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车载监控调度系统中的电磁兼容性设计

发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:399

摘要:分析了车载监控调度系统中的电磁干扰信号,论述了电磁骚扰源、骚扰途径和敏感设备的物理特性,建立电磁兼容的模型。根据分析和计算,进行了电磁兼容预测,通过隔离、屏蔽、接地、滤波等逐次进行符合设备电磁兼容规范的电磁兼容性设计,最终达到了符合电磁兼容性规范的设计要求。

关键词:车载监控调度系统 电磁兼容 耦合度

电磁兼容性emc(electromagnetic compatibility),按gb/t436 5-1 995定义为:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。随着现代科学技术的发展,电子设备的数量及种类不断增加,工作频率不断提高,电磁环境日益复杂。在这种复杂的电磁环境中,如何有效地减少相互间的电磁影响,使各种设备正常运转,需要在产品设计开始时就考虑电磁兼容性的问题。在设计定型、系统综合集成后,发现电磁兼容问题再重新调整系统结构,必须会带来更多的困难,造成研发时间和成本的双重浪费。

近年来,随着汽车微电子装备的大量增加,半导体逻辑器件对电磁干扰敏感度相当高,加之汽车线速与有关高场强频段的波长可以比拟,这些频段存在对车载电子系统造成强烈电磁干扰的隐患;车载电磁低电压、大电流负载特性使其开关过程在供电线路上产生很多脉冲干扰,进一步恶化了电磁环境。因而,在实际并不十分复杂的汽车电器设计中,电磁兼容设计通常成为设计成败的关键。

为了实现电磁兼容,要从电磁骚扰源、电磁骚扰传播特性、敏感设备抗干扰能力、测量设备、测量方法与数据处理方法、系统内、系统间电磁兼容性等多个方面考虑。在实际应用中,从预测入手,对噪声源、噪声接收电路、耦合通道等几方面进行分析。在准确测量的基础上,建立恰当的数学模型并根据实际需要进行合理的近似,并在实践中不断加以修正,得到解决电磁骚扰问题的方法和手段,由此达到电磁兼容设计的最终目的。

本文以车载监控调度系统终端设计为背景,在已有实验条件下,讨论了电磁兼容的预测模型和计算方法,并从工程应用方面提出了综合设计的方法、原则,经过实践,满足设备电磁兼容性指标。

1 系统概述

本设计中的车载移动终端是车载监控调度系统的核心,其功能是:采集车辆数据(包括gps定位信息、车辆运行状况信息等)通过无线信道发送给监控中心,同时接收、响应监控中心的指令。主要由gps接收单元、gprs通信单元、主控制器单元、中文液晶显示屏与键盘组成的人机交互单元及电话手柄组成,是典型的多mpu嵌入式系统,如图1所示。

整个系统安装在仪表板下方,gps天线和gprs天线由磁性底座安装在车顶,键盘、显示、控制及驱动单元在仪表板前方,都是杂波较强的位置。

2 电磁兼容环境分析

电磁环境是提出和确定设备或系统电磁兼容设计指标要求、实施电磁兼容的前提。明确工作系统所处的电磁环境,才能在设计时遵循正确的要求和步骤,采取充分的管理保障措施,达到所希望的最佳设计水平。

系统的电磁环境由多个电磁骚扰源构成。为了准确地描述电磁环境,有关综合电磁环境的计算和测量是必不可少的。电子设备的主观任务是完成人所赋予的功能,但客观上它在工作时要向外辐射有用或无用的能量。如果在电磁环境中有多个电磁骚扰源,在敏感设备位置上综合电磁环境骚扰场强符合线性叠加原理。经过分析,在本系统中,杂波的来源有以下几方面:

(1)车载无线通信设备

车载无线通信设备是一个潜在的直接骚扰源,可以直接在汽车附近产生约4v/m的场强。该场强随着距离的增大按照e-1/r2的规律衰减,其各个频段内的发射功率如图2。

(2)汽车自生骚扰

汽车内部的自生骚扰发射干扰源主要是汽车电器中的各种瞬变电脉冲、分电器的触头之间和火花塞间隙之间的火花以及车轮与地面、车身与空气高速磨擦产生的静电放电。这些自身产生的骚扰即可能通过电磁骚扰发射对环

