港口起重機是一種蘊藏危險因素較多、事故發(fā)生幾率較大的工程機械，國內外每年都發(fā)生大量因港口起重機事故造成的設備損壞甚至人身傷亡事故。任何起重機都有其安全載荷限度，超過這個限度，輕則對設備部件造成損壞，重則發(fā)生整車傾覆的惡性事故。因此，必須控制起重機在安全限度內工作。在這種條件下，具有載荷、力矩限制功能的起重機力矩限制器成為保證起重機安全作業(yè)的必不可少的保護裝置。
1.起重機工作環(huán)境一般比較惡劣，工作現(xiàn)場的干擾很嚴重。所以在系統(tǒng)設計上，應該采取必要的軟硬件措施，減小甚至消除各種不良因素對它的影響和損害，提高工作的穩(wěn)定性和可靠性，單片機系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的，其中系統(tǒng)的抗干擾性能是系統(tǒng)可靠性的重要指標。
2. 干擾渠道和抗干擾措施
干擾串入系統(tǒng)的渠道主要有三條，即空間干擾(場干擾)，它通過電磁波輻射串入系統(tǒng)；過程通道干擾，干擾通過與主機相連的前向通道、后向通道及與其它主機的相互通道進入；供電系統(tǒng)干擾。一般情況下，空間干擾在強度上遠小于其它兩個渠道串入的干擾，為了克服空間干擾，對機殼采取良好的屏蔽與正確的接地。若采用了直流穩(wěn)壓電源供電，供電系統(tǒng)的干擾較小，主要考慮過程通道的干擾。過程通道是前向接口、后向接口進行信息傳輸的路徑，在過程通道中長線傳輸的干擾是主要因素。按照經驗，當微處理器的主振頻率為lMHz時，傳輸線大于0．5m或者主振為4MHz時，傳輸線大于0、3m，即作為長線傳輸處理，單片機過程通道的長線傳輸不可避免。單片機應用系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖波，它在傳輸線上傳輸時會出現(xiàn)延時、畸變、衰減、通道干擾等。為了保證長線傳輸的可靠性，主要措施有光電藕合隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配等。
A阻抗匹配措施主要通過阻抗匹配器來實現(xiàn)。匹配原理其實就是為了保證輸入信號傳人設備，要求輸入功率在傳輸線上的損耗要小，只有當接入設備的傳輸線的阻抗(純電阻)等于設備的輸入阻抗(實數部分)功率才會被傳輸，當設備的輸入阻抗包含容抗或感抗時，就會產生較大衰減，這時就要用到阻抗匹配器了，把容抗或感抗抵消掉。大體上，阻抗匹配有兩種，一種是透過改變阻抗力，另一種則是調整傳輸線的波長。
B光電隔離措施主要通過光電耦合器來實現(xiàn)。光電耦合器以光電轉換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端與信息接收并輸出端是帶電絕緣的，從而對地電位差干擾有很強的抑制能力，而且有很強的抑制電磁干擾的能力，且速度高，價格低，接口簡單，因而得到廣泛應用。光電耦合隔離器的型號有很多如二極管一二極管光電耦合器、二極管一晶體管光電耦合器、二極管一達林頓管光電耦合器、二極管-T幾邏輯電路光電耦合器等。
C雙絞線傳輸措施主要通過雙絞線傳輸器來實現(xiàn)。雙絞線一般是指網線，雙絞線傳輸利用差分傳輸原理，在發(fā)射端將視頻信號變換成幅度相等、極性相反的視頻信號，通過雙絞線傳輸后，在接收端將二個極性相反的視頻信號相減變成通常的視頻信號，故能有效抑制共模干擾，即使在強干擾環(huán)境下，其抗干擾能力遠比同軸電纜好，同一根網線相互之間不會發(fā)生干擾。雙絞線傳輸器常見的型號有3類線，5類線和超5類線，以及6類線，前者線徑細而后者線徑粗。
3. 硬件的抗干擾設計
影響單片機系統(tǒng)可靠安全運行的因素主要來自系統(tǒng)內部和外部的各種電氣干擾，并受系統(tǒng)結構設計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構成單片機系統(tǒng)的干擾因素，常會導致單片機系統(tǒng)運行失常，輕則影響產品質量和產量，重則會導致事故，造成重大經濟損失。通常可采用以下所述方法實現(xiàn)硬件的抗干擾。
3.1 供電系統(tǒng)抗干擾
系統(tǒng)的供電不直接使用起重機的直流電源，DC DC變換之后向系統(tǒng)供電，獲得高質量的直流電壓。使用不同DC DC模塊將模擬地和數字地隔離開。
3.2 印刷電路板設計的抗干擾措施
印刷電路板是單片機應用系統(tǒng)中器件、信號線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設計的好壞對抗干擾能力影響很大，故印刷電路板的設計絕不單是器件、線路的簡單布局安排，還必須符合抗干擾的設計原則。通常有下述抗干擾措施：
3.2.1 地線設計
應用系統(tǒng)中地線結構大致有系統(tǒng)地、機殼地、數字地和模擬地等。接地是抑制干擾的重要方法，如能將接地和屏蔽正確結合起來使用可解決大部分干擾問題。
3.2.2 去藕電容配置
在印刷電路板的各個關鍵部位配置去耦電容是印刷電路板設計的一個常規(guī)做法。電源輸入端跨接10 100F的電解電容器。每個集成電路芯片都安置了一個0．01F的陶瓷電容器。電容引線很短。
