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)計與具體電路有著密切的關(guān)系，這里僅就PCB抗干擾設(shè)計的幾項常用措施作一些說明。

① 電源線設(shè)計

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，使電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。

② 地線設(shè)計

在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，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。單片機系統(tǒng)中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機殼地（屏蔽地）、數(shù)字地（邏輯地）和模擬地等。

在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點：

a．正確選擇單點接地與多點接地。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，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。當(dāng)工作頻率在1～10MHz時，如果采用一點接地，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)盡量采用單點并聯(lián)接地，實際布線有困難時可部分串聯(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)計只由數(shù)字電路組成的印刷電路板的地線系統(tǒng)時，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，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)計的常規(guī)做法之一，是在印刷板的各個關(guān)鍵部位配置適當(dāng)?shù)耐笋铍娙?。退耦電容的一般配置原則是：

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

c．對于抗噪聲能力弱、關(guān)斷時電源變化大的器件，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：

a．在印刷板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時，操作它們時均會產(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，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

在單片機系統(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)計時一般要采取有效的措施：

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

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）單片機復(fù)位電路的設(shè)計

在單片機系統(tǒng)中，看門狗系統(tǒng)對整個單片機的運行起著特別重要的作用，因為所有的干擾源不可能全部被隔離或去除，一旦進入CPU干擾程序的正常運行，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，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)位動作而在高頻的“喂狗”信號下不產(chǎn)生復(fù)位動作，這樣，如果程序系統(tǒng)陷入一個死循環(huán)，而該循環(huán)中恰巧有著“喂狗”信號的話，那么該復(fù)位電路就無法實現(xiàn)它的應(yīng)有的功能了。然而，我們自己可以設(shè)計一個具有帶通的“喂狗”電路和其他復(fù)位電路構(gòu)成的系統(tǒng)就是一個很有效外部監(jiān)控系統(tǒng)了。

②．現(xiàn)在越來越多的單片機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)位定時器了，但是，有一些型號的單片機它的復(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

大部分的單片機都有一個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，通常為數(shù)十V或數(shù)百V，氣體擊穿放電，將電源線上強沖擊脈沖導(dǎo)入大地。TVS可以看成兩個并聯(lián)且方向相反的齊納二極管，當(dāng)兩端電壓高于某一值時導(dǎo)通。其特點是可以瞬態(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：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，電流將增大，特別是電壓運行高于240VAC時，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，會造成運行不可靠或停止運行。所以一般工業(yè)控制采用開關(guān)電源方式，而試驗或商用設(shè)備采用線性電源較為合理。由于電源波動會造成儀表輸出的激勵電壓波動，因此稱量值會隨之變化，故應(yīng)采用較為保險的多級穩(wěn)壓方案。UNI800與TR600均采用二級穩(wěn)壓，當(dāng)外部電壓波動，對儀表讀數(shù)影響甚小；而有些儀表采用一級穩(wěn)壓，稱重數(shù)值隨外部電壓波動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，這有幾個壞處：①由于脈沖來自單片機系統(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進行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數(shù)值漂移，因此必須在啟動配料時須有自動清零功能，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。