硬件抗干扰技术在计算机控制系统中的应用
施常青
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施常青,. 硬件抗干扰技术在计算机控制系统中的应用[J]. 计算机研究与应用,2021.5. DOI:10.12721/ccn.2021.157042.
摘要: 信息技术在快速发展过程中,其应用范围和领域也逐渐扩大,已经全面渗透到人们的工作与生活中,是社会发展建设中不可缺少的技术内容。信息技术在为人们提供便利服务的同时也存在着安全问题,计算机系统在运行期间容易受到多种类型干扰因素的影响而无法保证运行质量和效率。硬件抗干扰技术的应用能够对多种干扰问题进行有效处理,为计算机控制系统的安全、稳定运行提供良好条件,是需要加强重视与研究的一项技术。
关键词: 硬件抗干扰技术;计算机控制系统;应用
DOI:10.12721/ccn.2021.157042
基金资助:

计算机控制系统运行容易受到干扰影响导致整个运行出错,这是系统运行中的常见问题。要想对这种不利影响进行有效控制,则必须掌握干扰特点和干扰信号的入侵途径,结合实际情况进行针对性的抗干扰设计,明确干扰的形式与源头,实现硬件抗干扰技术的有效应用,这是抗干扰中的基础内容,要保证硬件可靠性,提高控制系统的稳定性,消除计算机控制系统运行期间的各项安全隐患。

1.干扰的来源

1.1干扰的类型

首先是电干扰,这种干扰形式主要来源于如大功率触点动作的电弧或者静电,包括许多大功率的电子设备都有可能造成电干扰。然后是高频振荡干扰,这种干扰因素来自于大功率的电源及逆变器,如感应炉、电弧炉等设备。随后还有空间电磁干扰,如太阳黑子、太阳耀斑产生的高频电磁波干扰;系统设计不当产生的内部干扰;设备接触产生的干扰;最后还有特殊气候的干扰,如雷暴、台风等恶劣天气影响。

1.2干扰的形式

干扰信号一般由频率、幅值及相位等参数来直接记录和描述,如最常见的有以下三种:①脉冲序列波,这是一种来源于系统本身或者周边其他电子设备带来的持续性干扰,由其持续性动作产生,可用最高幅值、前沿上升陡度、单个脉宽及脉冲序列次序实践等特征来表示。②偶发脉冲电压波,这种信号一般来自于雷电或其他放电行为导致,通常以最高幅值、前沿上升陡度、脉宽等特征表示。③持续正弦波,近似的电源设备信号干扰,表现形式往往是断续的,可用幅值、频率等特征来表示。

1.3干扰的方式

干扰的主要途径可以分为四种,直接耦合、公共阻抗耦合、电容耦合和空间磁场耦合。①直接耦合,这种干扰方式主要是直接进入了计算机系统与设备之间的通信连接导线,这个导线起到了计算机控制系统正常信号的传输作用,当干扰信号入侵到其中,就能直接进入系统,造成直接的破坏和干扰。②公共阻抗耦合,电路中电流的正常变化,经电源内阻的耦合,也会影响到其他电路的正常工作,这是电源内阻作为公共阻抗的一部分可能造成副作用,如公共地的接地电阻大小就可能造成此影响。③电容耦合,电路的元件之间存在着电容,大量且密集的电容很容易通过由干扰信号影响使其耦合到系统当中,对高频信号尤其敏感。④空间磁场耦合,由电磁设备电流或自然环境电流产生的磁场;线圈、变压器漏磁形成的空间电磁波,对有关导线或电子元件造成直接的干扰和影响。

2.硬件抗干扰技术在计算机控制系统中的应用

2.1系统硬件方案的可靠性设计

在进行系统设计的过程中必须要保证硬件设备方案设计的合理性,保证整个硬件系统的标准化和模块化,尽可能的减少电子元件的数量实现对整个硬件结构进行优化和完善,能够简化计算机整体系统结构,有效避免了为了追求高性能和多功能而导致系统缺失的问题,可以保证控制系统运行过程中的可靠性。在进行硬件结构设计的过程中一定要考虑到工作环境因素,保证其具有良好的散热能力,以免在系统运行期间出现高温现象导致元件损坏。良好的散热系统和热设计是保证计算机系统稳定工作的重要因素之一,所以硬件设计要重视电源配置和散热措施的设计,保证计算机系统安全稳定的进行。对计算机系统的工作环境进行分析,考虑到不同地区具备差异性和特殊性的温度、湿度、气压及恶劣天气,或特殊环境中可能存在的腐蚀 、辐射等,进行相对应的环境防护设计处理。

2.2硬件抗干扰技术的具体应用

硬件抗干扰技术中较为常用的方式有两种,首先是传输信道抗干扰 ,这种技术方式主要依靠电缆线的走线避开信号线,强信号线与弱信号线尽量避免平行走向,在内容环境中尽量使二者正相交,从而直接断绝干扰的方式和途径。然后是电源系统抗干扰,这也是通过断绝干扰途径进行的硬件设计,采用将电源总闸直接引出作为交流电源的方法 ,使硬件内部影响减弱。使用交流稳压、变压器隔离、LC 滤波将静电屏蔽层添加到初级和次级的电源变压器之间,减少计算机硬件本身可能存在的串频干扰,从而尽量减少 因为交流 电网的引入所导致 的电源变压器初级的高频干扰信号。另外,还可以选择在硬件设备中安装浪涌吸收器,在遇到突然的高频电压的情况下,瞬间导通分流,从而在源头上直接保护计算机硬件设备,避免电源线对地的浪涌电压使得设备系统受到破坏,造成的设备绝缘击穿。

计算机控制系统在运行过程中可能遇到的干扰因素比较多,必须要注重系统各环节的干扰防范,提高各构成部位的抗干扰能力,让计算机系统在安全、稳定的条件下正常运行。这就需要从系统整体运行出发进行科学布局,保证各系统之间的紧密连接防止出现较多的漏洞问题。还需要对硬件设备进行稳定性设计,实现抗干扰技术的合理应用与配置,对以往系统中存在的不足进行优化和完善,对于不同的干扰源进行细致分析,同时也要了解计算机控制系统的运行环境,对二者进行综合分析后制定针对性的抗干扰措施,实现对各类影响因素的有效处理,确保计算机系统在多种复杂的运行环境中都能够一直保持良好状态。只有确定干扰的具体形式和源头才能将硬件抗干扰技术作用发挥出来,制定妥善方案对干扰问题进行针对性处理。

结语:硬件抗干扰技术在具体应用过程中必须要结合整个计算机控制系统的运行需要对硬件方案进行科学设计,考虑多方面影响因素保证结构设计的合理性,同时也要分析现场干扰因素,在此基础上选择合适的技术方法,做好针对性的抗干扰处理工作,保证整个系统运行期间的稳定性与可靠性。要想对干扰问题进行全面处理必须要掌握系统运行的实际情况,对技术措施进行优化和完善,以此提高硬件抗干扰技术应用的有效性。

参考文献:

[1]边宇明,李凌帅.计算机控制系统的抗干扰技术[J].中外企业家,2015(12):187.

[2]张文浩.探究计算机控制系统的可靠性及抗干扰性优化设计[J].电脑迷,2018,(22):50.

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