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1 单片机系统的抗干扰设计

　　该剩余电流保护器采用P87LPC767单片机，剩余电流的采样检测、计算、显示、动作判据、保护动作的执行等重要工作都由单片机完成，单片机系统本身的抗干扰能力直接决定整个保护器的抗干扰能力。而单片机本身的时钟信号、复位电路、中断信号、取样信号等又容易受到电磁干扰的影响，消除或抑制电磁干扰信号对单片机的影响十分重要。

　　具体从以下几个方面进行设计：

　　单片机工作电源和系统其他电路电源分开设计，避免其他电路对单片机工作电源产生影响，单片机工作电源设计留有足够的余量，防止电源的波动影响单片机工作。在设计PCB板时，在单片机电源引脚接电容和瞬态电压抑制器(TVS)，如图2所示。100 μF电解电容存储的能量在电源波动时(降低)释放出来，保持电源稳定；0．1μF的高频电容可以吸收电源上的高频干扰；TVS吸收瞬态浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，保持单片机工作电源稳定。

　　复位电路采用P87LPC767单片机内部上电复位电路，避免干扰信号对复位电路的直接影响，只要单片机工作电源稳定，将不会出现误复位引起的误动作。中断和其他I／O口电容进行滤波，减少干扰的影响。

　　系统软件设计上，启用P87LPC767内部的看门狗，防止PC受到干扰而失控，引起程序乱飞，进入“死循环”。在程序存储空间的非程序区设置软件陷阱，当由于干扰使操作系统失控而进入非程序区时，将引导指令转向专门对程序出错进行处理的程序，使程序纳入正轨。

2 系统高频干扰的消除——“采样监测”法

　　由于闪电、接地故障或切换电感性设备而引起的信号参数产生瞬时扰动，产生的高频干扰信号主要是通过系统进线电源进入系统内部。检测这方面的抗干扰能力，主要是通过“电快速瞬变脉冲群抗扰度试验”验证。根据低压电器产品试验标准要求，试验时在供电输入端叠加频率为2 500 Hz，幅度4 000 V的群脉冲，分别进行相线、地线的差模、共模，正极性、负极性试验，每项试验时间均为1 min，群脉冲的波形如图3所示。如果在“电快速瞬变脉冲群抗扰度试验”过程中保护器不产生误动作，则这方面的抗干扰能力就是合格的。

　　本系统利用“采样监测”法对电源上的高频干扰进行监测，给出相应的标志，由软件程序进行相应的处理，避免保护器误动作。详细原理如下：

　　为保证剩余电流测量的实时性，该保护器采用数字采样法测量剩余电流，将剩余电流信号转换为图4所示的波形，送给P87LPC767单片机内部的A／D进行采样测量。

　　数字采样方法具有数字滤波效果，对信号的通道干扰有抑制作用。设定每个周期采样100个点，由定时器T0产生采样时间间隔。将系统某相进线电源(如A相) 信号经过降压、整形电路如图5所示，转换为方波信号。作为单片机中断0的触发信号，在正常情况下电源信号的频率为50Hz左右，在两次中断期间，对剩余电流的采样次数为100次。

　　当电源有高频干扰信号时，转换的方波信号也同步受到干扰，频率也叠加有高频脉冲，将对中断产生影响，两次中断触发的时间缩短，则两次中断期间对剩余电流的采样次数也将小于100次。利用单片机中断对剩余电流采样过程的监测，可以判断出系统是否受到高频干扰，采取相应的软件处理可以避免保护器的误动作。

　　监测采样的软件程序如下：

　　系统主程序通过对bgrc1进行判断，如果有效进行干扰软件处理，无效则采用测量过程没有受到电源的高频干扰，进行正常的计算处理。

3 其他抗干扰措施

　　断路或雷电瞬变过压引起的单极性浪涌，也是保护器电磁兼容设计的重点。在电源线的火线和零线间加入氧化锌压敏电阻，当加在压敏电阻两端的电压低于标称电压时，其电阻几乎无穷大，稍超过额定值后，电阻值便急剧下降，反应时间为ns级。压敏电阻可以使浪涌干扰大幅衰减，减小对其他电路的影响。

　　在设计剩余电流保护器PCB板时，综合考虑各种可能影响保护器性能的因素，提高PCB对干扰的抑制能力。强电电路集中线路板边缘一端，并与弱电部分保持适当距离。模拟信号处理电路和数字处理电路分离，由于采用单片机内部的A／D，两者不能做到完全分离，布线时使模拟地和数字地只在一点共地。系统电源线和地线加粗，空白的地方覆铜，采用网状结构，作为数字地的一部分，减小模拟信号对数字处理电路的干扰。单片机系统时钟电路尽可能靠近芯片引脚，并与其他器件和 PCB走线保持适当空间，减少高频辐射对系统的影响。

　　结 语

　　由于采取的硬件、软件措施正确有效，该保护器顺利通过了产品型式试验，取得3C认证，运行可靠，没有出现误动作。采用单片机的中断，监测系统的电源干扰，继而监测交流信号的采样过程。实践证明，通过软件和硬件的配合，是消除交流采样系统高频干扰的有效方法。