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【摘要】本文针对抗干扰技术在电力线载波自动抄表系统中的实际应用进行分析，并通过实际应用抗干扰技术解决了电力线载波系统中由于干扰而造成的系统不稳定问题。该系统可广泛用于各种电度表和其他测量仪表的远方抄表和测控，是用电管理和其他表计管理现代化不可缺少的设备，而整个系统的稳定成熟运行是能否成功推广的关键。
【关键词】传导干扰；辐射干扰；屏蔽
电力线载波自动抄表系统是国外引进的先进技术，它在通讯上采用了一种全新的数据压缩技术，用若干个数据包进行电力线载波通讯，通过电力线为传输媒质把数据调制到电力线上并进行传送。该系统可广泛用于各种电度表和其他测量仪表的远方抄表和测控，是用电管理和其他表计管理现代化不可缺少的设备。而整个系统的稳定成熟运行是能否成功推广产品的关键。
一、这几年主要将该技术应用到用电自动化管理上，并在广东的江门、开平、新会等地区进行了推广安装。通过在电表上安装采集终端，数据通过调制发送到电力线，在每一个台变内进行集中抄收，最后由每个台变组成一个总的系统进行了电表的自动化抄表用电管理。这项技术极大的减轻了供电局抄表人员的工作量和提高了用电的自动化管理水平，使管理者在办公室内便可通过电脑了解当天的实时用电峰值，减少了人为抄表误差和偷电现象并起到了分析合理分配用电的作用。
二、在产品的推广过程中我们发现由于数据的传输是以电力线为媒质的，这就不可避免的会受到电网上各种各样的干扰并可能对电路中的元件造成损坏，这对系统数据传输的实时性和稳定性造成了影响。在干扰比较严重的地区我们调取数据发现长期实时抄收的成功率为80%，这跟我们系统要求的90%实时抄收率有10%的差距。
为了找到造成故障的原因，我通过在干扰严重的现场进行实际的测试跟踪，用示波器进行了波形的监测。用Tektronix 60MHz示波器来检查波形，10X的探头接一个接地导线，将接地导线接在一个接地点上，用探头搭在LM2903的第5脚上。
我们的基准信号是20ms一个周期的扫描信号，信号通过调幅载波到电力线上，当电力线上的干扰严重时就会对有用的信号产生干扰。所以我们认为故障产生之一应该是由电源端的干扰而产生的。通过分析我们产品产生的干扰主要有传导干扰和辐射干扰两种，特别是在电网比较复杂的工业区内，这种干扰现象就更加明显。因为在工业区内有各种各样的大功率机械设备在瞬时会产生很大的各种脉冲，有些信号大的甚至覆盖了我们的有效信号，这就严重干扰了我们的正常传输。我们知道传导干扰就是沿着导体传播的，电感和电容等元件均是传导干扰的传输通道。这样我们的产品在复杂的电网中就受到了干扰，而瞬间的高压脉冲更是对信号造成了误动作等影响甚至对产品造成损坏。在大多数交流电源线上，高频噪声是极普遍的。大约平均每数分钟可观察到一次200V尖峰，每天可观察到一次400V尖峰，每年一次1000V尖峰，在雷电高发区，室内平均每天能观察到1000V尖峰约两次，每年能观察到5000V尖峰的一次。办公室和车间附近有电动机时将产生1500V至2500V尖峰，将有更多噪声。
干扰会导致两种类型的结果：硬件故障和软件故障。硬件故障一般是固定的——系统每次发生的故障是相同的。软件故障是间歇性的——系统有时候工作，有时候不工作，时而好时而坏使干扰的定位很难。为了解决问题首先从电源线入手，通过把以前的普通电源接入线换成了带屏蔽的电源线，再用示波器观察发现取得了一定的作用，使一下杂波干净了点。
但要解决电源线浪涌干扰还要采取更有效的方法 。 压敏电阻是一种非线性电阻性元件，在一般正常工作电压（外加电压低于临界电压值），压敏电阻呈高阻状态，仅有uA数量级的漏电流流过压敏电阻，相当于开路状态。当有过电压（当电压达到临界值以上）时，压敏电阻即迅速变为低阻抗（响应时间为毫秒数量级），电流急剧上升，电阻急剧下降，过电压以放电电流的形式被压敏电阻吸收掉，相当于过电压部分被短路。当浪涌过电压后，电路电压恢复到正常工作电压，压敏电阻又恢复到高阻状态。
三、瞬变电压抑制二极管是普遍使用的一种高效能电路保护器件。当TVS两端经受瞬间高能量冲击时，它能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收一个大电流，从而把它两端间的电压钳位在一个预定的数值上，保护后面的电路元件不因瞬态高电压的冲击而损坏。我们的系统在复杂电网中随时都会受的干扰电压的冲击，所以我们选择了在电源端加装TVS管。确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。如果是交流电，应计算出最大值，即用有效*1.414。
