随着微处理器技术、计算机网络技术、信息通讯技术、电力电子技术以及人工智能控制技术的发展和应用，给传统电器带来了新的活力。智能化电器就是在这些相关新技术之上发展起来的新型电器产品。它一方面使电器具有智能化功能，即能够根据运行状态，通过感知、推理、学习、决策手段自动地选择模式进行控制与保护；另一方面使电器能与中央控制计算机实现双向通信，提高了配电控制系统的信息化、自动化程度。

　　随着电力系统自动化程度的提高，要求以微处理器为核心技术的智能化电器具有高的可靠性。由于智能化电器大多运行于恶劣的电磁环境中，因此，智能化电器抗干扰能力很大程度上决定了整个系统的可靠性。一般侵入系统干扰虽然不能直接造成硬件的损坏，但常使微处理器系统程序运行失控，导致控制失灵，从而造成设备和生产的事故。因此，如何提高系统的抗干扰能力和可靠性是微机应用系统研制中不可忽视的重要内容，也是成为微机应用和推广的关键之一。本文结合科研经验，归纳出一些智能化电器控制系统可靠性设计和抗干扰措施。从总体方案、器件选择、印刷电路板布线到软件程序设计都把抗干扰技术贯穿于应用系统设计的全过程。

　　微型计算机系统中的主要干扰源干扰就是由外部噪声和无用信号在接收中所造成的骚扰，以路的传导和以场的耦合形式侵入微计算机控制系统。干扰有多种来源，主要有：电磁辐射。电磁辐射干扰主要指电磁场在线路、导线、壳体上的辐射、吸收与调制。干扰来自应用系统内部和外部。电流变化大或大电流工作的场合是产生电感性耦合噪声的主要干扰源。电压变化大或高电压工作的场合是产生电容性耦合噪声的主要干扰源，对于开关电器，其本身也是一个很强的干扰源。当开关电器开闭过程中，其通断主回路电流将产生很强的电磁辐射以及电磁系统操作过电压都将形成干扰信号。一般，电流di/dt和电压du/dt大的地方就是干扰源。

　　过程通道。过程通道是指前向接口、后向接口与主机或主机与主机之间进行信息传输的途径。在过程通道中长线传输的干扰是主要因素。信号在传输过程中受串模干扰和共模干扰时会出现畸变、衰减和延时。

　　硬件系统可靠性设计3.硬件系统可靠性设计设计。EMC简单地说就是指各种电子设备和系统可以在同一个电磁环境中相容地工作，既不受周围电磁环境的影响，又不影响周围环境，也不会因电磁环境导致系统性能变差或产生误动作，而能按原设计要求可靠工作的能力。对控制系统EMC问题的考虑必须贯穿产品研制的整个过程。

　　根据电磁性的基本原理，形成的电磁干扰（EMI）必须同时具备三个要素：电磁干扰源，电磁干扰的耦合途径，对电磁干扰敏感的系统。微机控制系统所受的EMI有来自内部和外部的干扰。

　　EMI主要以两种方式传播：辐射（Radiated）方式一能量通过磁场或电场与受扰设备耦合传播；传导（Conducted）方式能量沿电源线或数据线传播。

　　MPU系统可靠性。主要考虑抑制系统内部或器件本身所产生的干扰噪声，如热噪声、感应噪声、尖峰噪声等。MPU系统中，时钟信号、复位信号、中断信号和控制信号对噪声干扰信号的敏感性最强。MPU系统尽量选择内嵌有程序存储器、A/D转换、WDT电路的CPU芯片，其抗干扰能力较强；在不影响系统性能要求下，选择低速、低频器件以减少高次谐波的产生；外围电器器件尽量选择数字电路、CMOS器件，其噪声容限大；外围器件扩展尽量选择串行扩展方式，其总线易关闭、传输数据可靠性高。

