单片机在自动控制系统中的可行性分析

皮大能

摘 要：目前状况下，自动控制系统已成为工业领域的核心。单片机在自动控制系统中有抗干扰，灵活等特点。通过对单片机软件，硬件的设计原理分析，及灵活性分析，可以确定及提高单片机在系统中的可行性。

关键词：自动控制系统;单片机;抗干扰;灵活性

引言

运算器和寄存器还有控制器这三部分组成了单片机。运算器在工作的时候利用逻辑运算程序能够快速完成很多数据之间的运算，控制器在单片机中就是相当于最高控制中心的存在，单片机的运行就是控制器在相关的软件之间做出协调运行才能够实现的。寄存器主要存储各种信息，MCU 的内部软件配置是互连和协调的有机统一。在控制器指示后，操作系统执行操作并将结果登记在寄存器中。

1 单片机控制系统的干扰问题

通常我们把影响单片机工作的干扰源分为两个方面，分别是内部干扰、外部干扰，详细说起来干扰原因可分为以下几类：（1）空间引起的干扰。空间电磁场的波动会对单片机的工作产生一定的影响。（2）过程通道抗干扰。过程通道是 MCU 控制系统的输入和输出以及 MCU 与其他智能设备之间的信息传输路径。（3）地电位波动。由于整个 MCU控制系统的接地线不同，因此它们之间存在一些潜在的差异。（4）能源系统中断。计算机操作系统通常由交流电网供电，电网的各种影响和 RF 的波动引起系统供电电压的波动，从而引起微控制器控制系统的干扰。（5）远距离传输干扰。MCU 控制系统的受控对象与 MCU 之间通常存在长距离或短距离。当信号传输过程中信号与传输线的终端阻抗不匹配或信号传输延迟时，会对系统造成干扰。

2 硬件的抗干扰技术

2.1 对CPU 进行选择

不同的单片机之间的抗干扰性能也有差异。不同品牌的单片机的抗干扰性能也不尽相同，如果工作环境中的干扰比较大，就可以选择一些比较好的牌子的单片机。外时钟是高频噪声源，所以如果可以的话，比较好的是选用低频率的单片机。

2.2 隔离技术

信号隔离的目的是从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离，从而使监控的装置和现场不直接发生电的联系。隔离的实质是通过切断引入的干扰源信道来实现隔离现场干扰的目标。这种方法能够很好的抑制尖峰干扰和共模干扰。常用的隔离方法有光电隔离，继电器隔离，布线隔离。

2.3 屏蔽技术

随着单片机抗干扰技术的发展，我们已经可以对电磁干扰进行有效的屏蔽。屏蔽技术已经日渐成熟并且成为一种重要的抗干扰技术手段。

2.4 接地技术

通过接地可以在很大程度上提高抗干扰能力，能提高抗外部干扰的能力并且极大程度地抑制系统内部噪音耦合。上面我们所提到的雷电这种干扰源就可以通过接地有效的防止。单片机的底线不能随便乱接。需要注意的是：绝对不能混淆接地线与动力线的火线，零线中的零线。

2.5硬件过滤技术。

在收集和输入数据的过程中，MCU 控制系统经常受到外部内部干扰，如果發生过多干扰，系统甚至无法正常工作。因此，滤波器是必需的。最终的滤波器电路包括无源滤波器，有源滤波器，信号滤波器和开发计算机时出现的数字滤波器（即软件滤波器）。

3 软件的抗干扰技术

3.1 数字滤波技术

由于单片机系统在实际应用过程中其自身也会产生一定的电磁噪声，再加上外界传感器以及单片机输入进项信号的过程中也会产生相应的电磁干扰。所以，为了确保单片机系统的正常稳定运行，工作人员必须采取积极有效的措施做好干扰源控制和消除的工作。严格的按照要求将周期性干扰和不规则干扰信号控制在合理的范围内，通过过滤程序中运行信号的方式确保单片机的正常稳定运行。

3.2 系统的结构冗余

现阶段工业企业使用的大多数系统结构、电路以及相关组成器件等都处于简化的状态，这种方式不仅有效的降低了单片机系统构建的成本，而且对于系统运行可靠性的提升也有着积极的促进作用。这种系统的运行原理就是通过在两个不同的工作系统中同时输入一个数据，然后再通过对相关数据结果的比较和分析，如果数据结果与系统匹配的话则说明搞系统处于正常运行状态，反之则说明至少有一个系统出现了故障。此时系统就会进入自检过程，如果系统自检完成后检测结果正常的话，则说明系统正常。

3.3 开关量输入软件抗干扰技术

在针对叠加有效点评信号进行离散尖脉冲时输入信号就会因为受到外部因素的干扰，而导致单片机无法正常运行。通过对干扰信号特点的分析，工作人员在采集信号的过程中，必须严格的按照要求进行反复多次的采集，并在确定信号采集达到匹配要求后才能将其作为有效信号予以应用。假如信号没有跟随采集过程出现变化的话，那么系统就会发出报警信号并同时停止信号的采集。为了确保单片机系统的正常稳定运行，工作人员在应该采取适当延长信号采集前时间的方式，以达到增加系统抗干扰的能力。

3.4 开关量输出软件抗干扰技术

信号在输出过程中对报警系统等相关状态信号都会产生相应的驱动作用，通过对同一信号的不断输出，是促进信号抗干扰性能提升最直接有效的方法之一。虽然错误干扰信号不断侵入外部执行设备，对外部执行设备的运行反应速度产生了不同程度的影响。但是如果输出信号的正确的话，那么错误干扰信号就是可以有效避免的。这就要求工作人员利用可编程接口芯片具有的可重复输出的特点，设置控制输出状态信号的方式，降低外部干扰对芯片工作方式产生的干扰，从而达到提升单片机系统运行稳定性与可靠性有效提升的目的。

3.5 软件看门狗技术

如果单片机在运行过程中出现了程序进入死循环状态或者PC 指针位置不正确等程序失控问题的话，那么必然会对工业企业的生产产生非常不利的影响。由于传统的数据冗余、软件陷阱等相关技术都无法有效解决这一问题，所以研究人员应该根据这一问题的特点，研究切实可行的解决措施。而看门狗技术的出现和应用，主要是通过控制单片机循环运行时间的方式，发现和处理单片机系统运行过程中出现的错误程序，确保程序运行始终处于正常的状态。

结束语

在单片机的自动控制系统可靠性能和抗干扰技术方面，想要更好地掌握相应的技术，就需要经过刻苦的学习，多了解相关的专业知识，实践与理论相结合。只有掌握了相应的专业知识并且学会怎样应用，才能在单片机自动控制领域有所作为，对单片机自动控制系统进行改进。保证自动控制系统在使用的过程当中安全、可靠，更好地为我国的工业做出贡献。

参考文献

[1]林大元，梁平.单片机控制系统的可靠性探讨[J].内江科技，2013.

[2]王承.制药行业空调自动控制系统的构建与优化[J].产业与科技论坛，2011.

[3]尹亚南，胡香玲.单片机在自动控制系统设计中的应用[J].数字技术与应用，2017.