1、TVS的反向变位电压即工作电压（VRWM）——选择TVS的VRWM等于 或大于上述步骤1所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条 件下TVS吸收的电流可忽略不计，如果步骤1所规定的电 压高于TVS的VRWM ，TVS将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态，从而影响电路的工作。
2、最大峰值脉冲功率：确定电路的干扰脉冲情况，根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间，确定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。
3、所选TVS的最大箝位电压（VC）应低于被保护电路所允许的最大承受电压。
4、如果知道比较准确的浪涌电流IPP，那么可以利用VC来确定其功率，如果无法确定功率的 大概范围，一般来说，选择功率大一些比较好。
根据电路需要我选择了深圳方新电子有限公司的1.5KE系列瞬变电压抑制二极管：
表（3）是型号参数，具体电路接入点见电路图（1）D45。
另外一个对系统稳定性造成影响的辐射干扰也是一个大问题，通过查找资料我认识到，辐射干扰是以电磁波的形式通过空间的电磁波特性规律传播的一种干扰，它与传导干扰明显的区别在于前者是以导线作为传诵通道，而后者是以自由空间传播的一种电磁波干扰。电磁场辐射也会造成干扰耦合。当高频电流流过导体时，在该导体周围便产生电力线和磁力线，并发生高频变化，从而形成一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导体便会感应出相应频率的电动势。电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰。这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。此外，当信号传输线（输入线、输出线、控制线）较长时，它们能辐射干扰波和接收干扰波，称为天线效应。我们的系统也需要安装在工厂周围和内部，这就很容易受到工厂里各种设备的电磁场辐射，鉴于我们的单片机系统需要在比较复杂的电网中应用，这就需要利用到屏蔽，屏蔽也就是用金属外罩把元器件、电路或设备等封闭并与地连接，以避免外来电磁波干扰入侵或内部产生的高频信号向外辐射的方法。我根据产品的尺寸和安装位置加工了适合的屏蔽板，采用的材料为一面敷铜的胶合板，产品中共有两部分用到了此屏蔽板，一个是在单片机的IC核心部分，另一个是在电路的高频部分。这两部分都是系统中最容易受到干扰的地方。
增加屏蔽板的同时接地是抑制噪声的重要手段，良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部噪声耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。电气设备中的"地"通常有两种含义：一种是"大地"，指电气设备的金属外壳、线路等通过接地线、接地极与地球大地相连接；另一种是"工作基准地"，指信号回路的基准导体，又称"系统地"。由于我公司的是单片机应用系统，通过把屏蔽板接到系统地上，进一步的提高了系统的稳定性。
通过对这次对主要由单片机系统构成的电力线自动抄表系统的实际抗干扰技术的应用，使我加深了对抗干扰技术的认识，并认识到了抗干扰技术对整个系统的重要性。
由于电力线载波自动抄表系统应用环境往往比较恶劣，干扰严重，但整个系统的结构又要求简单轻便，这就要求系统要既有较强的抗干扰能力，且使用的硬件资源要求尽量少。
任何产品在使用过程中都会出现问题，当产品出现问题时要仔细检查所发生的故障，弄清楚测试什么？系统是怎样发生故障的？什么时候发生的？在哪儿发生的？在故障发生前、发生时和发生后还发生了哪些现象？所发生的故障是机械故障、软件故障、电气故障还是电子故障？检查你所能检查的每一个部件，寻找任何一种异常的现象，用高速示波器来观测信号，跟踪被干扰的信号和输入信号，检查每个模块的地、输入和输出管脚。
