单片机自动控制系统的可靠性分析

　　摘要：随着自动化系统的发展，MCU控制系统受到越来越多的关注。通过对单片机控制系统的研究，分析单片机软件、硬件的设计原则，实现单片机自动控制系统抗干扰的能力，提高系统的可靠性。

　　关键词：自动控制系统;单片机;可靠性

　　1引言

　　作为一个微型计算机，单片机MCU就是通过集成电路技术把很多种电路系统综合在一起，集成一个电路芯片，与家用计算机相比，在数据处理方面旗鼓相当。单片机的体积较小，结构相对简单，实用性方面比较强，现在大部分的工厂企业都在使用单片机进行数字化操控工作。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。

　　2规范合理的系统设计和容错设计

　　与一般的控制系统比较，在电机运动精度的控制部分，单片机的优势有很多。采用步进电机是经过深思熟虑以后进行筛选的结果，接地和滤波这些都是为了增加单片机的可靠性、容错性方面进行设计。虽然涉及的材料都相当的复杂，可故障安全设计在整个单片机设计当中占着非常重要的地位。在单片机的使用过程当中，使用的时间越长，单片机噪音和卡顿现象就会相继出现，想要解决非常的困难。因为这是一种必然现象，所有的计算机，在使用时间长了以后都会出现卡顿和噪音的现象。而智能模块决定了单片机系统，是否稳定工作。

　　3单片机控制系统的干扰问题

　　单片机的干扰问题一直是老大难问题[1-4]，对单片机的工作影响非常的大，解决起来也非常不容易，需要工作很多年的老技术员，通过对类型和来源等等方面，进行深入的比对了解才能够找到干扰单片机工作的干扰源在什么地方，然后再进行实验的检验。

　　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。

　　4硬件的抗干扰技术

　　(1)屏蔽技术。现在的抗干扰技术相对比较发达，能很好地对电磁干扰进行有效的屏蔽，使单片机能够正常地完成工作，是现在常用的一种抗干扰技术手段。(2)接地技术。利用接地技术可以在单片机工作的过程当中防护工作人员的安全，防止单片机发生损坏。利用接地技术以后能够让噪音电压在底下形成地环路，能够非常有效地控制住干扰。在单片机系统控制方面有着非常大的好处。

　　(3)电源配置在完整的MCU控制系统中，电源模块的稳定性和可靠性是系统稳定件。常见的电源故障包括电源线的高频干扰，感应负载引起的瞬态噪声，晶闸管开启/关闭时产生的干扰等。(4)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，如果发生过多干扰，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)。

　　(5)隔离技术隔离的本质是通过阻塞引入的干扰信道来实现隔离现场干扰的目标，这种方法可用于抑制尖峰干扰和共模干扰。一般工业应用的单片机控制系统采用的隔离措施有：光电隔离、继电器隔离和变压器隔离等。(6)接线抗干扰技术。MCU控制系统的PCB选择必须适中，接线必须合理，并且还必须满足抗干扰技术的要求。将弱信号电路与容易产生噪声的电路分开，尽量确保传输信号损耗小且波形不失真。系统电路间的耦合降低到最小。

　　5软件的抗干扰技术

　　(1)冗余技术说明。当处理器受到干扰并陷入无限循环时，程序可能会混淆。此时，系统必须处于正确的轨道上，即使用指令的冗余技术。通常，该技术解决了确定性干扰。当程序导弹变为单字节指令时，不会发生使用操作数作为指令的错误，而取而代之的是自动纳入正轨。

　　(2)技术软件陷阱。所谓的软件陷阱是一种下载指令，它强制捕获的程序到指定的地址，去运行一段程序出处理程序，使程序运行处于正常化。如果该程序的地址被称为ERROR，如果程序无法正常工作，然后PC指针将落在这些位置。可以有效地捕获它以使其恢复正常的程序操作，并且如果电可编程序只读存储器容量允许，软件陷阱会好得多。

　　(3)程序运行监视器。程序运行监视系统又称看门狗技术，当程序失控或进入无限循环时，当定时器超时，但系统无法更新时，定时器将被中断，返回原始程序，或重启微控制器。

　　(4)输入输出数字量的软件抗干扰。系统中不同类型的干扰主要分布在核心的输入，输出和系统部分。因此，有必要校正数字量输入以及输出的噪声。程序方法灵活，经济，是最合适的方法。输入数字值中的干扰信号基本上类似于毛刺，并且动作时间短。可以通过重组来过滤由随机干扰引起的错误输入状态信号。还可以设置反馈检测通道以确定输出是否正确。

　　(5)数字滤波技术。数字滤波技术可分为递归滤波器和非递归滤波器。常用的数字滤波方法有：程序判断滤波方法，中值滤波方法，平均算术滤波方法，平均递归滤波方法，抗脉冲平均滤波方法和方法第一顺序的后期过滤。它的技术是在计算机技术快速发展的基础上开发的软件滤波器，它过滤与数字信号混合的干扰信号。

　　6结语

　　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]孙殿红,硕力更.单片机控制系统的可靠性及电磁兼容性[J].安全与电磁兼容，1999(02):34-38.

　　[2]林大元,梁平.单片机控制系统的可靠性探讨[J].内江科技,2013,34(03):166-167.

　　[3]孙殿红,硕力更.单片机控制系统的可靠性及电磁兼容[J].电子制作,2000(11):30-32.

　　[4]王承.制药行业空调自控系统的构建与优化[J].产业与科技论坛,2011,10(07):101-102.

　　相关刊物推荐：《产业与科技论坛》杂志创刊于1975年，经中华人民共和国新闻总署批准，由河北省社会科学院主管，河北省社会科学院财贸经济研究所主办的省级综合性大型理论与实践月刊。