稱量儀表對抗干擾與復(fù)雜工況處理的硬件要求

在硬件上 我們要求儀表廠家必須具有以下措施：

（1） PCB及電路抗干擾措施

印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)常用措施作一些說明。

① 電源線設(shè)計(jì)

根據(jù)印刷線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環(huán)路電阻；同時(shí)，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。

② 地線設(shè)計(jì)

在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合來使用，可解決大部分干擾問題。單片機(jī)系統(tǒng)中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機(jī)殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等。

在地線設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a．正確選擇單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而采用一點(diǎn)接地的方式。當(dāng)信號工作頻率大于10MHz，地線阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地。當(dāng)工作頻率在1～10MHz時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，其地線長度不應(yīng)超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地法。

b. 數(shù)字地與模擬地分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。低頻電路的地應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，實(shí)際布線有困難時(shí)可部分串聯(lián)后再并聯(lián)接地；高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔，要盡量加大線性電路的接地面積。

C．接地線應(yīng)盡量加粗。若接地線用很細(xì)的線條，則接地電位會隨電流的變化而變化，致使電子產(chǎn)品的定時(shí)信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能降低。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印刷電路板的允許電流。如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3 mm。

d．接地線構(gòu)成閉環(huán)路。設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印刷電路板的地線系統(tǒng)時(shí)，將接地線做成閉路可以明顯地提高抗噪聲能力。其原因在于：印刷電路板上有很多集成電路元件，尤其遇有耗電多的元件時(shí)，因受接地線粗細(xì)的限制，會在地線上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降；若將接地線構(gòu)成環(huán)路，則會縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。

③ 退耦電容配置

PCB設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一，是在印刷板的各個(gè)關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐笋铍娙荨Ｍ笋铍娙莸囊话闩渲迷瓌t是：

a．電源輸入端跨接10～100μF的電解電容器。如有可能，接100μF以上的更好。

b．原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pF的瓷片電容。如遇印刷板空隙不夠，可每4～8個(gè)芯片布置一個(gè)1～10pF的鉭電容。

c．對于抗噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如RAM、ROM存儲器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線之間直接接入退耦電容。

d．電容引線不能太長，尤其是高頻旁路電容不能有引線。

此外，還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：

a．在印刷板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)，操作它們時(shí)均會產(chǎn)生較大火花放電，必須采用RC電路來吸收放電電流。一般R取1～2kΩ，C取2.2～47μF。

b．CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)，因此在使用時(shí)，對不用端要接地或接正電源。

輸入/輸出的電磁兼容性設(shè)計(jì)

在單片機(jī)系統(tǒng)中輸入/輸出也是干擾源的傳導(dǎo)線，和接收射頻干擾信號的拾檢源，稱重儀表設(shè)計(jì)時(shí)一般要采取有效的措施：

①．采用必要的共模/差模抑制電路，同時(shí)也要采取一定的濾波和防電磁屏蔽措施以減小干擾的進(jìn)入。

②．在條件許可的情況下盡可能采取各種隔離措施（如光電隔離或者磁電隔離），從而阻斷干擾的傳播。

（3）單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

在單片機(jī)系統(tǒng)中，看門狗系統(tǒng)對整個(gè)單片機(jī)的運(yùn)行起著特別重要的作用，因?yàn)樗械母蓴_源不可能全部被隔離或去除，一旦進(jìn)入CPU干擾程序的正常運(yùn)行，那么復(fù)位系統(tǒng)結(jié)合軟件處理措施就成了一道有效的糾錯(cuò)防御的屏障了。常用的復(fù)位系統(tǒng)有以下兩種：

①．外部復(fù)位系統(tǒng)。外部“看門狗”電路可以自己設(shè)計(jì)也可以用專門的“看門狗”芯片來搭建。然而，他們各有優(yōu)缺點(diǎn)，大部分“看門狗”芯片對低頻“喂狗”信號不能響應(yīng)，而高頻“喂狗”信號都能響應(yīng)，使其在低頻“喂狗”信號下產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作而在高頻的“喂狗”信號下不產(chǎn)生復(fù)位動(dòng)作，這樣，如果程序系統(tǒng)陷入一個(gè)死循環(huán)，而該循環(huán)中恰巧有著“喂狗”信號的話，那么該復(fù)位電路就無法實(shí)現(xiàn)它的應(yīng)有的功能了。然而，我們自己可以設(shè)計(jì)一個(gè)具有帶通的“喂狗”電路和其他復(fù)位電路構(gòu)成的系統(tǒng)就是一個(gè)很有效外部監(jiān)控系統(tǒng)了。

