单片机测控系统接地技术的探讨

金色传说

摘要:单片机测控系统中,接地是抑制噪声、防止干扰及确保人身及设备安全的重要环节。本文结合工控现场的接地系统,提出了测控
系统保护接地的方法及多种接地抗干扰的有效措施。

' J6 A% y9 ]- U5 a  _  d关键词:接地技术  抗干扰  单片机  测控系统

运行于工业现场的单片机测控系统，通常处在较恶劣的环境
5 Y$ R$ q$ f$ l中,各种干扰不断人侵计算机,使得测控系统的可靠性和稳定性大
9 l# T: Q5 {- n2 q% |大下降,严重时甚至使之运行失常乃至瘫瘓。可见,抗干扰的设计
  n. P1 S+ \  i) O; H始终是微机应用的一-个重要 研究课题。实际上,不同的工控现场，.
其干扰源有较大的差异,但有一种干扰源基本上是相同的,那就是
地线的干扰。实践证明,接地技术是抗干扰中的重要环节之- -。本
文结合工控现场的接地系统及单片机测控系统的接地种类和要
/ @" g& X. ?; P  ~9 a$ r求,简述了接地的作用,指出了现场与测控系统二者地线的正确连
, n& y" P$ V! A8 c接方法,并提出了地线抗干扰的各种有效措施与建议。
1单片机测控 系统接地的作用与种类
1.1 接地作用
单片机测控系统接地的作用基本有三点:第一,是为了给计算
机接地的故障电流提供一个低阻抗的人地通道，以防止人身触电
- X* N: q9 B* ^  q' i- ~* N伤亡和设备损坏事故。例如，若测控系统的电源线与外壳短路时，
- T, w* Q0 g" w) l0 G机壳上会出现危险的高电压;又如,在雷电直击机房或感应高电压
沿电源线进入单片机系统时也可能在机壳上引起高电压，这些情
2 [$ U% c; X% V& o况都可能危及操作人员和设备的安全。第二，消除各电路电流流
; I! ?/ V2 s# r经一个公共地阻抗时所产生的噪声电压，避免受磁场和地电位差
% V) O1 `) _+ l的影响,即不使其形成地环路,抑制干扰。第三,给单片机系统建
. r- Q: o( R. }" U% `4 |& ]4 O立一个基准电压,以保证测控系统稳定、正常工作。
1.2接地的种类
一个单片机测控系统的硬件常包括电源、数字器件、模拟器
6 M( j4 p* v6 _: G* ~件功率器件等,它们都有各自的接地引脚,加上安全防护,归纳起
9 j# b. a$ A0 A8 h5 Q5 a; w来,基本的接地有以下几种:
(1)安全保护地:是指测控系统金属外壳的接地。
(2)屏蔽地:为防止电磁辐射的接地。
(3)交流地:交流地的零线,应与保护地严格区别开。
6 D4 Z, I2 A4 q(4)直流地:直流电路的“地”,零电位的参考点。
(5)模拟地:模拟器件(如放大器、A/D转换器、比较器等)的
  |5 Z; G' U* r; x零电位参考点。
. v2 O5 K0 q$ v% ~5 L( L0 F* b(6)数字地(也叫逻辑地) :是数字电路的零电位参考点。
上述6种,第(1)(2)种必须接大地电位,第(3)种接电力系统
的零线,第(4)(5)(6)种统属于系统地(也叫工作地),又称参考地，
+ s% |. y2 V# g+ ^它可以是大地电位,也可以不是大地电位,仅是零电位的参考点。
" m, Q3 K  i6 c: f2工控现场 与测控系统相关的接地系统
4 k0 P# i+ v1 h' V9 b3 f2 B$ k. H% b中小型企业一般在大地下敷设了二种彼此独立的人工接地
: I" {( z# Z' X6 U! @" `! M体。第一种是防雷接地,根据被保护的设备等级性质的不同,常采
用避雷针、避雷带等与下导体组成防雷系统,- -些中小企业多采用
' m1 R6 b- ]/ ?( x" u  @+ p7 \避雷带,即在厂房的楼顶四周用钢材围栏与楼房的整块钢筋焊接，
: a$ |5 p6 d6 x4 e作为防雷接地装置，这部分实际上在厂房土建施工时已完成。第
二种是电工的接零系统，企业通常是10/0. 38kV配电方式，配电
变压器的低压侧为Y接法，变压器的中性点必须接大地，且接地
电阻要求≤40。电工的保护接地,此企业没有单独设置,而是与电
) c! K  i; h; _2 }7 v/ y工的接零共用，它从电工接零系统的接地体中引出一地排线作保
* @  w) |* s' I0 u护接地用(即L)。见图1所示。
以上的电工接地和单片机的接地往往都不是单一使用的，而
是要正确连接才可以保证单片机系统的正常工作和设备安全。下
' B8 L0 F' [) u7 O面针对笔者设计的单片机测控系统(下位机)与现场的电工接地为
例,谈谈有关实用的接地设计。
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