自动气象站抗电磁干扰技术研究

摘要：本文通过作者对自动气象站抗电磁干扰的硬件和软件电路抗干扰设计。所采用的各种抗干扰措施，使自动气象站能够准确可靠地运行，从而达到预期的目的。

关键词：自动气象站；抗电磁干扰；技术研究

中图分类号：TN967.1 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 20-0000-01

Anti-electromagnetic Interference Study of Automatic Weather Station

Wang Bo1,Ruan Xiang2

(1.Xinzheng City Meteorological Bureau,Xinzheng451100,China;2.Zhengzhou Meteorological Bureau,Zhengzhou450063,China)

Abstract:In this paper,the author of the automatic weather station anti-electromagnetic interference immunity circuit hardware and software design.Used in a variety of anti-jamming measures to enable the automatic weather station can be accurate and reliable manner,so as to achieve the intended purpose.

Keywords:Automatic weather stations;Anti-electromagnetic interference;Technology

引言：自动气象站需要安装在野外环境下，受自然条件影响比较严重，电子系统抗干扰性能的优劣直接影响到系统工作的可靠性与安全性。因此，抗干扰设计是自动气象站系统设计的重要内容之一，电子系统常见的干扰有：电源和接地系统的千扰、静电感应和电磁感应的干扰以及进入系统I/O口通道的干扰等。一般情况下，静电与电磁感应干扰主要是由大功率继电器、发电机等感应引起，它在强度上远小于I/O口通道、电源和接地系统的干扰，这种干扰可通过采取良好的屏蔽、正确的接地以及高频滤波等措施加以解决。因此，在自动气象站电子系统中，抗干扰设计主要解决的是从电源和接地系统以及I/O口通过的干扰，解决方法是通过抗干扰硬件电路技术和抗干扰软件两个方面技术实现的。

一、硬件电路抗干扰设计

采用硬件抗干扰措施是经常应用的一种有效的抗干扰方法。实践表明，通过合理的电路设计可以抑制或削弱大部分干扰。因此，硬件的抗干扰设计是自动气象站电子系统抗干扰设计的主要内容。

（一）时钟电路抗干扰设计

时钟电路产生CPU的工作时序脉冲，是CPU正常工作的关键部件。有很多干扰会导致CPU的失控，但归根到底都是因为破坏了时钟的正常运行，从而程序运行出错。当时钟信号中叠加了噪声干扰后，就会改变时钟的分频信号，从而导致CPU工作时序发生紊乱。为了避免时钟信号扰，可以采取下列措施：（1）时钟脉冲电路引线要短而粗，配置适应靠近CPU。（2）要让晶体外壳接地，并用地线包围振荡电路。（3）布置时钟电路远离发热的元器件，并选择性能稳定、容量值准确的电容器。（4）印刷板上的电源变压器、大电流信号线要远离晶振信号的连线。

（二）隔离技术

信号的隔离目的之一是从电路上把干扰源和易干扰的部分隔离开来，使控制装置与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断，从而达到隔离现场干扰的目的。自动气象站电子系统采用的隔离方式为光电隔离和继电器隔离。光电隔离是由光电耦合器件4N25来完成的，其输入端配置发光源，输出端配置受光器，因而输入和输出在电气上是完全隔离的。开关量输入电路接入光电耦合器之后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。从而避免强电和弱电信号之间的直接接触，实现了抗干扰隔离。

（三）印刷线路板的合理设计与布局

印刷线路板是测控系统中电子器件、信号线、电源线的高密度集合体，其设计合理与否，对自动气象站电子系统的抗干扰性影响很大。所以在设计自动气象站印刷线路板时，要遵循一定的抗干扰设计原则。自动气象站电子系统在设计时所采取的抗干扰措施如下：

1.防止线间串扰。对弱信号线进行屏蔽保护：各板卡间选用可靠的线路连接件；电源线与信号线分开走线。

2.合理布局地线。在微型机系统中，地线主要有系统地、屏蔽地、数字地和模拟地等类型。正确的接地是抑制干扰的有效方法，采取措施如下：（1）屏蔽线采取一点接地的方式。（2）数字地与模拟地分开，分别与电源端地线相连，而且尽量加大模拟电路的接地面积。（3）将只有数字电路构成的印刷电路板的接地线，设计成四环路。原因在于：线路板上的众多集成电路，特别是耗电较多的元器件，因受线条粗细因素的影响，地线间将产生电位差，引起抗噪声能力的下降。若将其接成闭环路，则可减小所产生的电位差值，明显提高电路板的抗噪声能力。

二、软件抗干扰设计

进入自动气象站数据采集控制运行系统的干扰，其频谱往往很宽且具有随机性、采用硬件抗干扰措施，只能抑制某个频率段的干扰，仍有一些干扰会侵入系统。因此，除了采取硬件抗干扰方法外，还要采取软件抗干扰措施。软件抗干扰方法一般有抑制叠加在模拟输入信号上噪声影响的数字滤波方法、对开关量和输入输出量的抗干扰措施多用输入口信号重复检测方法、输出端口数据刷新方法、针对由于干扰而使运行程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环时采用的软件拦截技术。

常见的软件抗干扰措施有：（1）适用于温度、湿度、液位等缓变量的程序判断滤波法，这种方法的原理就是将本次采样值和上次采样值进行比较，若结果大于设定的偏差量，则以上次采样值作为本次采样值且有效，若结果小于设定的偏差量，则以本次采样值作为有效采样值。（2）对于去除偶发的波动而造成的干扰比较有效的中值滤波法，这种方法的原理把对所测量进行N次采样结果进行排序，取中间值作为有效采样值。这种方法同样对缓变量具有良好的效果，对于快速变化的参数如速度、流量等不宜采用。（3）软件陷阱。当程序并非进入死循环，而是随机跑飞，常设置软件陷阱拦截使程序纳入正规。所谓软件陷阱，就是一条引导指令，利用该指令强行将捕获到的程序引向一指定地址，在指定地址上有一个专门处理出错的程序，具体做法是在所有子程序和程序块连接处加上上述指令，当失控的CP一旦进入该处即被转移到指定的处理出错的程序处。

三、小结

本文从硬件和软件两个方面说明了自动气象站中所采用的各种抗干扰措施。抗干扰的总的原则是：硬件隔离，软件排除，并针对具体问题进行相应的侧重处理。上述措施，基本上解决了电磁干扰的问题，使自动气象站能够准确可靠地运行，从而达到预期的目的。

[作者简介]王勃（1983-）男，河南郑州人，硕士研究生，助理工程师，从事综合气象观测和网络设备管理维护工作。