張警偉　楊巖　潘志洪

摘 要：智能儀器又稱為“儀器儀表”，是含有微型計算機(jī)或者微型處理器的測量儀器，擁有對用戶輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、運(yùn)算、邏輯判斷及自動化操作等功能。屬于新世紀(jì)的高新技術(shù)產(chǎn)品，具有功能齊全、操作簡便、分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點，是諸多行業(yè)代替人工的幫手。

關(guān)鍵詞：智能；智能儀器；儀表；抗干擾

傳統(tǒng)儀器一般只采用簡單的電子電路來轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)，用直觀的模式顯示或讀出測試數(shù)據(jù)，并沒有加入數(shù)據(jù)存儲和處理功能，要通過人工來進(jìn)行計算甚至比對才可以得出測量結(jié)果。例如，2000年的電子秤，用戶只可以在其上讀出物體重量，卻不能通過物體的單價來計算總價格，這種只能用于一般測量的數(shù)據(jù)測量儀器，都可以算是傳統(tǒng)儀器，但是由于它的成本比較低，目前還擁有一定市場。

智能儀器是具有微型處理系統(tǒng)或可接入微型計算機(jī)的智能化儀器。它可以像小型計算機(jī)一樣，通過對電子電路來轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)的分析、判斷，通過連接各種電子設(shè)備使用戶得到其需要的結(jié)果。這種強(qiáng)大的功能使智能儀器現(xiàn)在已廣泛用于電子、化工、機(jī)械、輕工、航空等行業(yè)，對我國制造業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量的檢測手段起到了重要的作用。

但是在智能儀器中，還存在很多限制因素，在對信號采集、處理、傳輸中，抗干擾能力一直是眾多電子產(chǎn)品性能好壞的重要指標(biāo)，對于某些智能儀器，在使用過程中會將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，數(shù)據(jù)在經(jīng)過采集和壓縮后，還需要傳輸?shù)街付ǖ闹鳈C(jī)，一般情況下采用其自帶的連接設(shè)備就足夠了。不過在一些特定的情況下，由于源端設(shè)備、傳輸過程中、終端設(shè)備等因素限制，在傳輸和采集中經(jīng)常會遇到一些信號干擾，致使傳輸?shù)男盘柺艿讲▌?、失真等?/p>

1 干擾信號大體可分為三類

1.1 源端設(shè)備引起的干擾

一般有供電電源的干擾和設(shè)備本身問題引起的干擾。判斷方法是直接在電路中接監(jiān)視器觀察，如果是電源引起的干擾可以通過更換電源，采用開關(guān)電源供電，在220V交流回路中加交流濾波器等辦法解決。

1.2 傳輸過程引起的干擾

主要是傳輸電纜損壞引起的干擾、電磁輻射干擾和地電位差三種，對于傳輸電纜可以通過更換電纜或增加抗干擾設(shè)備解決。

1.3 終端設(shè)備引起的干擾

主要是設(shè)備供電、設(shè)備本身產(chǎn)生的干擾、接地引起的干擾、設(shè)備與設(shè)備連接引起的干擾等。

2 抗干擾的措施

提高抗干擾的措施最理想的方法是抑制干擾源，這樣可以使其不向外產(chǎn)生干擾或?qū)⑵涓蓴_影響降低到最小。由干擾源的復(fù)雜性，要想對所有的干擾源都做到使其不對外產(chǎn)生干擾是不可能的，也是不現(xiàn)實的。因此，除了對一些重要的干擾源，其余的主要是對一些干擾源進(jìn)行抑制，將其干擾影響降低到最小，以保證系統(tǒng)能正常地工作。抑制干擾的措施很多，主要包括屏蔽、隔離、濾波、接地等方法。

2.1 屏蔽

一般采用良好接地的金屬網(wǎng)或罩實現(xiàn)電磁屏蔽，隔離電磁場干擾。既可防止外來電磁場干擾，又可防止本身電磁場輻射對外界的干擾。通常用銅和鋁等導(dǎo)電性能良好的金屬材料作屏蔽體。磁場屏蔽是為了消除或抑制由于磁場耦合引起的干擾。對靜磁場及低頻交變磁場，可用高磁導(dǎo)率的材料作屏蔽體，并保證通信線路暢通；對高頻交變磁場，靠線路上感生的渦流所產(chǎn)生的反磁場來排斥原磁場起到屏蔽作用。選用材料也是導(dǎo)電性良好的導(dǎo)體，如銅、鋁等。

