汽车行驶记录仪抗干扰技术的研究

2011-08-15焦安提王沛禹

科学之友 2011年12期

焦安提，王沛禹

（1. 日照市高级技工学校，山东日照 276800；2. 日照职业技术学院，山东日照 276826）

汽车行驶记录仪是一种安装在车辆上能全程对汽车的行驶状态信息进行记录、存储、分析、输出的数字式电子记录装置。它能有效监控车辆的状态和驾驶员的驾驶行为，为道路交通事故的分析、鉴定、处理提供科学的原始数据。但是汽车作为一个复杂的机电产品，本身的电子元器件在工作时往往存在着相互干扰，所处的外界环境也复杂多变，严重影响了记录仪的可靠稳定性。因此，必须对其采取抗干扰技术措施。

1 汽车行驶记录仪的干扰源

常见干扰源一般有电磁干扰源和自然因素干扰源。电磁干扰源产生干扰的根本原因是导体中有电压或电流的变化，使导体产生电磁波辐射，例如点火线圈点火、交流发电机线缆连接间歇切断、雨刮电机间歇动作和来自车外界的手机、电台等无线电磁波等，会产生从低频到高频的复杂电磁场，影响汽车行驶记录仪正常稳定工作；此外，环境的温度、湿度、雷电、宇宙噪音等自然因素会使电子元件产生难以预料的信号漂移，甚至会产生电子元器件故障，例如电路腐蚀、电容爆裂、雷电击穿等。

2 硬件抗干扰措施

对电磁干扰的处理，可从干扰源、敏感源（受干扰设备）和耦合路径3方面考虑。第一，尽量抑制干扰源，消除干扰的根本原因；第二，消除干扰源和受干扰设备之间的耦合、辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三，提高受干扰设备的抗干扰能力，降低其对噪声的敏感度。本文主要采用的是屏蔽、隔离、接地和滤波等切断干扰源和受干扰设备之间的耦合通道的方法。

2.1 屏蔽

屏蔽是指用屏蔽材料把通过空间进行电场、磁场或电磁场耦合的部分隔离开来，切断其空间场的耦合通道。本文采用的屏蔽方法是用低电阻和导磁屏蔽材料，把行驶记录仪需要隔离的部分包围起来，使行驶记录仪避免受外界点火线圈、电台等产生的电磁场的干扰，同时也屏蔽了记录仪对外界的干扰。

2.2 隔离

信号隔离的目的是把干扰源和敏感源在电气上完全隔离或部分隔离开，使两个相互通信的设备之间仅保持信号联系，但不发生直接电的联系，不会影响信号的正常传输。隔离的实质就是把会引入干扰的通道切断，从而达到隔离现场的目的。常用的隔离方式有：光电隔离、继电器隔离、变压器隔离等。该汽车行驶记录仪采用了光电隔离技术，例如速度采集模块等。

2.3 接地

由于设备之间的信号互传互送，这就存在信号参考点的问题，理想化的情况是所有设备仪表的参考点之间的电位差为“零”。因此，在PCB布局设计时应遵循“一点接地”的原则。如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声。“一点接地”有串联和并联一点接地两种方式。

在实际应用中通常采取平面式或多点接地，利用一个导电平面作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。还采用旁路电容减少返回电流的幅值，降低接地回路的压降。

2.4 滤波

滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因此，需要进行信号选择和干扰抑制。本记录仪已经将该技术多次应用于信号采样和处理中。

针对自然环境因素影响，可以通过选择性能更加合理的元器件方法来消除或降低，例如可以选择宽温元件、置于温度相对恒定的地方等措施。

3 软件抗干扰措施

软件抗干扰以其高可靠性、低成本、高灵活性的特点越来越受到重视。通常，消除模拟输入信号的噪声（如数字滤波技术）和程序运行混乱时使程序重入正轨的方法是软件抗干扰研究的主要内容。

从软件的运行来看，瞬时电磁干扰可能会使CPU偏离预定的程序指针，进入未使用的RAM区和ROM区或其他字节空间，引起一些莫名其妙的现象，其中程序“飞掉”和死循环是最常见的。为了有效地排除这种干扰故障，常用指令冗余和软件“陷阱”法。

3.1 指令冗余

指令冗余指在程序中某些关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写。CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当受干扰出现错误，程序便脱离正常执行顺序发生“乱飞”，当乱飞到某双字节指令或三字节指令，可能会把操作数误当作操作码，程序将出错。因此，常在双字节和三字节指令后插入两个字节以上的空操作（NOP）。这样一旦程序受干扰乱飞到操作数上，由于空操作指令的存在，避免了后面的指令被当作操作数执行，使程序回正。跳转、返回等指令之前也通常插入两条空操作指令，以确保这些重要指令的正确执行。

3.2 软件“陷阱”

软件“陷阱”法是指在系统存储器（RAM和ROM）中没有使用的单元开辟“陷阱”区，填满了某一种重新启动的代码指令，当受到干扰使指令乱飞而进入此区域时，软件“陷阱”来捕获“飞掉”的程序，将飞掉的程序指向特定的复位入口地址。重新启动的代码指令用来扫描现场的各种状态，并根据这些状态判断程序应该转到系统程序的哪个入口，使系统重新投入正常运行。

3.3 “看门狗”

软件看门狗（WATCHDOG）是利用定时器来监控程序运行的。首先对定时器设定一个定时时间，系统运行后看门狗计数器自动计数，到了设定的时间未清看门狗的定时器（无喂狗行为），则认为系统运行出错（干扰发生），可通过软件进行系统复位或按事先预定方式运行，从而保证系统的稳定正常工作。看门狗技术可以由硬件或软件实现。