单片机测控系统中的电气隔离技术

单片机测控系统中的电气隔离技术

张晨

新乡北方车辆仪表有限公司河南新乡453000

摘要：通过运用电气隔离技术，可以对弱电控制和强电控制进行有效隔离，可以对不同控制信号之间的联系进行有效促进。此外，针对单片机测控系统的电气隔离技术，具有较高的安全性和稳定性，能够有效隔离干扰源。

关键词：单片机测控系统；隔离电路；电气隔离技术

引言

数字化办公的互联网时代，大数据的发展已经渗透到社会各行各业，计算机已然成为沟通和领域快速、高效发展的硬件设备。在工业化机械设备、自动化通信以及智能仪器仪表中，更多地使用的是一种嵌入式计算机系统，也称为单片机，作为工业测控系统的核心处理模块。由于工业控制领域电磁环境的复杂性，在设计单片机测控系统时，必须对其抗干扰问题进行慎重细致的考虑。

1.单片机测控系统

1.1单片机测控系统的基本构成

单片机测控系统是美国德克萨斯公司（TexasInstruments）在1975年针对计算机硬件技术所研发的，它的技术主张从巨型化向微型化、单片化方向转变，并推出了世界上第一块单片微型计算机芯片TMS-1000。从技术角度讲，单片机目前已经成为了计算机技术领域的一个重要分支，它的技术规范、特征与发展都具有前瞻性，基本满足了现代工业控制的各种需求，逐渐成为了自动控制系统的核心部分，所以在工业控制、智能化仪器仪表和家用电器等领域都能看到它的身影。如图1。

图1单片机测控系统的基本组成示意图：

如上图所示，单片机无疑是测控系统的主要部分，它对于某些小型且功能简单的系统来说存储容量大且数据处理效率高。但是在面对大型测控系统的数据处理过程中，就要对单片机的性能设计进行调整，以对应更大的监控程序与更多的测量数据。在单片机的外部扩容一个外存储器，然后将被测量的目标模拟信号实施A/D转换，再通过通信接口功能实现单片机与PC机之间的通信行为，最终完成对目标数据的测量、传输与共享行为。

1.2单片机测控系统中的常见问题

大部分基础性机械设备都是电能转化为机械能，首先电源部分则是保障稳定电压输入的重要组成部件。我国常规生活用电是220V的交流电，所以计算机等电子设备的电源部分会将交流电转化为直流电以符合单片机这一集合芯片的正常运作。此外，晶振系统是以物理方法将电能和机械能相互转化的晶体在物理性共振的状态下工作，从而为单片机输出稳定且精确的单频震荡过程。电器类设备一般都需要保障内部单片机工作平稳为设备工作提供较为稳定的环境，为各个广泛应用单片机设备的领域系统运行效率提供保障。通常单片机监测系统工作环境较为复杂并且存在较多的不定因素，因此提高单片机的抗干扰能力、增强系统综合分析处理途径显得尤为重要。相关领域设计出了完整的抗干扰系统高效解决了这一突出问题。分析测控系统所产生的不良影响从而解决复杂环境常见的问题，提高单片机监控系统的整体运行效率。

2.单片机测控系统中的电气隔离技术

2.1隔离电路相关概述

光是隔离电路得以实现的基础。通过光的运用，能够有效联系电路内2个不存在公共参考点的信号，进而能够有效促使系统隔离的形成。电气隔离技术，能够充分体现出电气的特性，在对电和光进行转换时，所有信号均具有自身的独立特性。通过电气隔离技术，能够有效减少不同信号之间的影响和联系。在单片机测控系统运用电力隔离技术时，一定要对系统两端的电压进行充分考虑。在实际中，由于两端电压之间的差异比较大，例如单片机测控系统的两端有时会分别输出高电压和低电压，又因为单片机测控系统主要凭借信号而实现有效连接，在以上情况下，单片机测控系统内的电流通道极易被切断，进而会促使电气中光电隔离的形成，其中，对于光电中隔离出来的电路，即为光电隔离电路。通过隔离信号，能够对干扰通道进行有效测控，针对系统和测控装置，主要依托信号得以有效联系，在以上过程中，并未产生电路联系，主要采用以下隔离方法，包括布线隔离、脉冲变压器隔离、光电隔离、继电器隔离等。

