称重传感器

导读：

本文简单阐述了称重仪表干扰产生的原因!以及仪表设计时的抗干扰措施!还介绍了仪表PCB布线时的注意事项

一 、概述

近年来随着电子技术的飞速发展，电路工艺的提高，得称重仪表的设计更加简单、所用元件更少!同时称重控制仪表的性能及可靠性也得到了较快发展。 无论是其称量速度、计量精度、以及稳定性都得到了很大改善。 但是，由于称重控制仪表的工作环境比较恶劣， 有些是高温高辐射场合、有些是电网严重污染（比如电网中有大功率可控硅或者大功率电机等）的场合，还有些工作在野外，所有这些场合都可能存在比较强的干扰源。 这就对仪表在设计时的抗干扰性提出了更高的要求。 下面根椐干扰的类型分别阐述其设计措施。

二、电路本身产生的噪声

（1）电源电路产生的干扰

目前， 大部分仪表采用的直流供电方式如图1所示。

市电经电源变压器， 得到所需的交流电压，然后，经整流滤波后进入三端稳压器得到所需的各种直流电压。 事实上!这几部分都有可能产生干扰，从电网窜入的干扰一部分是高频干扰，一部分是低频干扰。 低频干扰可在滤波电路中作为波纹一块滤除，高频部分可由噪声滤波器滤除。 电源变压器是利用电磁感应原理工作的，由于磁路并不完全闭合，有一部分泄漏于其周围形成干扰，这部分干扰可采取电磁屏蔽来消除。对于整流电路来说，由于整流二极管为非线性元件，它工作时，要产生基波为 50Hz的多次谐波, 如果这些谐波窜入后面的系统!也会对系统构成威胁" 解决的方法是在每只二极管的两侧并接一只 0.01uF的聚乙烯电容, 另外,在PCB 布线时，应使信号放大器尽量远离电源和电源变压器!最好将整个系统电源分开做板。

（2）功率接口的干扰

有的仪表本身要驱动某些执行元件，比如电磁阀、电动机、电炉丝等。 这些元件是靠继电器或者可控硅来驱动的，而这些元件的开启会产生各种谐波和电磁波，在设计仪表时必须采取有效措施来屏蔽这些干扰。 对于继电器来说，其触点的断开或闭合是干扰的源泉，解决的办法就是在其触点两侧增加阻容吸收回路，对于可控硅电路也可采取同样的方法。

三．外界干扰

外界干扰主要是电磁干扰和辐射干扰，如果仪表工作在某些特定的场合!比如中频炉或者电焊机附近，这些设备在工作时会向周围辐射出很强的电磁波，这些强电磁波很容易窜入仪表的前向通道或者窜入数字系统!造成程序跑飞，解决这类问题的办法是用金属外壳来屏蔽这些干扰。 国内有些厂家生产的称重仪表就采用铝合金外壳。 还有一种外界干扰是来自太空，这种干扰最具有破坏性，它就是雷电，轻者它能损坏元器件，严重时能使整台仪表报废。 为避免这种结果的发生，可在电源的进线上并接一个压敏电阻。 以上我们谈了干扰的起因以及简单的抗干扰措施，这些措施在大多数情况下是有效的，但是，仅有这些是远远不够的。我们知道，称重控制仪表是很精密的一种仪表，人们对它的检测结果非常苛刻，在设计系统时，应引起足够的重视。下面着重谈一下线路的抗干扰设计。

四、PCB布线的抗干扰设计

这部分设计主要包括模拟部分设计、电源部分设计、中央处理器及接口部分设计、显示及按键部分设计等几个部分。

1、 模拟电路设计

称重仪表模拟部分的输入是称重传感器的输出信号!由于这个信号非常微弱!很容易受到各种干扰，使称量不准确或不稳定。 因此，模拟部分的设计是整个系统设计的重点。 模拟部分包括传感器、放大器、A/D转换器。 从抗干扰的角度来考虑，可以将放大器和 A/D 转换器单独做在一起!这样能够减少干扰的引入。 另外，传感器的输出是一个缓慢变化的直流信号，在这个信号上叠加了一个相当于桥路电压的共模信号!因此!信号在放大前最好加上一级差模放大，在这级放大器上加入积分环节，就可以起到一定的抗干扰作用。 如果传感器工作在电磁干扰比较严重的场合，可以考虑增加一级有源滤波器。在布线时!放大器的输出引线要尽量靠近A/D转换器的输入。 原理如图 2 所示。