参考文献
[1] 《单片机基础知识与技能实训》 ，刘起义，北京人民邮电出版社，2009年3月第1版
[2] 《单片机应用系统抗干扰技术》 ，王辛之，北京航空航天大学出版社，2000年2月第1版
[3] 《电子技术基础》，李伟，中国劳动社会保障出版社，2007年4月第4版
[4] 《VISUAL BASIC程序设计》，谭浩强，北京清华大学出版社，2000年7月第1版
【关键词】传导干扰；辐射干扰；屏蔽
电力线载波自动抄表系统是国外引进的先进技术，它在通讯上采用了一种全新的数据压缩技术，用若干个数据包进行电力线载波通讯，通过电力线为传输媒质把数据调制到电力线上并进行传送。该系统可广泛用于各种电度表和其他测量仪表的远方抄表和测控，是用电管理和其他表计管理现代化不可缺少的设备。而整个系统的稳定成熟运行是能否成功推广产品的关键。
一、这几年主要将该技术应用到用电自动化管理上，并在广东的江门、开平、新会等地区进行了推广安装。通过在电表上安装采集终端，数据通过调制发送到电力线，在每一个台变内进行集中抄收，最后由每个台变组成一个总的系统进行了电表的自动化抄表用电管理。这项技术极大的减轻了供电局抄表人员的工作量和提高了用电的自动化管理水平，使管理者在办公室内便可通过电脑了解当天的实时用电峰值，减少了人为抄表误差和偷电现象并起到了分析合理分配用电的作用。
二、在产品的推广过程中我们发现由于数据的传输是以电力线为媒质的，这就不可避免的会受到电网上各种各样的干扰并可能对电路中的元件造成损坏，这对系统数据传输的实时性和稳定性造成了影响。在干扰比较严重的地区我们调取数据发现长期实时抄收的成功率为80%，这跟我们系统要求的90%实时抄收率有10%的差距。
为了找到造成故障的原因，我通过在干扰严重的现场进行实际的测试跟踪，用示波器进行了波形的监测。用Tektronix 60MHz示波器来检查波形，10X的探头接一个接地导线，将接地导线接在一个接地点上，用探头搭在LM2903的第5脚上。
我们的基准信号是20ms一个周期的扫描信号，信号通过调幅载波到电力线上，当电力线上的干扰严重时就会对有用的信号产生干扰。所以我们认为故障产生之一应该是由电源端的干扰而产生的。通过分析我们产品产生的干扰主要有传导干扰和辐射干扰两种，特别是在电网比较复杂的工业区内，这种干扰现象就更加明显。因为在工业区内有各种各样的大功率机械设备在瞬时会产生很大的各种脉冲，有些信号大的甚至覆盖了我们的有效信号，这就严重干扰了我们的正常传输。我们知道传导干扰就是沿着导体传播的，电感和电容等元件均是传导干扰的传输通道。这样我们的产品在复杂的电网中就受到了干扰，而瞬间的高压脉冲更是对信号造成了误动作等影响甚至对产品造成损坏。在大多数交流电源线上，高频噪声是极普遍的。大约平均每数分钟可观察到一次200V尖峰，每天可观察到一次400V尖峰，每年一次1000V尖峰，在雷电高发区，室内平均每天能观察到1000V尖峰约两次，每年能观察到5000V尖峰的一次。办公室和车间附近有电动机时将产生1500V至2500V尖峰，将有更多噪声。
干扰会导致两种类型的结果：硬件故障和软件故障。硬件故障一般是固定的——系统每次发生的故障是相同的。软件故障是间歇性的——系统有时候工作，有时候不工作，时而好时而坏使干扰的定位很难。为了解决问题首先从电源线入手，通过把以前的普通电源接入线换成了带屏蔽的电源线，再用示波器观察发现取得了一定的作用，使一下杂波干净了点。
但要解决电源线浪涌干扰还要采取更有效的方法 。 压敏电阻是一种非线性电阻性元件，在一般正常工作电压（外加电压低于临界电压值），压敏电阻呈高阻状态，仅有uA数量级的漏电流流过压敏电阻，相当于开路状态。当有过电压（当电压达到临界值以上）时，压敏电阻即迅速变为低阻抗（响应时间为毫秒数量级），电流急剧上升，电阻急剧下降，过电压以放电电流的形式被压敏电阻吸收掉，相当于过电压部分被短路。当浪涌过电压后，电路电压恢复到正常工作电压，压敏电阻又恢复到高阻状态。
三、瞬变电压抑制二极管是普遍使用的一种高效能电路保护器件。当TVS两端经受瞬间高能量冲击时，它能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收一个大电流，从而把它两端间的电压钳位在一个预定的数值上，保护后面的电路元件不因瞬态高电压的冲击而损坏。我们的系统在复杂电网中随时都会受的干扰电压的冲击，所以我们选择了在电源端加装TVS管。确定待保护电路的直流电压或持续工作电压。如果是交流电，应计算出最大值，即用有效*1.414。
