单片机测控系统中的电气隔离技术研究

摘 要：随着经济的快速发展，工业测控系统中广泛应用着单片机，其中包含着强电控制部分与弱点控制部分，为了实现强电与弱点的有效隔离，需要借助电气隔离技术，本文主要研究了单片机测控系统中的电气隔离技术，旨在提高测控系统的稳定性与安全性。

关键词：单片机测控系统；电气隔离技术；隔离电路

引言：电气隔离主要是为了促进控制信号的有效联系，并且实现电气间的隔绝，在此基础上，测控系统的工作具有了一定的稳定性，同时相关的设备与人员的安全也得到了可靠的保障。通过电气隔离技术的运用，电路上的干扰部分与干扰源实现了有效的隔离，最终实现了现场干扰隔离目标的达成。在单片机测控系统中，对其干扰最为严重的部分为强电控制电路，直接影响着控制系统工作的有序性，为了实现干扰的有效消除，本文阐述了相应的隔离技术。

1、隔离电路的概况

1.1隔离电路的作用

电路隔离主要是实现了系统与信号二者间的隔离，其中的系统隔离主要是借助光实现的，将其作为联系信号实现了电路中两个没有公共参考点的联系，在此基础上，实现了系统的隔离，此时的隔离体现在了电气的特性；信号隔离主要是借助光电转换的特性实现的，在光电转换电路中，各个信号具有一定的独立性，信号间缺少联系与影响，进而实现了信号的隔离。

系统隔离要对系统两端的电压给予考虑，主要是由于两端的电压可能存在较大的差异，如：系统两端分别为低电压电子系统与高电压系统。在光电隔离后，两个系统的连接是借助光信号实现的，进而系统间的电流通道被切断，此时的系统隔离为电气隔离。光电隔离的电路便可以称之为光电隔离电路。信号隔离时，系统中可以具备统一的电位参考点，但在两个电路间的信号传输要借助光电隔离法，在此基础上，两个电路间未能实现电路的直接连接。

信号隔离主要的目的便是切断干扰通道，此后，测控装置和测控系统二者间的联系是通过信号实现的，未出现电的联系。此时的隔离方法主要有继电器隔离、光电隔离、脉冲变压器隔离与布线隔离等。

1.2在开关量输出方面

关于单片机测控系统而言，其中控制动力设备启停时受到一定的干扰，此时的干扰为冲激干扰主要源于开关量输出电路，对此干扰的解决方法可以为光电隔离，也可以为继电器隔离。第一种方法主要适用于启停负荷较少的设备，第二种方法主要适用于负荷较大的设备，此时的继电器触点负载能力与光电耦合器的负载能力相比，前者相对较大，在此基础上，强电动力回路被控制，在开关量输出电路中利用继电器，进而实现了干扰的有效消除。

继电器隔离工作的原理如下：如果断路器打开，而断路器辅助触点闭合，此时，直流电源在辅助触点的作用下，使继电器线圈带电，在此基础上，继电器的对应触点则为闭合状态。如果断路器闭合，而断路器辅助触点打开，此时，直流电源在辅助触点的作用下，使继电器线圈失电，在此基础上，继电器的对应触点则为打开状态[1]。

光电隔离作为隔离方式的一种，它的使用具有广泛性与普遍性，其核心部件为光敏晶体管，其他部件与继电器隔离电路具有相似性。光电隔离工作的原理如下：如果断路器打开，而断路器辅助触点闭合，此时，直流电源在辅助触点的作用下，导通了二级管使其发光，在此基础上，促进了光敏晶体管导通；如果断路器闭合，而断路器辅助触点打开，此时，直流电源在辅助触点的作用下，二极管失电，光敏晶体管也未能导通。此时的光耦合器具有较快的响应速度与较小的体积，它基本不受电磁的干扰，因此，光电隔离方法具有一定的有效性与合理性。

