硬件抗干擾技術(shù)用于超聲波流量計

    1 干擾的來(lái)源

    在超聲波流量測量系統中，造成干擾的干擾源有很多種，主要有：①流量計安裝環(huán)境中可能存在較大的電場(chǎng)和磁場(chǎng)干擾；②靠近水泵安裝時(shí)水泵帶來(lái)的接近超聲波信號的噪音；③電源的噪聲干擾，采用常用的電源濾波技術(shù)就可以消除其影響；④發(fā)射信號對接收信號的干擾。發(fā)射信號功率較大，通過(guò)電路和聲路都可以耦合到接收電路上，如果管徑很小，換能器間距離很近，發(fā)生干擾的尾部就會(huì )波及接收波的波形，從而嚴重影響接收信號。

    2 抗干擾的措施

    （1）電源。在系統使用的各種直流電源（如+5V）的輸入端均跨接1個(gè)10~100μF的電解電容和1個(gè)0.01~0.1μF陶瓷濾波電容以抑制電源尖峰干擾，收發(fā)電路用兩套相互隔離的電源供電。

    （2）接收范圍門(mén)。接收范圍門(mén)可以防止發(fā)射信號以及開(kāi)關(guān)動(dòng)作給接收信號帶來(lái)的干擾。

    （3）自動(dòng)增益技術(shù)。自動(dòng)增益技術(shù)除了使信號便于測量外，還可以有效地抑制噪聲干擾。

    （4）看門(mén)狗電路。程序在運行過(guò)程中會(huì )因為受到干擾導致失控，引起程序亂飛，或陷入“死循環(huán)”，此時(shí)最直接的抗干擾方法是采用硬件“看門(mén)狗”電路。復位脈沖可使系統復位，程序重新啟動(dòng)運行。例如采用X5045集成芯片來(lái)實(shí)現看門(mén)狗功能。X5045的引腳功能如下：CS為片選信號；SO為串行輸出；SI為串行輸入；SCR為串行時(shí)鐘輸入；WP為EEPROM寫(xiě)保護輸入；RESET為復位信號輸出；Vss為地；Vcc為電源電壓。X5045使用三線(xiàn)總線(xiàn)串行（SPI）外設接口，對芯片進(jìn)行操作的所有操作碼、字節地址及寫(xiě)入的數據都由SI引腳輸入，寫(xiě)入數據在串行時(shí)鐘SCI的上升沿被鎖存；從芯片讀取的數據由SO引腳串行輸出。芯片的把關(guān)定時(shí)器和電壓監視器都對單片機提供獨立的保護，當電源電壓降到4.5V以下時(shí)，RESET引腳立即自動(dòng)產(chǎn)生高電平復位信號，并一直保持到電源電壓恢復正常；當系統上電或掉電時(shí)，RESET引腳也自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)高電平復位信號；當系統發(fā)生故障時(shí)，只要把關(guān)定時(shí)器達到其可編程的超時(shí)極限，RESET引腳立即自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)持續200ms的高電平復位信號。這樣，就可有效地防止死機、數據誤寫(xiě)及誤操作等故障的發(fā)生。

    （5）合理的布線(xiàn)技術(shù)。模擬信號線(xiàn)與數字信號線(xiàn)相對分開(kāi)，信號線(xiàn)與電源線(xiàn)分開(kāi)；PCB布線(xiàn)時(shí)，將公共地線(xiàn)與電源線(xiàn)盡量加寬，并使它們盡可能靠近需要供電的電路；減小電源線(xiàn)和地線(xiàn)的長(cháng)度，以減小兩者之間的公共阻抗，減小耦合干擾的產(chǎn)生；布線(xiàn)過(guò)程中避免回路有重復面積，以減小相互感應。

    （6）接地技術(shù)。數字地和模擬地分開(kāi)，它們在一點(diǎn)相連，兩個(gè)探頭各自使用相互獨立的地線(xiàn)，減小地線(xiàn)干擾耦合，儀表及探頭外殼接地。

    （7）屏蔽技術(shù)。運用屏蔽技術(shù)可以隔離通過(guò)空間耦合的電磁干擾，采取的措施是用金屬機殼將測量電路封裝起來(lái)。

    3  結語(yǔ)

    超聲波流量測量的準確性很大程度上依賴(lài)于系統對超聲波信號的正確識別，然而超聲波流量計工作的環(huán)境通常比較惡劣，易受到各種干擾的影響。對于測量系統來(lái)說(shuō)，這些干擾不僅可能影響到數據的采集、各種控制信號的狀態(tài)以及RAM的讀寫(xiě)，還會(huì )影響程序計數器的正常工作，使程序失靈，因此，必須采取有效措施來(lái)降低干擾。