　　印刷电路板（PCB）可靠性。PCB是EMI传播的重要途径。正确设计PCB合理布线是提高微机系统EMC的最主要措施。PCB设计原则：将EMC敏感元件和非敏感元件分开处理；单点接地减少地线公共阻抗耦合；地线应尽量加粗，可采用网格状地线系统；布线应尽量短，不要有分支和突然拐弯，那样可能会导致反射和产生谐波；尽量减小电源线走线的有效包围面积，以减小电磁耦合；集成电路和运算放大器电源引脚加接去耦旁路电容；晶振及谐振电容布线要尽量靠近CPU芯片，晶振外壳要接地。

　　稳压电源可靠性。主要考虑抑制系统外部的干扰噪声，如脉冲噪声、电弧放电、雷电波等。

　　由分立元件搭成常规的交流稳压、隔离、滤波、直流稳压、电源去耦、尖峰脉冲抑制的直流电源，虽然也能够抑制干扰，但不是的MEC方案。要求严格的系统可选择开关电源或增加标准电源滤波器。电源滤波器对串模、共模干扰信号具有很强双向抑制作用，不仅对各种来自外部的干扰进行有效衰减，并且衰减设备自身向外的干扰，从而提高了应用系统的可靠性和自身品质并符合EMC要求。

　　3.2硬件系统抗干扰技术硬件抗干扰是应用系统最基本和最主要的抗干扰手段，一般从防和抗两方面入手来抑制干扰。其总原则是：抑制或消除干扰源；切断干扰对系统的耦合通道；降低系统对干扰信号的敏感性。具体措施有隔离、接地、屏蔽、滤波、鉴幅、提高信噪比等常用方法。

　　电源隔离变压器应选用噪声隔离变压器。这种变压器初级和次级线圈之间均用屏蔽层隔离，减少初、次级之间的分布电容，而且初级屏蔽层接大地给共模噪声提供通路，次级屏蔽层接系统地，因此有很高的共模抑制比，能有效地防止电网中噪声干扰进入控制系统。

　　（2）屏蔽。所谓屏蔽就是对两个空间区域之间加以金属隔离，是抑制电磁场耦合最有效的方法。屏蔽又分静电屏蔽和电磁屏蔽。对电容性耦合可将金属壳接大地进行静电屏蔽，对电感性耦合则采用低电阻金属壳进行电磁屏蔽。远距离通信所采用的双绞线也是电磁屏蔽的一种形式，它的屏蔽效果随每单位长度的绞合数的增加而提高。双绞线若再外加金属编织网就可克服静电感应，使其屏蔽效果更好。在低频1MHz）时屏蔽双绞线采用一端接地，避免因两端接地产生的接地电位差所造成的流经屏蔽体的电流，这种电流将严重影响屏蔽效果。实践表明，屏蔽效果好坏与接地系统有着密切相关的联系，故应重视接地系统的每一个环节。

　　超过元件的崩溃电压，TVS二极管能以ns级的速度，将其两极间高阻抗变为低阻抗，吸收高达数kW的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路。TVS特别适合于不需要旁路大能量的低电压电路的二级保护，如电源线、信号线、通信线等。在直流稳压电源输入端和输出端可分别增加双极性TVS和单极TVS瞬态电压抑制器来消除电源线上暂态波，如雷电、电磁脉冲（EMP）、静电放电（ESD）、电瞬变（EFT）等。对于TVS的正确选用可参阅有关产品说明书。

　　传输线架于户外使用场合，其接口芯片乃至整个系统经常会遭致雷电的袭击，即使选用抗静电或抗雷击的芯片（MAX1487E、SN75LBC184）也不可避免此类损失。因此，还必须加装集限流、箝位、高能泄放功能于一体的防雷保护器。

　　接地。微机应用系统的接地方式有浮地、单点接地和多点接地，地线结构有系统地、机壳地、数字地和模拟地。良好而正确的接地常常可以消除或至少可以降低各种形式的干扰。接地原则为：单点接地；数字地和模拟地分别与电源端地线相连；地线应尽量加粗。

