基于AT89C52的励磁调节器的设计与实现

5 抗干扰设计  



图5励磁电源数据采集过程程序框图
  
由于系统的单片机及其它数字电路系统与其他的模拟高电压、大电流的器件共同放在一个机箱中，系统的工作环境是比较恶劣和复杂的，其应用的可靠性、安全性就成为一个非常突出的问题。为保证测控系统长期、稳定、可靠的运行，现就影响测控系统可靠、安全运行的主要因素和解决方法说明如下。  
　　
5.1 数据采集误差加大

干扰侵入测量单元模拟信号的输入通道叠加在有用信号之上，会使数据采集误差加大，由于系统的测量精度较高，干扰显得更加严重。  
　　
针对此问题，从硬件和软件两方面进行考虑和解决。①硬件方面：在集成电路及采集通道上使用电容，以减少电源的干扰；其次，信号的采集连接线使用屏蔽线，使采集信号在传送过程中不会受到外界的干扰。②软件方面：采用数字滤波法，由于系统的干扰是随机干扰，且被测参数变化较慢，可以用数字滤波（就是通过一定的软件程序降低干扰信号）的方法加以抑制或滤除。  
　　
5.2 控制状态失灵与程序运行失常处理

控制状态失灵与程序运行失常主要采用了以下方法：①系统采用浮地设计；②使用软件拦截技术（指令冗余，软件陷阱）；③单片机采用电源监视及“看门狗”电路；④对数字电路进行屏蔽；⑤负载输出隔离。  
　　
5.3 控制电路（MCU部分）与主电路的隔离

在整个系统中，单片机与外界功率开关器件采用隔离驱动方式，隔离电路模块将控制电路模块、主励磁电路模块互相隔离。这样进行设计主要是避免引起灾难性的后果。虽然隔离驱动可分为电磁隔离和光电隔离两种方式，由于本文所需产生的励磁频率低频在4Hz，高频在100Hz左右，对于光电隔离共模抑制能力差，传输速度慢的缺点不重要；同时由于光电隔离具有体积小，结构简单等优点，而且可以减少干扰，所以本系统采用光电隔离方式。隔离元件采用TLP521光电耦，与光电耦相连的单片机的两个引脚的PWM波形通过两个470Ω的电阻分别与两个光电耦相连，同时控制单片机的两个引脚交互输出高低电平，从而使得在励磁线圈上得到正反双向电压。周而复始，在励磁线圈上产生与单片机相应引脚上相同频率的波形，只是幅度不一样而已。同时在下位机中专设了延时0.01ms的程序进行软件延时，目的是为了更进一步保证功率管在工作时不会发生重叠导通以造成损坏，增加可靠性。  
　　
6 结束语

本文详细介绍了基于工控机和单片机的具有网络化控制功能的励磁调节器系统，实现了调度员或厂级工作人员能够远程控制系统的开停机、升速升压、并网、调整功率（包括有功和无功）等操作。  
　　
本文作者创新点是：讨论了基于上位机（PLC）和下位机（AT89C52单片机）串行通讯来实现励磁调节器调节的工作原理和方法，并给出了上位机和下位机的程序结构。经实践证明，在励磁电源的现场实际调试及使用中达到了预期的效果，该系统能够长期稳定、可靠的运行。