智能仪器与常规仪器在工作机理上有很大的不同。常规仪器仪表工作时只要保证构成系统的各元器件完好,各单元正常,则系统即能按设计完成对输入量的正确响应,得到正确结果,如果有干扰导致输入量变化,系统仍能按原设计的规律完成运算,只不过此时的输出结果发生错误,一旦干扰消失,只要系统完好,其工作就会恢复正常。对于智能仪器而言,情况就不完全一样,很多智能仪器在使用时不能长期稳定地工作,但是仪器的元器件并没有损坏,这说明,造成智能仪器工作失误另有原因。,外界干扰和元器件损坏都有可能影响智能仪器的工作状态。随着集成电路芯片的广泛应用,元器件的工作寿命更长了,因此,要使智能仪器长期稳定地工作,就必须设法提高其抗干扰的能力,这可以从硬件和软件两方面来采取抗干扰措施。

一、硬件抗干扰措施
1、抗电源干扰的措施
在由单片机组成的智能仪器中,主要的干扰来自电源干扰。电源的通断、瞬时短路及电网串进来的干扰脉冲造成单片机的误动作占各种干扰的90%以上。对于电源干扰,传统的方法是采取加交流稳压器、隔离变压器、低通电源滤波器、使用不间断电源(UPS)等措施。上述措施并不能去掉所有的电源干扰。以UPS为例,它可以保证在干扰期间RAM中数据不丢失,但是其反映时间(ms级)跟不上μs级的干扰脉冲,从而仍会造成CPU工作状态混乱。如果采用电源电压监视器,则可更有效地解决单片机应用系统的电源干扰问题。电源电压监视器能自动地检测系统电源的瞬态欠压、瞬态脉冲干扰,并及时向单片机系统发出复位脉冲,使单片机可靠复位,同时还可将外部RAM存储器保护起来,防止信息的丢失。现在市场上出售的电源电压监视器中,有的本身除具有电源电压监视功能外,还具有“看门狗”、掉电检测、备用电池自动转换功能。设计时应尽可能地选用这类高性能芯片,这样可简化电路设计,同时增加系统的可靠性。
2、监视定时器
程序运行的监视定时器(俗称看门狗)近年来已用得很普遍了。借助“看门狗”电路,可将单片机从死循环或走飞状态拉出,进入正常程序。有些系列的单片机内部有看门狗定时器,系统运行时只要启动监视定时器,当计数器溢出时,就把RESET引脚拉至低电平,使之复位。内部不带硬件“看门狗”的单片机,则必需外接硬件“看门狗”电路,此外,也可采用软件抗干扰技术,使程序在“跑飞”失控后能恢复正常运行。
3、光电隔离
对智能仪器中输入、输出通道与单片机系统之间采用光电隔离,可使单片机系统与外界完全没有电的联系,具有很好的抗干扰性。对数字信号的光电隔离比较简单,可直接用光电耦合器即可;对模拟信号的隔离较复杂,常用的有差分放大器(隔离电压低),V/F转换光电隔离电路(应用电路复杂)和隔离放大器(性能好但价格昂贵),应用中可根据实际情况选定。实践证明,加光电耦合器适用于抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，如图1所示，这种电路具有比普通电路更高的抗干扰能力。
 
图1
二、软件抗干扰措施
单片机系统的抗干扰不能完全依靠硬件来解决,软件设计上也必须要考虑抗干扰的问题,常用的软件抗干扰技术有:软件陷阱、指令冗余、软件“看门狗”等。
1、软件陷阱
实行软件陷阱,也就是一条引导指令,将捕获的程序引向一个指定的地方,在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序,如果把这段程序的入口标记为ERR的话,软件陷阱就是一条LJMP ERR指令,即:
NOP
NOP
LJMP　ERR
可以安放4种地方:未使用的中断向量区,未使用的大片ROM空间,安排在表格的最后,安排在指令串之间常有的断裂点。虽然上面叙述的方法可以恢复系统工作,但有时会遇到诸如死循环之类情况,由于它碰不到陷阱,上述方法就不行了。为此,必须采用软件“看门狗”方法。
2、软件“看门狗”
如果设定的单片机定时器T0中断时间间隔稍大于主控程序正常运行一个循环的时间,主控程序运行过程中执行一次定时器的刷新操作。程序正常运行,定时器就不会产生溢出信号而产生中断,而当程序“跑飞”失控后,系统由于不能刷新定时器而导致定时器溢出而产生中断,利用定时器中断服务子程序就可以进入错误处理子程序,由错误处理子程序对出错情况进行相应的处理,或者跳到程序起始处,重新执行主控程序。上述过程也称着软件复位。需要注意的是,用定时器中断实现的软件复位与硬件复位有较大的不同,这在不少文献中已提及,在此不再赘述。
3、数据和程序的冗余设计
系统运行过程中,如果由监视器或监视定时器等使之复位,这时往往需要对系统能否继续进行实时测控作出判断,一般的判断依据就是系统存于RAM区的各个运行参数是否已被破坏,一旦发现这些数据被破坏,就必须停止运行,重新冷启动,为了增加抗干扰能力,可对运行参数进行多元冗余设计,把每一参数同时存放在RAM区的不相靠近的多个单元里,如果某一单元的数据被改变,而其它几个单元里的数据完好。则仍可保证系统的正常运行。对于重要的程序段或子程序也可采用冗余设计,以免使系统发生误动作。如通过I/O口向外输出重要信号时,可接连或间歇地重复相应命令,从而充分保证此信号的正确性。
4、采用数字滤波技术
在数据采集中,可用软件实现某种数学处理,来达到滤掉采样干扰的目的。其主要方法有:算术平均值法、中值法、一阶低通滤波器法。实践证明,数字滤波可明显消除数据采集中的误差。
三、结束语
智能仪器仪表在设计时除了进行其功能设计外,还应有严密、全面的抗干扰设计,必须采用硬件和软件结合的抗干扰技术:硬件的抗干扰措施要能够检测、滤除和隔离大部分干扰信号,软件要对少数强干扰引起的不良后果及时作出补救措施,这样才能保证智能仪器长期运行的可靠性和安全性。

参考文献
1　卢大伟.用定时器实现软件看门狗时应注意的问题.中国仪器仪表
2　张长红.8098单片机应用系统的抗干扰设计.工业仪表与自动化装
置
3　陈兴文.TL7705在单片机系统抗电源干扰方面的应用.电测与仪表
4　何立民.单片机应用系统设计.北京:北京航空航天大学出版社