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前言
作为工业自动化核心部件
称重仪表，不同于商用衡器，往往面临更复杂工况。
拌和站电磁环境比较恶劣情况下，一些大规模集成电路常常会受到干扰，导致不能正常工作或
错误状态下运行，造成后果往往是很严重。
对抗干扰性能了解是称量仪表选型关键。我们对珠海市长陆工业自动控制系统有限公司生产UNI800与TR600和其它同类厂家产品进行反复比较过程中，获
了一个好单片机系统（称重仪表）应具备抗干扰性能方面分析经验。此与同行分享，希望以此促进行业技术水平提高。
仪表电磁兼容性(EMC)是一项重要指标，它包含系统发射和敏感度两方面问题。
一个单片机系统符条件合下面三个条件，则该系统是电磁兼容：
1． 对其他系统不产生干扰；
2． 对其他系统发射不敏感；
3． 对系统本身不产生干扰；
干扰不能完全消除，但也要使干扰减少到最小。干扰产生
直接（
导体、公共阻抗耦合等），就是间接（串扰或辐射耦合）。电磁干扰产生是导体和辐射，很多磁电发射源、如光照、继电器、DC电机和日光灯都可以引起干扰；AC电源线、互连电缆、金属电缆和子系统内部电路也都可能产生辐射或接收到不希望信号。高速单片机系统中，时钟电路通常是宽带噪声最大产生源，这些电路可产生高达300MHz谐波失真，系统中应该把他们去掉。另外，单片机系统中最容易受影响是复位线，中断线和控制线。
1． 干扰耦合方式
（1） 传导性EMI
一种最明显而往往被忽略能引起电路中噪声路径是
导体。一条穿过噪声环境导线可检拾噪声并把噪声送到其他电路引起干扰。设计人员必须避免导线检拾噪声和噪声引起干扰前用去耦办法去除噪声。最普通例子是噪声电源进入电路。若电源本身或连接到电源其他电路是干扰源，则电源线进入电路之前必须对其去耦。
（2） 公共阻抗耦合
当来自两个不同电路电流流经一个公共阻抗时就会产生共阻抗耦合。阻抗上压降由两个电路决定，来自两个电路
电流流过共阻抗。电路a电位被电流b调制，噪声信号或DC补偿经共阻抗从电路b耦合到电路a。
（3） 辐射耦合
经辐射耦合通称串扰。串扰发生电流流经导体时产生电磁场，而电磁场邻近导体中感应瞬态电流。
（4） 辐射发射
辐射发射有两种基本类型；差分模式(DM)和共模(CM)。共模辐射或单极天线辐射是由无意压降引起，它使电路中所有连接抬高到系统电位之上。就电场大小而言，CM辐射是比DM辐射更为严重问题。为使CM辐射最小，必须用切合实际设计使共模电流降到零。
2． 影响EMC因数
（1） 电压。电源电压越高，意味着电压振幅越大，发射就更多，而低电源电压影响敏感度。
（2） 频率。高频产生更多发射，周期性信号产生更多发射。高频单片机系统中，当器件开关时产生电流尖峰信号；模拟系统中，当负载电流变化时产生电流尖峰信号。
（3）接。所有EMC问题中，主要问题是不适当接引起。有三种信号接方法：单点、多点和混合。频率低于1MHz时，可采用单点接方法，但不适宜高频；高频应用中，最好采用多点接。混合接是低频用单点接，而高频用多点接方法。线布局是关键，高频数字电路和低电平模拟电路接电路绝不能混合。
（4） PCB设计。适当印刷电路板（PCB）布线对防止EMI是至关重要。
（5） 电源去耦。当器件开关时，电源线上会产生瞬态电流，必须衰减和滤掉这些瞬态电流。来自高di/dt源瞬态电流导致和线迹“发射”电压，高di/dt产生大范围高频电流，激励部件和线缆辐射。流经导线电流变化和电感会导致压降，减小电感或电流随时间变化可使该压降最小。
3．称量仪表对抗干扰与复杂工况处理硬件要求
硬件上我们要求仪表厂家必须具有以下措施：
（1） PCB及电路抗干扰措施
印刷电路板抗干扰设计与具体电路有着密切关系，这里仅就PCB抗干扰设计几项常用措施作一些说明。
① 电源线设计
印刷线路板电流大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻；同时，使电源线、线走向和数据传递方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。
② 线设计
单片机系统设计中，接是控制干扰重要方法。如能将接和屏蔽正确结合来使用，可解决大部分干扰问题。单片机系统中线结构大致有系统、机壳（屏蔽）、数字（逻辑）和模拟等。
线设计中应注意以下几点：
a．正确选择单点接与多点接。低频电路中，信号工作频率小于1MHz，它布线和器件间电感影响较小，而接电路形成环流对干扰影响较大，
采用一点接方式。当信号工作频率大于10MHz，线阻抗变很大，此时应尽量降低线阻抗，应采用就近多点接。当工作频率1～10MHz 时，采用一点接，其线长度不应超过波长1/20，否则应采用多点接法。