1、TVS的反向变位电压即工作电压（VRWM）——选择TVS的VRWM等于 或大于上述步骤1所规定的操作电压。这就保证了在正常工作条 件下TVS吸收的电流可忽略不计，如果步骤1所规定的电 压高于TVS的VRWM ，TVS将吸收大量的漏电流而处于雪崩击穿状态，从而影响电路的工作。
2、最大峰值脉冲功率：确定电路的干扰脉冲情况，根据干扰脉冲的波形、脉冲持续时间，确定能够有效抑制该干扰的TVS峰值脉冲功率。
3、所选TVS的最大箝位电压（VC）应低于被保护电路所允许的最大承受电压。
4、如果知道比较准确的浪涌电流IPP，那么可以利用VC来确定其功率，如果无法确定功率的 大概范围，一般来说，选择功率大一些比较好。
根据电路需要我选择了深圳方新电子有限公司的1.5KE系列瞬变电压抑制二极管：
表（3）是型号参数，具体电路接入点见电路图（1）D45。
另外一个对系统稳定性造成影响的辐射干扰也是一个大问题，通过查找资料我认识到，辐射干扰是以电磁波的形式通过空间的电磁波特性规律传播的一种干扰，它与传导干扰明显的区别在于前者是以导线作为传诵通道，而后者是以自由空间传播的一种电磁波干扰。电磁场辐射也会造成干扰耦合。当高频电流流过导体时，在该导体周围便产生电力线和磁力线，并发生高频变化，从而形成一种在空间传播的电磁波。处于电磁波中的导体便会感应出相应频率的电动势。电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰。这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。此外，当信号传输线（输入线、输出线、控制线）较长时，它们能辐射干扰波和接收干扰波，称为天线效应。我们的系统也需要安装在工厂周围和内部，这就很容易受到工厂里各种设备的电磁场辐射，鉴于我们的单片机系统需要在比较复杂的电网中应用，这就需要利用到屏蔽，屏蔽也就是用金属外罩把元器件、电路或设备等封闭并与地连接，以避免外来电磁波干扰入侵或内部产生的高频信号向外辐射的方法。我根据产品的尺寸和安装位置加工了适合的屏蔽板，采用的材料为一面敷铜的胶合板，产品中共有两部分用到了此屏蔽板，一个是在单片机的IC核心部分，另一个是在电路的高频部分。这两部分都是系统中最容易受到干扰的地方。
增加屏蔽板的同时接地是抑制噪声的重要手段，良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部噪声耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。电气设备中的"地"通常有两种含义：一种是"大地"，指电气设备的金属外壳、线路等通过接地线、接地极与地球大地相连接；另一种是"工作基准地"，指信号回路的基准导体，又称"系统地"。由于我公司的是单片机应用系统，通过把屏蔽板接到系统地上，进一步的提高了系统的稳定性。
通过对这次对主要由单片机系统构成的电力线自动抄表系统的实际抗干扰技术的应用，使我加深了对抗干扰技术的认识，并认识到了抗干扰技术对整个系统的重要性。
由于电力线载波自动抄表系统应用环境往往比较恶劣，干扰严重，但整个系统的结构又要求简单轻便，这就要求系统要既有较强的抗干扰能力，且使用的硬件资源要求尽量少。
任何产品在使用过程中都会出现问题，当产品出现问题时要仔细检查所发生的故障，弄清楚测试什么？系统是怎样发生故障的？什么时候发生的？在哪儿发生的？在故障发生前、发生时和发生后还发生了哪些现象？所发生的故障是机械故障、软件故障、电气故障还是电子故障？检查你所能检查的每一个部件，寻找任何一种异常的现象，用高速示波器来观测信号，跟踪被干扰的信号和输入信号，检查每个模块的地、输入和输出管脚。
参考文献
[1] 《单片机基础知识与技能实训》 ，刘起义，北京人民邮电出版社，2009年3月第1版
[2] 《单片机应用系统抗干扰技术》 ，王辛之，北京航空航天大学出版社，2000年2月第1版
[3] 《电子技术基础》，李伟，中国劳动社会保障出版社，2007年4月第4版
[4] 《VISUAL BASIC程序设计》，谭浩强，北京清华大学出版社，2000年7月第1版