2.2基于模拟量输入的电气电路隔离技术

通过运用隔离元件，能够有效抑制噪声的干扰。在电气隔离技术中，单片机测控系统具有多元化需求，通过输入模拟量，能够有效整合归纳以上多种需求，即为光电隔离输入。通过运用电气隔离技术，能够及时反馈单片机测控系统的控制动作状态，能够促使机械触点和信号处于断开状态和闭合状态，能够有效促使光电耦合隔离电路的形成。从技术层面来说，光电耦合隔离电路的信号传输功能主要通过光来实现，整个传输媒体内不存在电压和电流，输入阻抗、输出阻抗是电气隔离技术的主要作用对象[1]。

2.3基于开关量输出的电气隔离技术

在启动和停止单片机测控系统内的动力控制设备时，均会遭受一定的干扰，即冲激干扰，单片机测控系统的开关量输出电路会产生冲激干扰。为有效解决冲激干扰，充分发挥继电器的隔离作用，应充分利用继电器隔离、光电隔离。针对启停负荷比较大的设备，可以运用继电器隔离；针对启停负荷比较小的设备，可以运用光电隔离。其中，光电耦合器负载与继电器触点负载二者之间应呈正比关系，因此，在强电动力回路被控制的情况下，通过运用继电器，开关量输出电流能够有效消除电流通道中的所有干扰。和继电器隔离技术相比，光电隔离技术具有更为广泛的使用范围，光敏晶体管是这种技术的关键部分。当打开断路器时，断路器的辅助触点处于闭合状态，在辅助触点的作用下，自流电源会将二极管予以导通，实现发光，充分发挥出光敏晶体管的导通作用。

2.4其他相关电气隔离技术

（1）布线隔离技术。针对微弱电路和微弱信号，通过运用布线隔离技术，能够有效促使单片机测控系统产生一定的效应，能够将系统内存在的噪声污染予以消除。通过运用布线隔离技术，能够将走线思路分开，同时使不同线路之间保持一定的距离；在进行配线时，为保证操作影响和配线间隔之间呈反比关系，一定要有效区分不同线路。（2）脉冲变压器隔离技术。它对脉冲变压器匝数的涉及并不多，大致可以划分为一次绕组、二次绕组。同时对于电容的分布，这种技术对其的涉及也不多。从技术原理层面来看，通过运用脉冲变压器隔离技术，能够对隔离元件的脉冲信号需求进行基本满足。设备内的数字量信号是脉冲变压器隔离技术的主要控制对象，其中，针对自流分量的传递，数字量对其的要求并不多，因此单片机测控系统对脉冲变压器隔离技术的运用是比较容易的，且不会投入较多的运行成本[2]。

结论：

电气隔离技术不但能隔离强电控制与弱点控制，也能促进控制信号之间的有效联系。另外，测控系统在运作时的稳定性与安全性也是相当高的，对干扰源与干扰部分具备一定的隔离效果。经过实践表明，单片机测控系统中被干扰最为严重的是强电控制电路，它对系统工作的秩序影响直接且严重，所以电气隔离技术是相当必要的[3]。为此，文章针对单片机测控系统中的电气隔离技术进行了详细分析，希望能给相关人士提供重要的参考价值。

参考文献：

[1]陈凌云.单片机测控系统中的电气隔离技术探索[J].黑龙江科技信息，2016（09）：143-144.

[2]陈欣.单片机测控系统中的软件抗干扰技术[J].电子技术与软件工程，2018（16）：244-245.

[3]卢彦兴.单片机测控系统中的电气隔离技术研究[J].科学与财富，2015（7）：27