單片機溫度控制系統(tǒng)中的工頻干擾及抑制措施
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2 工頻干擾信號的抑制措施[1]
2.1 采用RC 有源濾波器
由前面的討論可知，在一個工頻周期內(nèi)均勻采樣n 次，則其平均值中僅存n 的倍數(shù)的諧波及n 倍以上的高次諧波，n 倍以下的低次諧波被消除。若要得到更為干凈的信號，則要消除所有高次諧波，但用上述辦法已無法實現(xiàn)。為了抑制高次諧波干擾，可在采樣開關(guān)前加入一個時間常數(shù)τ=RC 的低通源濾波器。其電路如圖1 所示。設(shè)輸入輸出信號電壓分別為ux，uy，則得頻率特性[2]：
假定一個工頻周期采樣四次，則高頻諧波干擾中的最低干擾信號頻率為50×4=200Hz，若要求在200Hz 處干擾信號衰減100 倍，則由(3) 式可得τ= 0.08s在濾波電路中取Rf = 80kΩ，C=1μF 即可實現(xiàn)。R0 取值可根據(jù)采樣信號強弱確定。將此低通有源濾波器接入采樣開關(guān)之前，可以使干擾中的四次諧波衰減100 倍，更高頻率的干擾信號衰減得更多。
2.2 微機采樣時刻的定位
為了有效地消除工頻干擾，采樣時刻必須準(zhǔn)確定位。假設(shè)工頻周期為T，則采樣周期必為n/T ，并且應(yīng)該與工頻信號同步。為了實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓同步，可將電網(wǎng)電壓經(jīng)變壓器降壓、隔離后送入過零比較器，如圖2所示。反饋元件VDZ1、VDZ2 為兩只穩(wěn)壓管，設(shè)其穩(wěn)定電壓為UZ，當(dāng)輸入電壓UI 為 零時，VDZ1、VDZ2 不起作用，運算放大器處于開環(huán)狀態(tài)，對UI 的微小變化很敏感。當(dāng)UI 過負(fù)正，UN 迅速負(fù)向增長，VDZ2 擊穿并穩(wěn)壓，UN 電壓為-U；當(dāng)UI 過零微負(fù)，UN 迅速正向增長，VDZ1 擊穿并穩(wěn)壓，UN 電壓為+U，比較器經(jīng)二極管VD3 半波整流后，其波形如圖3 所示。
圖3 的方波信號可作為采樣時刻的定位依據(jù)，從而實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓信號的嚴(yán)格同步。具體方法是：將圖3 的信號作為中斷源信號，如果一個工頻周期采樣四次，則采樣周期應(yīng)為5ms。將中斷方式定下降沿觸發(fā)，則采樣時刻安排如下：中斷時采樣一次，并以此時刻為定時起點，每隔5ms 采樣一次，直到下一次重新開始，周而復(fù)始，從而實現(xiàn)一個工頻周期內(nèi)均勻采樣四次，且始終與電網(wǎng)電壓信號同步。
3 結(jié)論
文中從理論上進行推導(dǎo)所得出的結(jié)論，對于在實際中進行干擾的抑制具有很好的指導(dǎo)作用。采取有源濾波與單片機相結(jié)合的措施，在單片機溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用中取得了良好的效果。當(dāng)然，具體采取哪一種濾波形式效果更好，還得視具體情況而定。
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