超聲波流量計硬件抗干擾技術(shù)

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)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。

(3)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。

(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)ZUI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S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保護,當電源電壓降到45V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)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)接地技術(shù)。

    數字地和模擬地分開(kāi),它們在點(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。

(6)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)。

(7)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。