2.2 隔離

隔離，是指把干擾源與接收系統(tǒng)隔離開來，使有用信號正常傳輸，令干擾耦合通道被切斷，達(dá)到抑制干擾的目的。常見的隔離方法有光電隔離、變壓器隔離和繼電器隔離等方法。

第一，光電隔離。光電隔離是以光作為媒介在隔離的兩端間進(jìn)行信號傳輸，所用的器件是光電耦合器。光電耦合器在傳輸信息時，工作方式為借助于光作為媒介物進(jìn)行耦合，因而具有較強(qiáng)的隔離和抗干擾的能力。光耦合器有著共模抑制比大、無觸點、壽命長、易與邏輯電路配合、響應(yīng)速度快、小型、耐沖擊且穩(wěn)定可靠，因此光電隔離在機(jī)電一體化系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用。

第二，變壓器隔離。變壓器隔離干擾信號用于交流信號的傳輸中。隔離變壓器將各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號源隔離開，傳輸信號通過變壓器獲得通路，而共模干擾由于不形成回路而被抑制。

第三，繼電器隔離。繼電器線圈和觸點僅有機(jī)械上形成聯(lián)系，而沒有直接的聯(lián)系，它的觸點接在其他控制回路中，通過觸點的變化導(dǎo)致控制回路發(fā)生變化（例如開關(guān)的閉合和斷開），從而實現(xiàn)既定的控制或保護(hù)的目的。因此，可利用繼電器控制和傳輸電信號。

2.3 濾波

濾波是抑制干擾傳導(dǎo)的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜比要接收的信號的頻譜寬得多，所以，當(dāng)接收器接收有用信號時，也會接收到那些沒用的干擾。這就采用濾波的方法，利用低通、高通、帶通、帶阻等低通濾波器選通其所需要的頻率，抑制無用頻率。

2.4 接地

將電路、設(shè)備機(jī)殼等與作為零電位的一個公共參考點（地）與之連接，稱為接地。接地的目的有兩個：

第一，為了安全，把電子設(shè)備的機(jī)殼、機(jī)座等與大地相接，當(dāng)設(shè)備中存在漏電時，不致影響人身安全，稱為安全接地。

第二，為了給系統(tǒng)提供一個基準(zhǔn)電位，如脈沖數(shù)字電路的零電位點等，或為了抑制干擾屏蔽接地，稱為工作接地。

工作接地包括一點接地和多點接地兩種方式：一是一點接地。將所有設(shè)備串聯(lián)起來，通過一根導(dǎo)線接地，各電路間會發(fā)生相互干擾，雖然很不可取，但由于比較簡單，用的地方仍然很多。當(dāng)各電路的電平相差不大時還可勉強(qiáng)使用，但當(dāng)各電路的電平相差很大時就不能使用。二是多點接地。多點接地所需地線較多，一般適用于低頻信號，若電路工作頻率較高，電感分量大，各地線間的互感耦合會增加干擾。各接地點就近接于接地匯流排或底座、外殼等金屬構(gòu)件上。

2.5 軟件方面

在軟件編寫程序時，可使用以下方法避免干擾：

第一，將不用的代碼空間全清成“0”，因為這等效于接低電平，限制引腳電壓。

第二，在使用無硬件看門狗時，可采用軟件?？撮T狗，以監(jiān)測程序的運(yùn)行。

第三，涉及調(diào)整或設(shè)置外部器件的參數(shù)時，定時將參數(shù)重新發(fā)送一遍，可以防止外部器件因受干擾而出錯。

第四，在有Data、CLK、INH接口時，將常態(tài)置為高，其抗干擾效果要更加明顯。

2.6 硬件方面

第一，條件允許的情況下，將每個數(shù)字元件在地與電源之間都加入104的電容。

第二，在有繼電器的應(yīng)用場合，尤其是在通過大電流時，為了防繼電器觸點火花對電路的干擾，可在繼電器線圈間并聯(lián)一個104的電容和一個整流二極管，在觸點和常開端間接一個472的電容。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王選民.智能儀器原理及設(shè)計[M].清華大學(xué)出版，2008.

[2] 史健芳，廖述劍，楊靜.智能儀器設(shè)計基礎(chǔ)[M].電子工業(yè)出版社，2012.

作者簡介：張警偉（1995—），男，遼寧海城人。

楊巖（1994—），男，黑龍江齊齊哈爾人。

潘志洪（1992—），男，福建泉州人。