单片机测控系统接地技术的探讨

金色传说

) T1 q. Z0 a- W' R# U) G  i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。

关键词:接地技术  抗干扰  单片机  测控系统
. x5 H3 G  A# D0 v+ j$ n
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
$ p# a4 e7 |6 |. N% [6 S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
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
  s6 l5 ~0 t% k3 V# _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
  @/ k4 d* o$ j% j: T+ n' _/ o% B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
/ m( |/ Z  e0 k2 q" b7 j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
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
  o3 p" p' v* \0 E& U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
! P6 e! ~% `. S, o+ I7 a; J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，
  Z) t3 u+ H* v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
) ]  g6 |: c( O7 z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
! n: G5 J6 c; m4 y6 C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
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
9 G5 U! F* p8 |2 }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
; p2 x4 e- F/ q5 |6 N8 `% f# w立一个基准电压,以保证测控系统稳定、正常工作。
$ Q0 L. k; R( j% a& D3 |8 X% r1.2接地的种类
! A' S3 X" h4 i* j一个单片机测控系统的硬件常包括电源、数字器件、模拟器
2 a: p4 P" D  z- j3 y, \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
来,基本的接地有以下几种:
. L# a5 i7 {8 w+ w6 P(1)安全保护地:是指测控系统金属外壳的接地。
! X0 G- _1 ?* N% ^  n8 _(2)屏蔽地:为防止电磁辐射的接地。
+ K  Y9 v+ K6 B$ D7 W% B) e(3)交流地:交流地的零线,应与保护地严格区别开。
(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
零电位参考点。
, X( w/ a9 U9 N* r, I(6)数字地(也叫逻辑地) :是数字电路的零电位参考点。
/ q& M. C& c5 I6 c, o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，
2 u4 w5 C( R1 R. @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。
2工控现场 与测控系统相关的接地系统
6 U& o: y, M& Q$ E" i: }) V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
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
; \! g) G8 R+ f' F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
2 ~% l' K9 q$ b" {! u& E8 J2 Y6 @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，
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
( W' [% s; F' N4 M3 Y$ }2 z( A, a二种是电工的接零系统，企业通常是10/0. 38kV配电方式，配电
( |/ E' q: ]3 c( t& Y6 a# f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
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
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
7 _( J, I, F6 T: Z+ l. r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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