1.3在模拟量输入方面

隔离电路的目标是为了减少噪声对系统的干扰，在此过程中，主要是借助隔离元器件实现的噪声干扰抑制。单片机测控系统电气隔离主要有模拟电路隔离与数字电路隔离等，其具体的隔离方法有继电器隔离法、光点耦合器隔离法、光纤隔离阀与直流电压隔离法等。模拟量输入也可以称之为光电隔离输入，它实现了对控制动作状态的反馈，此时的反馈主要为电信号或者机械触电的闭合与断开形式。此时的光电隔离电路主要为光电耦合隔离电路。

光电耦合隔离电路主要是借助光实现的信号传输，此时的传输媒体未利用电压或者电流，该特征显示光电耦合隔离电路在使用或者设计过程中不需要对阻抗配合问题进行考虑，此时的问题主要由于电路连接造成的，此时的隔离电路使用、设计仅需要关注输入与输出的阻抗即可[2]。

1.4其他隔离方法

1.4.1脉冲变压器隔离

脉冲变压器的匝数相对较少，其中的一次绕组与二次绕组分别位于铁氧体磁芯的两侧，此时的工艺使其电容分布相对较少，因此，它可以作为隔离元件符合了脉冲信号的需求。当脉冲变压器对脉冲信号进行传递时，直流分量未传递，主要是由于控制设备中使用了数字量信号，该信号对于直流分量传递的要求较少，因此，脉冲变压器隔离在测控系统中也有着较为广泛的应用。

1.4.2布线隔离

测控系统中运用的布线隔离法主要是分离了微弱信号电路和易产生噪声污染的电路，此方法在使用过程中，要求信号线路要与电源线路、强电控制线路进行分离，采取分开走线的方法，同时各个线路间要保持相应的距离。与此同时，在配线过程中，要对各个线路进行区分，如：数字信号线、交流线、直流稳压电源线与模拟信号线等。配线间隔与操作影响保持着反比例的关系，前者越大，后者越小，同时配线越短，而前者越小，则后者越大。但在实际布线过程中，由于设备的空间有限，因此，配线的间隔要保持合理性[3]。

2、电气隔离技术应用的注意事项

单片机测控系统的电气隔离技术应用过程中，要注重以下几点：

2.1延迟性

在实际工作工程中，无论是光电耦合器件，还是断电器均会出现光电或者电磁转换，此时的转换要花费一定的时间，因此，要对器件的延迟性进行考虑。

2.2反应速度

通常情况下，反应系统的速度存在差异，如果大功率系统的反应速度较慢，此时的隔离器件可以选用继电器，主要是由于其具有较大的负载能力，但不能利用光电隔离器，它的负载能力相对较少。如果系统的反应速度较快，则需要借助光电隔离器。

2.3控制动作

光电隔离输出接口主要是用于大功率系统，实现了其执行机构的驱动。在实际驱动过程中，对于每个控制动作均有一定的要求，在其执行后，要将状态信息进行传递，直至单片机接收。为了满足上述要求，在系统编程过程中，要互锁控制动作与反馈测试，在此情况下，如果动作执行后未反送信息，则不能执行下一个动作，同时动作代码的发送也具有了针对性与合理性[4]。

总结：综上所述，本文主要研究了单片机测控系统中的电气隔离技术，分析了隔离电路的概况，其中介绍了光电隔离法、信号隔离法、继电器隔离法与布线隔离法等，并且阐述了电气隔离技术应用中需要注意的事项，相信，单片机测控系统的安全性、稳定性与可靠性均会得到有效的保障。

参考文献：

[1]陆泉森，李军，鲍鸿. 光耦隔离技术在智能测控系统中的应用[J]. 机械与电子，2012，02：53-56.

[2]沈春波. 数控机床电气控制系统中的电气隔离技术[J]. 科技创新与应用，2013，01：31.

[3]汪洁. 数控机床电气控制系统中的电气隔离技术[J]. 湖南农机，2013，07：167-168.

[4]孔娟. 单片机测控系统中的抗干扰技术[J]. 自动化与仪器仪表，2013，03：31-32+45.