溫室智能控制器硬件設計

　　3 系統(tǒng)硬件抗干擾設計

　　在硬件電路的干擾主要有信號線相互之間的串擾，多點接地造成的電位差，寄生震蕩，元件熱噪聲，觸點電勢的影響，相鄰回路之間的耦合，數(shù)字地和模擬地的影響等。本系統(tǒng)中主要在以下的幾個方向進行具體的硬件抗干擾設計。

　　3. 1 電源

　　電源的抗干擾設計是系統(tǒng)硬件抗干擾的關鍵。電源做得好，整個電路的抗干擾就解決了一大半。因采集單元和控制單元的功耗較小，對于需求的12V、5V、3. 3V 的直流電源都選用高性能的常用直流電壓轉換芯片實現(xiàn)。且對三級電壓需求逐級串聯(lián)用極性電容穩(wěn)壓，這樣得到的3. 3V 穩(wěn)壓電源性能更好。系統(tǒng)選用的工作電壓需求在2. 7V － 3. 6V 的單片機提供高質量直流電源，以減少電源噪聲對單片機的干擾。結構如圖4所示。

圖4 電源結構圖

　　3. 2 接口電路

　　接口電路的抗干擾，主要是抑制干擾源，即盡可能減少干擾源的du /dt 和di /dt。減小du /dt 最有效的方法是在干擾源的兩端并聯(lián)電容，而減小di /dt 則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管等。

　?。?1） A/D 輸入通道

　　A/D 輸入通道并接RC 吸收電路，以消除干擾源的du /dt 影響。因采集單元的A/D 轉換基準電壓選用3. 3v。設計時使用二極管分別接通3. 3v 和大地以進行限幅保護。通過接地以獲得準確的測量值。具體電路如圖5 所示。

圖5 A/D 轉換接口電路

　?。?2） 繼電器控制輸出

　　控制繼電器應消除線圈斷開時的反電勢干擾，系統(tǒng)設計使用光耦隔離來抑制繼電器可能引發(fā)干擾的侵入。光電耦合是一種光電結合器件，輸入端是發(fā)光器件（ 發(fā)光二機管） ，輸出端由光接受器件（ 光敏三極管）組成。當工作電流達到發(fā)光二極管工作電流時，二極管將電信號轉換成光信號，光敏三極管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光信號，并將它轉換成電信號，整個傳輸過程是通過一種電—光—電的轉換完成的，在電路上是完全隔離的。系統(tǒng)設計繼電器隔離通道如圖6 所示。

圖6 繼電器隔離通道

　　3. 3 電路板設計

　　合理設計系統(tǒng)電路板，能有效地切斷干擾的傳播途徑和抑制干擾源，同時還可以提高敏感元件（ 如單片機、數(shù)字IC、A/D、D/A 等容易被干擾的對象） 的抗干擾能力［7］。本系統(tǒng)設計主要采取如下措施：

　?。?1） 電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數(shù)字、模擬信號分區(qū)。盡可能使干擾源遠離敏感元件。大功率器件盡量布置在電路板的邊緣。

　?。?2） 布線時盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應噪聲； 電源線和地線要盡量粗，除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。

　?。?3） 不用的單片機管腳，一律通過上拉電阻接電源。

　?。?4） 晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。

　?。?5） 用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離，數(shù)字地與模擬地要分離，最后接于電源地一點匯集，呈“星形”狀。

　?。?6） 信號線的截面按壓降的原則來選擇。測控裝置的信號線中傳輸?shù)亩嗍侨蹼娏餍盘?，信號線上盡管電流不大，但一般都較長，如果線徑過細，勢必造成壓降過大。利用電路板空間，系統(tǒng)中選擇較大直徑布線。

　　4 結束語

　　根據(jù)溫室智能控制系統(tǒng)設計功能需求，設計系統(tǒng)三級控制結構。依據(jù)系統(tǒng)技術指標選擇合適的溫室參數(shù)傳感器、數(shù)據(jù)采集器和控制器，分析通信功能選擇RS485 通信協(xié)議。確定硬件電路以及抗干擾措施，確保系統(tǒng)功能。系統(tǒng)自2010 年4 月份在寧夏國家經(jīng)濟林木種苗快繁工程技術研究中心E1 溫室投入運行以來，各項指標都達到設計要求，效果良好。