②．現(xiàn)在越來越多的單片機(jī)都帶有自己的片上復(fù)位系統(tǒng)，這樣用戶就可以很方便的使用其內(nèi)部的復(fù)位定時(shí)器了，但是，有一些型號的單片機(jī)它的復(fù)位指令太過于簡單，這樣也會存在象上述死循環(huán)那樣的“喂狗”指令，使其失去監(jiān)控作用。有一些單片機(jī)的片上復(fù)位指令就做的比較好，一般他們把“喂狗”信號做成固定格式的多條指令依順序來執(zhí)行，如果有一定錯(cuò)誤則該“喂狗”操作無效，這樣就大大提高了復(fù)位電路的可靠性。

（4）振蕩器

大部分的單片機(jī)都有一個(gè)耦合于外部晶體或陶瓷諧振器的振蕩器電路。在PCB上，要求外接是電容、晶體或陶瓷諧振器的引線越短越好。RC振蕩器對干擾信號有潛在的敏感性，它能產(chǎn)生很短的時(shí)鐘周期，因而選晶體或陶瓷諧振器。另外，石英晶體的外殼要接地。

（5）防雷擊措施

室外使用的單片機(jī)系統(tǒng)或從室外架空引入室內(nèi)的電源線、信號線，要考慮系統(tǒng)的防雷擊問題。常用的防雷擊器件有：氣體放電管、TVS（Transient Voltage Suppression）等。氣體放電管是當(dāng)電源的電壓大于某一數(shù)值時(shí)，通常為數(shù)十V或數(shù)百V，氣體擊穿放電，將電源線上強(qiáng)沖擊脈沖導(dǎo)入大地。TVS可以看成兩個(gè)并聯(lián)且方向相反的齊納二極管，當(dāng)兩端電壓高于某一值時(shí)導(dǎo)通。其特點(diǎn)是可以瞬態(tài)通過數(shù)百乃上千A的電流。

（6）電源系統(tǒng)抗干擾

由于工業(yè)電源特別是攪拌設(shè)備的電源工況復(fù)雜，因此如何在不穩(wěn)定電源場合確保儀表工作穩(wěn)定尤為重要。

常用的開關(guān)電源與線性電源相比各有優(yōu)缺點(diǎn)：開關(guān)電源作為恒功率器件，外部供電電壓高則輸出電流小，電壓低則輸出電流大，從而維持輸入到儀表內(nèi)部的功率恒定，從而減少儀表內(nèi)部溫度差，更不會因過熱造成元件損壞。而線性電源在電壓升高時(shí)，電流將增大，特別是電壓運(yùn)行高于240VAC時(shí)，內(nèi)部溫升加快，會造成變壓器或三端穩(wěn)壓器等損壞，在低于220VAC時(shí)，會造成運(yùn)行不可靠或停止運(yùn)行。所以一般工業(yè)控制采用開關(guān)電源方式，而試驗(yàn)或商用設(shè)備采用線性電源較為合理。由于電源波動(dòng)會造成儀表輸出的激勵(lì)電壓波動(dòng)，因此稱量值會隨之變化，故應(yīng)采用較為保險(xiǎn)的多級穩(wěn)壓方案。UNI800與TR600均采用二級穩(wěn)壓，當(dāng)外部電壓波動(dòng)，對儀表讀數(shù)影響甚小；而有些儀表采用一級穩(wěn)壓，稱重?cái)?shù)值隨外部電壓波動(dòng)而異常變化根本無法滿足要求。

（7）模擬信號輸出

有些稱重儀表廠家為降低成本，往往采用12位脈寬調(diào)制方法輸出模擬信號，這有幾個(gè)壞處：①由于脈沖來自單片機(jī)系統(tǒng)，占用晶振資源，往往造成輸出模擬值滯后儀表讀數(shù)很多；②低位數(shù)的脈寬調(diào)制往往在重復(fù)性、線性上較差，再加上信號給上位機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換又有精度損失，故此方案用于配料 精度高場合不可行。UNI800及TR600由于采用16位DA轉(zhuǎn)換輸出模擬信號而成為較佳的選擇。

（8）來自稱體的干擾

由于秤體的結(jié)構(gòu)變化或物料的粘附等造成稱重?cái)?shù)值漂移，因此必須在啟動(dòng)配料時(shí)須有自動(dòng)清零功能，UNI800與TR600的此功能確保每次配料的準(zhǔn)確性。

（9）信號輸入范圍

很多添加量較小的材料因秤體自重較重，零位信號較高，放大信號也由于使用3mv/v傳感器而接近30mv，對于此要求很多儀表由于放大器設(shè)計(jì)所限zui大只能接受25mv信號而導(dǎo)致不能調(diào)校，只能通過加高精度電阻下拉信號電壓，但這往往對于野外作業(yè)的工地是個(gè)難題。因此有合理的適合攪拌系統(tǒng)使用信號輸入范圍也應(yīng)成為選型要求之一。UNI800及TR600產(chǎn)品，零位可調(diào)電壓在0-15mv，放大可調(diào)zui大至35mv，非常適合瀝青秤、外加劑秤使用。