电子衡器抗干扰设计方法

发布时间：2022-10-05 21:42 热度：

　　电子衡器作为市场公平贸易的一种计量器具得到了广泛的应用，其中普通电子衡器一般无法应用于环境恶劣的工业领域和一些特殊要求的场合，国内外许多中高端客户需要的往往并不是普通产品，而是能在那些环境比较恶劣以及干扰较大的场合也能正常使用的高质量产品。衡器企业要想长远发展，就必须要有与众不同的高端产品，这种产品要经得起国外严格的抗干扰能力测试，因此这类电子衡器必须具有可靠性高、抗干扰能力强、调试简单、校准快速、一致性好、检修方便、可与计算机通讯等特点，这也是衡器产业振兴的发展要求。

　　[关键词]电子衡器；高质量；抗干扰

　　一、概述

　　随着电子衡器在各行各业的广泛应用，对电子衡器，特别是工业衡器的现场可操作性和抗干扰能力的要求是越来越高。近年来，随着电子技术的发展，特别是表面贴装工艺的成熟以及回流焊技术的广泛应用，为电子衡器向小型化、便携化方向发展提供了广阔的空间，更为研制功能强、性能可靠的电子衡器提供了有力的技术支撑。电子衡器是通过称重传感器来实现重量与电压的变换，经过A/D转换成二进制数字信号，再通过单片机及其模块化结构的程序设计对该衡器称重功能进行控制。实践证明，经过特殊设计的电子衡器，才能真正具有性能稳定、测量准确、抗干扰能力强等特点，且符合国际Ⅲ级秤标准的要求。

　　二、电子衡器的基本原理

　　（一）基本结构及原理

　　电子衡器的基本结构原理如图1所示，为增强设备的抗干扰能力，在A/D转换前端，加入∏型LC滤波器，可以有效抑制外界无线高频干扰。在图1中，应变式传感器受力后其变形与输出电压信号呈线性比例的特点来工作的。也就是说，通过应变式传感器可以将电子衡器所承受的重力信号（输入信号）转变为电压信号（输出信号），经过∏型LC滤波后再由A/D转换器变换为数字信号。为提高抗外部设备干扰的能力，A/D转换部分加入金属屏蔽罩以防外界的多种干扰。

　　（二）系统硬件结构的抗干扰措施该系统主要由中央处理单元（CPU）、A/D转换、LC电路、键盘、E2PROM、LED显示驱动、RS232C/RS485等部分组成。（1）中央处理单元为了提高中央处理单元即单片机的抗干扰能力，采用可在低电压（2.5V）状态下工作的芯片，这样即使来自电源的干扰很强，一般也不会将5V供电降到2.5V以下，从而保证中央处理单元的正常工作。单片机可选用MCS-51系列如89C58，它采用的是CMOS生产工艺，本身具有较强的抗干扰能力，工作频率设计在10MHz～20MHz之间比较好，既兼顾速度又能保证系统的稳定工作。（2）LED显示驱动为了便于安装上的方便，将LED显示屏与单片机所在的主板合在一起，可以有效地缩短导线的长度以提高抗干扰能力，在显示驱动芯片的电源与地之间并入220uF和0.01uF的电容可有效地降低来自线路的干扰。（3）称重仪表键盘部分要提高单片机（CPU）的工作效率，键盘输入部分可采用中断的方式。为了提高键盘扫描时的准确性和抗干扰能力，在软件中采用多次判断和中断扫描的方法取得键值，完成各按键的功能。（4）电源电路整机的供电采用1节铅酸电池，供电电压为6V/5AH。在供电系统中采用四端稳压器PQ05RD21将6V的电压降至5V后供给主板。整个电源部分采用了多级LC滤波和RC滤波，可有效地消除来自外部和线路的电磁干扰。（5）存储电路这部分电路采用24C256芯片，其内部有32KB的E2PROM，1MHz时钟频率，低功耗CMOS，10uA备用电流，3mA工作电流，2.7V～5.5V电源电压，总线结构，高可靠性，重复擦除寿命可达10万次，数据保存期为100年，采用了三线制总线结构形式，使得数据读写更加快速可靠。

　　（三）PCB及电路抗干扰措施

　　印刷电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项措施作一些说明。（1）电源线设计根据印刷线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻，同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。在具体PCB布线方面，走线要做到不走直角和锐角。（2）地线设计在单片机系统设计中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合来使用，可解决大部分干扰问题。单片机系统中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。（3）接地设计在所有EMC问题中，主要问题是不适当的接地引起的。有三种信号接地方法：单点、多点和混合。在频率小于1MHz时，可采用单点接地方法，但不适宜高频。在高频应用中，最好采用多点接地。混合接地是低频用单点接地、高频用多点接地的方法。地线布局是关键，高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路绝不能混合。

　　三、结束语

　　在实际工作现场往往存在着多种电磁波的干扰，当干扰信号达到一定的强度时，会影响到衡器的正常工作，因此在设计中应该对电路中的敏感部件增加屏蔽罩，另外机芯电路板全部采用贴片元件，以缩小整个电路板的体积，可进一步提高抗干扰能力。实际测试表明，在设计中就考虑到来自外部的各种干扰，不但可以实现精准计量和稳定可靠的读数，轻松达到国际计量组织OIMLⅢ级秤的标准，还可拓展衡器的应用领域，在实际应用中真正做到了用户满意的效果。

　　参考文献：

　　[1]李全利.单片机原理及应用技术[M].高等教育出版社,2004.

　　[2]王庆斌.电磁干扰与电磁兼容技术[M].机械工业出版社,1999.

　　作者：郑文广