3.2.3 其他措施
CMOS芯片的輸入阻抗很高，易受感應，對其不用的引腳進行了接地或接正電源的處理。繼電器、按鈕等在操作時會產生火花，設計中，我們利用RC電路加以吸收，繼電器線圈兩端還并接了續(xù)流二極管。實踐表明，元器件的質量對系統(tǒng)影響很大。因此應選擇正品元器件。使用前要進行必要的篩選。對于接插件，應選擇抗震性能好，接合可靠，可防松的。傳輸電纜應具有性能良好的屏蔽層，耐老化，抗損傷，不易斷線。
3.3 屏蔽與接地措施
用金屬外殼將整機包圍起來，再將金屬外殼接地就能起到屏蔽的作用，對于各種通過電磁感應引起的干擾特別有效。屏蔽外殼的接地與系統(tǒng)的參考點相連，而且只能在一處相連。所有引入、引出線都應采用屏蔽線，其屏蔽層應和外殼在同一點接系統(tǒng)參考點。參考點不同的系統(tǒng)應分別屏蔽，不可共處一個屏蔽裝置。
3.4 過程通道抗干擾措施
過程通道是前向接口、后向接口或主機與主機之間進行信息傳輸的路徑，在過程通道中長線傳輸的干擾是主要因素。隨著系統(tǒng)主振頻率愈來愈高，微機系統(tǒng)過程同通道的長線傳輸愈來愈不可避免。例如，按照經驗公式計算，當微處理器的主振頻率為1MHZ時，傳輸大于0．5m或主振為4MHZ時，傳輸線大于0．3m，即作為長線傳輸處理。單片機應用系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖波，它在傳輸線上傳輸時會出現(xiàn)延時、畸變、衰減、通道干擾等。為了保證長線傳輸的可靠性，主要有光電藕合隔離技術、雙絞線傳輸、阻抗匹配等。長線傳輸時，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。
4. 軟件的抗干擾設計
單片機應用系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件解決，因此，有必要進行軟件抗干擾設計。軟件抗干擾是屬于單片機系統(tǒng)的自身防御行為。軟件抗干擾措施的前提條件是：系統(tǒng)中抗干擾軟件不會因干擾而損壞。在單片機應用系統(tǒng)中，由于程序及一些重要常數都存放在R服中，這就為軟件的抗干擾創(chuàng)造了良好的前提。在軟件設計時，本著在滿足系統(tǒng)控制功能的前提下，盡量提高軟件的可靠性的原則，可采取以下軟件抗干擾措施。
4.1 數字濾波
對于實時數據采集系統(tǒng)，為了消除傳感器通道中的干擾信號，在硬件措施上常采取有源或無源RLC網絡，構成模擬濾波器對信號實現(xiàn)頻率濾波。同樣，運用CPU的運算、控制功能也可以實現(xiàn)頻率濾波，完成類似模擬濾波器的功能，這就是數字濾波。在一般數據采集系統(tǒng)中，常采用一些簡單的數值、邏輯運算處理來達到濾波的效果。這些方法有程序濾波、中值濾波、算數平均濾波、去極值平均濾波、加權平均濾波、滑動平均濾波、低通濾波等。這樣經過數字濾波，可以減少系統(tǒng)的隨機干擾對采集結果的影響。
4.2 數字信號輸出的軟件抗干擾
對于輸出的開關量控制信號，要多次重復輸出同一數據。只要有可能，其重復周期盡可能短些。外部設備接受到一個被干擾的錯誤信息后還沒有作出反應，一個正確的輸出信息又來到，就可以及時防止錯誤動作的產生。
4.3 程序運行失常的軟件抗干擾系統(tǒng)受到干擾，致使PC值改變，造成程序運行失常，常常導致程序飛出數據區(qū)及工作寄存器中數據破壞。對于程序運行失常的軟件對策主要是發(fā)現(xiàn)失常狀態(tài)后及時引導系統(tǒng)恢復原始狀態(tài)。
4.3.1 指令冗余
當CPU受到干擾后。往往將一些操作數當作指令碼來執(zhí)行，引起程序混亂。本文在一些對程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道，此類指令有：RET、RET、ACAI、LCALL、AJMP、LJMP、JZ、JNZ、JC、JNC、JB、JNB、CJNZ、DJNZ等。在某些對系統(tǒng)工作狀態(tài)至關重要的指令前也可插入兩條NOP指令，以保證被正確執(zhí)行。
4.3.2 軟件陷阱
當彈飛的程序落到非程序區(qū)(如未使用的中斷向量區(qū))時。指令冗余就不起作用了：只能在非程序區(qū)設置攔截措施，使彈飛的程序掉人軟件陷阱，強行將程序納入正軌。所謂軟件陷阱，就是一條引導指令強行將捕獲的程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯進行處理的程序。軟件陷阱一般由一條跳轉指令和空操作指令組成。
4.3.3 程序運行監(jiān)視系統(tǒng)(WATCHDOG)當程序彈飛到一個臨時構成的死循環(huán)時，冗余指令和軟件陷阱也無能為力，此時系統(tǒng)將完全癱瘓，使用程序運行監(jiān)視系統(tǒng)能及時發(fā)覺死循環(huán)并能使系統(tǒng)復位。
本文對系統(tǒng)產生干擾的原因分析較為充分，對系統(tǒng)軟、硬件進行抗干擾設計的方法以及所提出的抗干擾措施，可有效地保證系統(tǒng)可靠運行。
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