時間:2019年06月04日 所屬分類:電子論文 點擊次數:

摘要:隨著自動化系統的發展,MCU控制系統受到越來越多的關注。通過對單片機控制系統的研究,分析單片機軟件、硬件的設計原則,實現單片機自動控制系統抗干擾的能力,提高系統的可靠性。 關鍵詞:自動控制系統;單片機;可靠性 1引言 作為一個微型計算機,單片

  摘要:隨著自動化系統的發展,MCU控制系統受到越來越多的關注。通過對單片機控制系統的研究,分析單片機軟件、硬件的設計原則,實現單片機自動控制系統抗干擾的能力,提高系統的可靠性。

  關鍵詞:自動控制系統;單片機;可靠性

產業與科技論壇

  1引言

  作為一個微型計算機,單片機MCU就是通過集成電路技術把很多種電路系統綜合在一起,集成一個電路芯片,與家用計算機相比,在數據處理方面旗鼓相當。單片機的體積較小,結構相對簡單,實用性方面比較強,現在大部分的工廠企業都在使用單片機進行數字化操控工作。運算器和寄存器還有控制器這三部分組成了單片機。運算器在工作的時候利用邏輯運算程序能夠快速完成很多數據之間的運算,控制器在單片機中就是相當于最高控制中心的存在,單片機的運行就是控制器在相關的軟件之間做出協調運行才能夠實現的。寄存器主要存儲各種信息,MCU的內部軟件配置是互連和協調的有機統一。在控制器指示后,操作系統執行操作并將結果登記在寄存器中。

  2規范合理的系統設計和容錯設計

  與一般的控制系統比較,在電機運動精度的控制部分,單片機的優勢有很多。采用步進電機是經過深思熟慮以后進行篩選的結果,接地和濾波這些都是為了增加單片機的可靠性、容錯性方面進行設計。雖然涉及的材料都相當的復雜,可故障安全設計在整個單片機設計當中占著非常重要的地位。在單片機的使用過程當中,使用的時間越長,單片機噪音和卡頓現象就會相繼出現,想要解決非常的困難。因為這是一種必然現象,所有的計算機,在使用時間長了以后都會出現卡頓和噪音的現象。而智能模塊決定了單片機系統,是否穩定工作。

  3單片機控制系統的干擾問題

  單片機的干擾問題一直是老大難問題[1-4],對單片機的工作影響非常的大,解決起來也非常不容易,需要工作很多年的老技術員,通過對類型和來源等等方面,進行深入的比對了解才能夠找到干擾單片機工作的干擾源在什么地方,然后再進行實驗的檢驗。

  通常我們把影響單片機工作的干擾源分為兩個方面,分別是內部干擾、外部干擾,詳細說起來干擾原因可分為以下幾類:(1)空間引起的干擾。空間電磁場的波動會對單片機的工作產生一定的影響。(2)過程通道抗干擾。過程通道是MCU控制系統的輸入和輸出以及MCU與其他智能設備之間的信息傳輸路徑。(3)地電位波動。由于整個MCU控制系統的接地線不同,因此它們之間存在一些潛在的差異。(4)能源系統中斷。計算機操作系統通常由交流電網供電,電網的各種影響和RF的波動引起系統供電電壓的波動,從而引起微控制器控制系統的干擾。(5)遠距離傳輸干擾。MCU控制系統的受控對象與MCU之間通常存在長距離或短距離。當信號傳輸過程中信號與傳輸線的終端阻抗不匹配或信號傳輸延遲時,會對系統造成干擾。

  4硬件的抗干擾技術

  (1)屏蔽技術。現在的抗干擾技術相對比較發達,能很好地對電磁干擾進行有效的屏蔽,使單片機能夠正常地完成工作,是現在常用的一種抗干擾技術手段。(2)接地技術。利用接地技術可以在單片機工作的過程當中防護工作人員的安全,防止單片機發生損壞。利用接地技術以后能夠讓噪音電壓在底下形成地環路,能夠非常有效地控制住干擾。在單片機系統控制方面有著非常大的好處。