b. 数字与模拟分开。电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者线不要相混，分别与电源端线相连。低频电路应尽量采用单点并联接，实际布线有困难时可部分串联后再并联接；高频元件周围尽量用栅格状大面积箔，要尽量加大线性电路接面积。
C．接线应尽量加粗。若接线用很细线条，则接电位会随电流变化而变化，致使电子产品定时信号电平不稳，抗噪声性能降低。应将接线尽量加粗，使它能三倍于印刷电路板允许电流。如有可能，接线宽度应大于3 mm。
d．接线构成闭环路。设计只由数字电路组成印刷电路板线系统时，将接线做成闭路可以明显提高抗噪声能力。其原因
：印刷电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多元件时，因受接线粗细限制，会线上产生较大电位差，引起抗噪声能力下降；若将接线构成环路，则会缩小电位差值，提高电子设备抗噪声能力。
③ 退耦电容配置
PCB设计常规做法之一，是印刷板各个关键部位配置适当退耦电容。退耦电容一般配置原则是：
a． 电源输入端跨接10～100μF电解电容器。如有可能，接100μF以上更好。
b． 原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF瓷片电容。如遇印刷板空隙不够，可每4～8个芯片布置一个1～10pF钽电容。
c． 抗噪声能力弱、关断时电源变化大器件，如RAM、ROM存储器件，应芯片电源线和线之间直接接入退耦电容。
d． 电容引线不能太长，尤其是高频旁路电容不能有引线。
此外，还应注意以下两点：
a． 印刷板中有接触器、继电器、按钮等元件时，操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC电路来吸收放电电流。一般R取1～2kΩ，C取2.2～47μF。
b． CMOS输入阻抗很高，且易受感应，使用时，对不用端要接或接正电源。
（2） 输入/输出电磁兼容性设计
单片机系统中输入/输出也是干扰源传导线，和接收射频干扰信号拾检源，称重仪表设计时一般要采取有效措施：
①． 采用必要共模/差模抑制电路，同时也要采取一定滤波和防电磁屏蔽措施以减小干扰进入。
②． 条件许可情况下尽可能采取各种隔离措施（如光电隔离
磁电隔离），
阻断干扰传播。
（3） 单片机复位电路设计
单片机系统中，看门狗系统对整个单片机运行起着特别重要作用，
所有干扰源不可能全部被隔离或去除，一旦进入CPU干扰程序正常运行，那么复位系统结合软件处理措施就成了一道有效纠错防御屏障了。常用复位系统有以下两种：
①．外部复位系统。外部“看门狗”电路可以自己设计也可以用专门“看门狗”芯片来搭建。
，他们各有优缺点，大部分专用“看门狗”芯片对低频“喂狗”信号不能响应，而高频“喂狗”信号都能响应，使其低频“喂狗”信号下产生复位动作而高频“喂狗”信号下不产生复位动作，这样，程序系统陷入一个死循环，而该循环中恰巧有着“喂狗”信号话，那么该复位电路就无法实现它应有功能了。，我们自己可以设计一个具有带通“喂狗”电路和其他复位电路构成系统就是一个很有效外部监控系统了。
②．现越来越多单片机都带有自己片上复位系统，这样用户就可以很方便使用其内部复位定时器了，
，有一些型号单片机它复位指令太过于简单，这样也会存象上述死循环那样“喂狗”指令，使其失去监控作用。有一些单片机片上复位指令就做比较好，一般他们把“喂狗”信号做成固定格式多条指令依顺序来执行，有一定错误则该“喂狗”操作无效，这样就大大提高了复位电路可靠性。
（4） 振荡器
大部分单片机都有一个耦合于外部晶体或陶瓷谐振器振荡器电路。PCB上，要求外接是电容、晶体或陶瓷谐振器引线越短越好。RC振荡器对干扰信号有潜敏感性，它能产生很短时钟周期，最好选晶体或陶瓷谐振器。另外，石英晶体外壳要接。
（5） 防雷击措施
室外使用单片机系统或从室外架空引入室内电源线、信号线，要考虑系统防雷击问题。常用防雷击器件有：气体放电管、TVS（Transient Voltage Suppression）等。气体放电管是当电源电压大于某一数值时，通常为数十V或数百V，气体击穿放电，将电源线上强冲击脉冲导入大。TVS可以看成两个并联且方向相反齐纳二极管，当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态数百乃上千A电流。
（6） 电源系统抗干扰
工业电源特别是搅拌设备电源工况复杂，如何不稳定电源场合确保仪表工作稳定尤为重要。
常用开关电源与线性电源相比各有优缺点：开关电源作为恒功率器件，外部供电电压高则输出电流小，电压低则输出电流大，维持输入到仪表内部功率恒定，减少仪表内部温度差，更不会因过热造成元件损坏。而线性电源电压升高时，电流将增大，特别是电压运行高于240VAC时，内部温升加快，会造成变压器或三端稳压器等损坏，低于220VAC时，会造成运行不可靠或停止运行。