　　软件系统可靠性技术4.1软件系统可靠性设计提高微机系统运行的可靠性主要采取两种方法：一是提高硬件系统可靠性设计来抵御外界干扰的影响；二是提高软件系统可靠性设计来增强微机系统的自身防御能力。因为微机系统在运行过程中，难免会受到种种不可预知的干扰，因此系统的故障和错误是客观存在的。有些故障无法用硬件措施来解决的，只能采取软件方法来抑制、消除其影响。软件系统可靠性设计主要内容有：系统初始化识别的可靠性；系统自诊断和处理方案；系统界限参数的可靠性；系统控制状态容错对策；系统程序失控无扰动自恢复的安全性；系统数据抗干扰措施。

　　4.2软件系统抗干扰技术干扰对微机系统造成的后果有：①程序运行跑飞进入死循环；②窜改数据信息内容；③前向通道数据采集误差增大；④后向通道控制状态失灵。因此，在软件编程时应加入软件抗干扰措施，及时发现、拦截和纠正其造成的影响。

　　（1）自诊断。自诊断一般分为：开机自诊断、周期性自诊断和键控自诊断。

　　开机自诊断内容：RAM区数据、定时器功能、相互通道的读写等。检查RAM是否读写正确或运行过程RAM区数据是否遭破坏，若有将RAM数据的备份自动恢复；检查相互通道（如8155、8250及通信接口芯片等）是否读写正确，若不正常给出报警提示。

　　周期性自诊断内容：零漂自检、自动校零、自动补偿等。控制系统在运行过程中有关器件性能参数将受其他因素影响，造成零点偏移和漂移，它们会影响测量数据的准确性。因此，系统程序运行中要自动调入零漂自检、自动补偿等子程序，以实现自动校准功能。

　　键控自诊断内容：通过人机对话接口设定特殊的自诊断功能。

　　（2）程序容错。包括捕获陷阱、程序卷回、指令冗余、WDT、定时器热复位、系统复位处理等内容。用于解决程序飞跑或进入死循后能重新恢复到正常运行状态。这方面内容有关介绍很多，本文不再赘述。但需要强调两点：一是系统复位处理时注意识别不同的复位状态，对系统热启动首先要关中断清除中断响应标志位并将I/O口设置为安全状态避免误操作；二是系统无扰动重恢复至失控发生时的那个程序模块入口，重入时必须保证重要数据的正确性（冗余数据结构）和输出口状态的安全性（输出口锁定）。

　　微机系统中常用的奇偶校验码、累加和码、汉明码和循环校验码（CRC校验）等都有很强的检错纠错能力。其中循环校验码是一种最有效的冗余校验方法，它是在发送端把信息码用一特定的生成多项式去除，把余数附在信息码后面作为冗余位，构成一帧新的信息码，如传输无错，此帧能被这一特定生成多项式除尽，否则说明有错。CRC校验的检错能力取决于生成多项式的幂次，国际标准CRC-CCITT推荐使用16次多项式，它对16bit内的信息码错误检出率为100%其他突发性错误检出率为99.99%因此，CRC校验已成为数据传输差错控制的标准方式。CRC校验由硬件电路和软件编程都可以实现，硬件电路是利用移位寄存器作除法电路。

　　（4）数字滤波。数字滤波就是通过一定的方法计算或判断程序减少叠加在有用信号中噪声干扰的比重，从而提高采集信号的质量。数字滤波是由程序实现的，不需要增加硬件，可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，所以具有稳定性好、功能强的特点。常用的数字滤波方法有：①算术平均值法。对数据采集N次计算其平均值。适用于具有随机干扰信号的滤波。②防脉冲干扰平均值法。对数据采集N次去掉其中最大值和最小值，然后计算余下的N―2个数据的算术平均值。适用于具有脉冲干扰和随机干扰信号的滤波。③一阶递推数字滤波法。利用程序完成RC低通滤波器的算法。因为有用信号的频率均较低，而噪声或干扰信号的频率较高，所以低通滤波器适用于具有周期性干扰和频率较高的随机干扰信号的滤波。