2、微处理器及接口电路的设计

应该说数字电路本身就有抗干扰作用，但如果干扰超过了器件的噪声容限，它也会受到干扰。 解决的办法是，在每一个数字电路的电源引脚旁边对地加一个 0.1uF 的独立电容,如果空间有限, 可以每3~4 个芯片加一个 10uF 的钽电解电容。 布线时芯片的外围元件应尽量靠近芯片本身，还要尽量减小芯片电源与地的公共阻抗，模拟地与数字地分开布线，最后单点连接即可， 在焊接时，要采用中性助焊剂焊接，若采用酸性焊剂，系统工作一段时间之后会出现腐蚀现象，导致焊点接触不良，甚至脱落。 在工艺上，要防止虚焊。 布线时，布局。结构要合理，各种走线要尽量短，并且将发热量大的元件与其它元件分开，如果印刷板有引出脚，应采用电镀金（或银）的工艺。 布线时还要注意!应避免线与线长距离平行走线，线与线的距离尽量加大。

3. 系统引线的选用原则

仪表在设计时，不可避免的要用到引线，常见的有电源引线，显示及按键引线，模拟部分与数字部分引线，有的仪表还有打印机引线和串行接口引线等等。在仪表装配时这些引线不可太长，否则过长的引线容易引入电磁干扰。 在使用引线时为了安装方便，我们一般使用接插件，在选用接插件时，尽量选用接触可靠的元件，防止因接触不良而引入干扰。

五、软件抗干扰措施

窜入微机测控系统的干扰，其频谱往往很宽，并且具有随机性，采用硬件抗干扰措施，只能抑制某个频段的干扰，仍有一部分干扰会侵入到系统。这就要采取软件抗干扰措施。 软件抗干扰方法有以下几种：

1、 指令冗余

在编写系统程序时，可在双字节指令和三字节指令之后插入两个空操作指令NOP这样可以保证其后的指令不被拆开。从而使跑飞的程序纳入正规。对于决定程序流向的指令（如 RET、ACALL、LCALL、LJMP、JZ 等） 和某些对系统工作有重要作用的指令（SETB PL0 等）的后面,可重复写这些指令 2~3 次,以确保这些指令的正确执行。

2. 软件陷阱技术

所谓软件陷阱，就是用引导指令强行将捕获的乱飞程序引向入口地址 0000H 在此处将程序转向错误处理程序,使程序纳入正规。 方法是：对跑飞的程序将未使用的中断开放时，可在其对应的中断服务程序中设置软件陷阱， 来及时捕捉到错误中断。对于跑飞到未使用的EPROM空间的程序,可以在未使用的空间用 0000020000数据填满!最后一条数据应为020000。当程序跑飞到此区后!便会迅速落入正规。

3．技术看门狗

微处理器受到干扰后!程序可能飞入“死循环”。这样指令冗余!软件陷阱都不能使程序摆脱“死循环”，我们可采用程序监视技术!即通常所说的“看门狗”技术。在程序正常执行时!程序跟它打一次交道， 即“喂狗”。 如果程序跑飞以后!程序不能按时“喂狗”，跟“看门狗”有关电路就会强迫系统复位或者使系统进入错误处理程序，使系统纳入正规。 常用的硬件“看门狗”有单稳态型，计数器型，另外还有专用芯 片 ， 比 如 美 信 公 司 的MAX690、MAX692、MAX705等。现在很多新型 51 系列单片机在芯片内部集成了“看门狗”, 使用时用指令将其打开即可。