一般工业控制采用开关电源方式，而试验或商用设备采用线性电源较为合理。
电源波动会造成仪表输出激励电压波动，称量值会随之变化，故应采用较为保险多级稳压方案。UNI800与TR600均采用二级稳压，当外部电压波动，对仪表读数影响甚小；而有些仪表采用一级稳压，称重数值随外部电压波动而异常变化根本无法满足要求。
（7） 模拟信号输出
有些称重仪表厂家为降低成本，往往采用12位脉宽调制方法输出模拟信号，这有几个坏处：①脉冲来自单片机系统，占用晶振资源，往往造成输出模拟值滞后仪表读数很多；②低位数脉宽调制往往重复性、线性上较差，再加上信号给上位机进行A/D转换又有精度损失，故此方案用于配料精度高场合不可行。 UNI800及TR600采用16位DA转换输出模拟信号而成为较佳选择。
（8） 来自称体干扰
秤体结构变化或物料粘附等造成称重数值漂移，必须启动配料时须有自动清零功能，UNI800与TR600此功能确保每次配料准确性。
（9） 信号输入范围
很多添加量较小材料因秤体自重较重，零位信号较高，放大信号也使用3mv/v传感器而接近30mv，此要求很多仪表放大器设计所限最大只能接受25mv信号而导致不能调校，只能加高精度电阻下拉信号电压，但这往往野外作业工是个难题。有合理适合搅拌系统使用信号输入范围也应成为选型要求之一。UNI800及TR600产品，零位可调电压0-15mv，放大可调最大至35mv，非常适合沥青秤、外加剂秤使用。
4．对干扰措施软件处理方法
电磁干扰源所产生干扰信号一些特定情况下（比如一些电磁环境比较恶劣情况下）是无法完全消除，最终将会进入CPU处理核心单元，这样一些大规模集成电路常常会受到干扰，导致不能正常工作或错误状态下工作。特别是像RAM这种利用双稳态进行存储器件，往往会强干扰下发生翻转，使原来存储“0”变为“1”，“1”变为“0”；一些串行传输时序及数据会因干扰而发生改变；更严重会破坏一些重要数据参数等；造成后果往往是很严重。这种情况下软件设计好坏直接影响到整个系统抗干扰能力高低。
⑴ 程序会电磁干扰大致会一下几种情况：
① 程序跑飞。
这种情况是最常见干扰结果，一般来说有一个好复位系统或软件帧测系统即可，对整个运行系统不会产生太大影响。
② 死循环或不正常程序代码运行。
当然这种死循环和不正常程序代码并非设计人员有意写入，我们知道程序指令是由字节组成，有是单字节指令而有是多字节指令，当干扰产生后使PC 指针发生变化，使原来程序代码发生了重组产生了不可预测可执行程序代码，那么，这种错误是致命，它会有可能会去修改重要数据参数，有可能产生不可预测控制输出等一系列错误状态。
⑵ 对重要参数储存措施
一般情况下，我们可以采用错误检测与纠正来有效减少或避免这种情况出现。检错、纠错原理，主要思想是数据写入时，写入数据生成一定位数校验码，与相应数据一起保存起来；当读出时，同时也将校验码读出，进行判决。出现一位错误则自动纠正，将正确数据送出，并同时将改正以后数据回写覆盖原来错误数据；出现两位错误则产生中断报告，通知CPU进行异常处理。所有这一切动作都是靠软件设计自动完成，具有实时性和自动完成特点。这样设计，能大大提高系统抗干扰能力，提高系统可靠性。
检错与纠错原理：
首先来看看检错和纠错基本原理。进行差错控制基本思想是信息码组中以一定规则加入不同方式冗余码，
信息读出时候依靠多余监督码或校码码来发现或自动纠正错误。
针对误码发生特点，即错误发生随机性和小概率性，它几乎总是随机影响某个字节中某一位（bit），，能够设计自动纠正一位错误，而检查两位错误编码方式。就可以大大提高系统可靠性。
⑵ 对RAM和FLASH(ROM)检测
编制程序时我们最好是写入一些检测程序来测试RAM和FLASH(ROM)数据代码，看有无发生错误，一旦发生要立即纠正，纠正不了要及时给出错误指示，用户去处理。
另外，编制程序时加入程序冗余是不可缺少。一定方加入三条或三条以上NOP指令对程序重组有着很有效防止作用。同时，程序运行状态中要引入标志数据和检测状态，及时发现和纠正错误产生。
后记
总来说
提高单片机系统电磁兼容性，
要合理设计PCB板，
要电路结构上及软硬件中采取相应措施。最后我们还对珠海市长陆工业自动控制系统有限公司冶金、混凝土、粮油饲料、化工、等行业国内外用户应用情况进行了广泛考察，作为单片机系统称重控制仪表UNI800和TR600系列设计、制造、安装和运行各个阶段，正是以上各种抗干扰手段运用，并形形色色现场环境模拟及实际工作实验，造就了“金刚不坏之躯”，保证称重仪表各种工况下长期稳定、可靠、安全运行。该公司并获同类产品中为数不多由著名认证企业SGS公司签发CE认证，由此获进入发达国家工业自动化市场通行证，拥有与世界老牌企业同类产品竞争利器。我公司决定选用该公司产品，实际应用证明我们选择是正确，是西筑搅拌设备可靠保证重要因素之一。