  (3)電源配置在完整的MCU控制系統中,電源模塊的穩定性和可靠性是系統穩定件。常見的電源故障包括電源線的高頻干擾,感應負載引起的瞬態噪聲,晶閘管開啟/關閉時產生的干擾等。(4)硬件過濾技術。在收集和輸入數據的過程中,MCU控制系統經常受到外部內部干擾,如果發生過多干擾,系統甚至無法正常工作。因此,濾波器是必需的。最終的濾波器電路包括無源濾波器,有源濾波器,信號濾波器和開發計算機時出現的數字濾波器(即軟件濾波器)。

  (5)隔離技術隔離的本質是通過阻塞引入的干擾信道來實現隔離現場干擾的目標,這種方法可用于抑制尖峰干擾和共模干擾。一般工業應用的單片機控制系統采用的隔離措施有:光電隔離、繼電器隔離和變壓器隔離等。(6)接線抗干擾技術。MCU控制系統的PCB選擇必須適中,接線必須合理,并且還必須滿足抗干擾技術的要求。將弱信號電路與容易產生噪聲的電路分開,盡量確保傳輸信號損耗小且波形不失真。系統電路間的耦合降低到最小。

  5軟件的抗干擾技術

  (1)冗余技術說明。當處理器受到干擾并陷入無限循環時,程序可能會混淆。此時,系統必須處于正確的軌道上,即使用指令的冗余技術。通常,該技術解決了確定性干擾。當程序導彈變為單字節指令時,不會發生使用操作數作為指令的錯誤,而取而代之的是自動納入正軌。

  (2)技術軟件陷阱。所謂的軟件陷阱是一種下載指令,它強制捕獲的程序到指定的地址,去運行一段程序出處理程序,使程序運行處于正常化。如果該程序的地址被稱為ERROR,如果程序無法正常工作,然后PC指針將落在這些位置。可以有效地捕獲它以使其恢復正常的程序操作,并且如果電可編程序只讀存儲器容量允許,軟件陷阱會好得多。

  (3)程序運行監視器。程序運行監視系統又稱看門狗技術,當程序失控或進入無限循環時,當定時器超時,但系統無法更新時,定時器將被中斷,返回原始程序,或重啟微控制器。

  (4)輸入輸出數字量的軟件抗干擾。系統中不同類型的干擾主要分布在核心的輸入,輸出和系統部分。因此,有必要校正數字量輸入以及輸出的噪聲。程序方法靈活,經濟,是最合適的方法。輸入數字值中的干擾信號基本上類似于毛刺,并且動作時間短。可以通過重組來過濾由隨機干擾引起的錯誤輸入狀態信號。還可以設置反饋檢測通道以確定輸出是否正確。

  (5)數字濾波技術。數字濾波技術可分為遞歸濾波器和非遞歸濾波器。常用的數字濾波方法有:程序判斷濾波方法,中值濾波方法,平均算術濾波方法,平均遞歸濾波方法,抗脈沖平均濾波方法和方法第一順序的后期過濾。它的技術是在計算機技術快速發展的基礎上開發的軟件濾波器,它過濾與數字信號混合的干擾信號。

  6結語

  在單片機的自動控制系統可靠性能和抗干擾技術方面,想要更好地掌握相應的技術,就需要經過刻苦的學習,多了解相關的專業知識,實踐與理論相結合。只有掌握了相應的專業知識并且學會怎樣應用,才能在單片機自動控制領域有所作為,對單片機自動控制系統進行改進。保證自動控制系統在使用的過程當中安全、可靠,更好地為我國的工業做出貢獻。

  參考文獻

  [1]孫殿紅,碩力更.單片機控制系統的可靠性及電磁兼容性[J].安全與電磁兼容,1999(02):34-38.

  [2]林大元,梁平.單片機控制系統的可靠性探討[J].內江科技,2013,34(03):166-167.

  [3]孫殿紅,碩力更.單片機控制系統的可靠性及電磁兼容[J].電子制作,2000(11):30-32.

  [4]王承.制藥行業空調自控系統的構建與優化[J].產業與科技論壇,2011,10(07):101-102.

  相關刊物推薦:《產業與科技論壇》雜志創刊于1975年,經中華人民共和國新聞總署批準,由河北省社會科學院主管,河北省社會科學院財貿經濟研究所主辦的省級綜合性大型理論與實踐月刊。

  

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