| 辐射电磁场对探测总线的影响以及对抗措施 |
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| 作者：冯炳辉
2004-11-9 8:13:00 |
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摘要：本文介绍辐射电磁场对总线制火灾探测器总线的影响，从产品设计和工程安装两个环节，阐述提高抗干扰性能的措施。
关键词：辐射电磁场，火灾探测器，误报警，低通滤波，数字通讯。
随着电气自动化程度的不断提高，各类工业电气设备，通讯设备的大量使用，以及家用电器的日趋普及，大大提高人们的工作效率和生活质量，但同时这些电气、电子设备在使用过程中释放出复杂的电磁波，影响着其他电子设备的正常运行。自动报警系统是安全警报设备，系统一旦受到强的电磁干扰，将无法正常工作，也就失去安全警报的作用。本篇分析辐射电磁对报警系统中探测总线的干扰，干扰的传播途径，以及采取的抗干扰措施。报警控制系统探测总线上的电磁干扰，主要来自雷电、电器设备的辐射，探测总线吸收电磁波后，干扰信号与总线上有用信号叠加，改变有用信号波形；或通过探测总线的传导，干扰报警控制器、探测器的运行。探测器及总线受到电磁干扰产生 “故障”或“火警”现象，探测器误报警往往被误认为仅仅是探测器的电气原因，总线制报警控制系统中，故障的原因是多方面的，就产品本身而言，主要是报警控制器的总线接口电路设计不完善，甚至是控制器的软件因素。工程中，与探测总线敷设的路径，管线材料，探测器或报警控制器与电力设备的相对位置都有一定关系。
探测总线受到电磁干扰，探测器误报“故障”，多因报警控制器接口电路的滤波措施不当丢码所致。那么干扰是怎样导致丢码的呢？以编码器件HT- 12E为例加以说明。由于传输线路存在分布电感，分布电容，电导以及负载大小等因素，信号波形在传输过程中发生畸变（图1C ），受到电磁干扰时畸变加剧，其实质是干扰信号与有用信号叠加，干扰信号淹没数字脉冲信号，信号脉冲越窄相对畸变越严重（图1D）。试验证明，振荡频率Fosc越高，传输线路电感，电容效应越明显，抗干扰性能相应降低，如图1所示。但是，HT- 12E频率过低，在一定时间内查寻探测器数量少，将占用CPU大量时间，因此,合理选择HT-12E（或其它芯片）的工作频率，对总线抗干扰性能以及控制点容量起重要作用。Fosc振荡频率一般选在 10KHz-30KHz 为宜，并且适当增大数据脉冲振幅，可有效的减少丢码现象。
为了提高总线抗干扰性能，还可采取软件延时，多次校验的方法来减少误报“故障”或“火警”。这一措施方便易行，对于随机性干扰具有显著效果，但是，仅靠这一措施处理复杂的电磁干扰是不够的，如宽频段持续的电磁干扰仍会引发误报警。我们必须在硬件方面采取滤波，隔离，改善信号传输方式等措施。
1 、接口电路的硬件措施。因为编码芯片工作频率 Fosc=10KHz-30KHz，相对 1MHz -1GHz 高频干扰，在总线输出输入端引入低通滤波器，可有效地抑制来自总线的高频干扰，因各厂家机型的差异，低通滤波器也不尽相同，恕不画出滤波电路图。一个好的接口电路，不仅要有效的滤波环节，还要引入光耦隔离，电源DC/DC隔离，使报警控制器CPU核心电路与易受干扰的接口外围电路“分开”，确保控制器运行不受干扰。接口电路抗干扰环节框图图2所示：
2 、模拟量信息传输方式。探测器检测到的现场烟浓度信息以何种方式传送给报警控制器，将会影响信息的可信度，多为厂家采用的传输方式有两类：一类是把表征烟浓度高低的电信号以不同脉冲宽度，或不同脉冲个数传送给报警控制器接口，即以数字方式传送。另一类是把表征烟浓度高低的电信号以电流大小的方式传送给报警控制器接口，实质是模拟方式传送。对于数字传输方式的接口电路，只要对返回的数字脉冲采样放大，检测脉冲的有无，不必过分关心脉冲幅度的高低就完成前级信号处。而模拟传输方式的接口电路，不仅要检测脉冲的有无，还要检测脉冲幅度的大小，脉冲幅度的高低代表现场烟浓度的高低，因此，接口电路的信号处理较为复杂，并且易受干扰。模拟量探测器以及总线受到电磁干扰后误报火警（控制器确认同时探测器确认灯亮），主要因素是模拟量信号传输方式不当，导致控制器接口接受到虚假信号而报火警。综上所述，数字方式的远距离信号传输是解决总线抗电磁干扰的最佳方案。
3 、探测器接口的滤波。配合报警控制器接口设置低通滤波器，在探测器接口设置滤波措施是非常重要的，如图3所示。电容器 C1（100PF-220PF）对于 2根总线上的高频干扰信号形成闭合回路，抑制高频传导干扰对探测器内部线路的干扰，TVS 器件钳位瞬变脉冲干扰，TVS 器件的选用应根据探测总线上最高载波幅度来确定，若最高幅值为24V，可选用 1.5KE33，P6KE33等参数类似的器件。探测器内部针对来自总线干扰的滤波措施并非多多益善，应简洁有效。
自动报警系统在运行过程中能否稳定可靠，取决于与产品有关的四个过程控制，即产品设计、生产、安装调试和售后服务。产品设计过程确定了产品的技术先进性，工艺水平，实用性，系统的电磁兼容性（包括探测总线抗电磁干扰性能）等技术性能。探测总线抗电磁干扰性能的高低关键在设计，其次就是工程安装调试的质量。工程中探测总线与控制器距离长短不一，经过的环境也不尽相同，总线上信号衰减，受干扰强度也就不相同，因此，对穿线管、导线材料、布线、接线、接地等环节提出较高的要求：
1、探测总线线径不小于1mm，多股双绞铜芯线，镀锌钢管穿线。目前工程安装施工中仍存在不少问题，如使用普通独股股铜芯线，走线钢管接头处不焊接，钢管不接地，或使用阻燃塑料管。钢管接地不好或塑料管不具有抗电磁辐射功能，这类问题在自动报警工程中的存在，必然影响探测总线的抗电磁干扰性能。
2、走线钢管分类敷设，接头处焊接连接，接地良好。强电弱电线管要分开，不同类型电信号布线要分管，如消防广播音频信号线，消防电话线，集中区域报警控制器通讯线，都应与探测总线分开布线，以避免信号间相互干扰。工程调试中发现，楼房吊顶内随意拖拉布线现象不少，无穿线管，与照明线紧贴交叉，并行，接头连接不紧，裸露，无奇不有。本篇呼吁，应加强对安装施工的监督管理，工程阶段验收，层层把关，不留隐患。
3、减小穿线钢管出线口到探测器接线端子的距离。探测器接线端子与总线连接，非屏蔽段吸收电磁波形成干扰，非屏蔽段越长吸收电磁波干扰的能量就越高。在施工过程中应引起重视。
综上所述，在设计过程中除了满足同行普遍认同的技术手段外，如：模拟量零点漂移补偿，多次确认延时报警等，还应特别做到总线两端——报警控制器、探测器接口的低通滤波的设置，报警控制器接口电路隔离，模拟量信号数字方式传输的综合实施，不能顾此失彼。其次，提高工程安装质量，方能提高探测总线抗电磁干扰性能。
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【文章出处：冯炳辉】 |
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