摘要:分析了车载监控调度系统中的电磁干扰信号,论述了电磁骚扰源、骚扰途径和敏感设备的物理特性,建立电磁兼容的模型。根据分析和计算,进行了电磁兼容预测,通过隔离、屏蔽、接地、滤波等逐次进行符合设备电磁兼容规范的电磁兼容性设计,最终达到了符合电磁兼容性规范的设计要求。

关键词:车载监控调度系统 电磁兼容 耦合度

电磁兼容性emc(electromagnetic compatibility),按gb/t436 5-1 995定义为:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。随着现代科学技术的发展,电子设备的数量及种类不断增加,工作频率不断提高,电磁环境日益复杂。在这种复杂的电磁环境中,如何有效地减少相互间的电磁影响,使各种设备正常运转,需要在产品设计开始时就考虑电磁兼容性的问题。在设计定型、系统综合集成后,发现电磁兼容问题再重新调整系统结构,必须会带来更多的困难,造成研发时间和成本的双重浪费。

近年来,随着汽车微电子装备的大量增加,半导体逻辑器件对电磁干扰敏感度相当高,加之汽车线速与有关高场强频段的波长可以比拟,这些频段存在对车载电子系统造成强烈电磁干扰的隐患;车载电磁低电压、大电流负载特性使其开关过程在供电线路上产生很多脉冲干扰,进一步恶化了电磁环境。因而,在实际并不十分复杂的汽车电器设计中,电磁兼容设计通常成为设计成败的关键。

为了实现电磁兼容,要从电磁骚扰源、电磁骚扰传播特性、敏感设备抗干扰能力、测量设备、测量方法与数据处理方法、系统内、系统间电磁兼容性等多个方面考虑。在实际应用中,从预测入手,对噪声源、噪声接收电路、耦合通道等几方面进行分析。在准确测量的基础上,建立恰当的数学模型并根据实际需要进行合理的近似,并在实践中不断加以修正,得到解决电磁骚扰问题的方法和手段,由此达到电磁兼容设计的最终目的。

本文以车载监控调度系统终端设计为背景,在已有实验条件下,讨论了电磁兼容的预测模型和计算方法,并从工程应用方面提出了综合设计的方法、原则,经过实践,满足设备电磁兼容性指标。

1 系统概述

本设计中的车载移动终端是车载监控调度系统的核心,其功能是:采集车辆数据(包括gps定位信息、车辆运行状况信息等)通过无线信道发送给监控中心,同时接收、响应监控中心的指令。主要由gps接收单元、gprs通信单元、主控制器单元、中文液晶显示屏与键盘组成的人机交互单元及电话手柄组成,是典型的多mpu嵌入式系统,如图1所示。

整个系统安装在仪表板下方,gps天线和gprs天线由磁性底座安装在车顶,键盘、显示、控制及驱动单元在仪表板前方,都是杂波较强的位置。

2 电磁兼容环境分析

电磁环境是提出和确定设备或系统电磁兼容设计指标要求、实施电磁兼容的前提。明确工作系统所处的电磁环境,才能在设计时遵循正确的要求和步骤,采取充分的管理保障措施,达到所希望的最佳设计水平。

系统的电磁环境由多个电磁骚扰源构成。为了准确地描述电磁环境,有关综合电磁环境的计算和测量是必不可少的。电子设备的主观任务是完成人所赋予的功能,但客观上它在工作时要向外辐射有用或无用的能量。如果在电磁环境中有多个电磁骚扰源,在敏感设备位置上综合电磁环境骚扰场强符合线性叠加原理。经过分析,在本系统中,杂波的来源有以下几方面:

(1)车载无线通信设备

车载无线通信设备是一个潜在的直接骚扰源,可以直接在汽车附近产生约4v/m的场强。该场强随着距离的增大按照e-1/r2的规律衰减,其各个频段内的发射功率如图2。

(2)汽车自生骚扰

汽车内部的自生骚扰发射干扰源主要是汽车电器中的各种瞬变电脉冲、分电器的触头之间和火花塞间隙之间的火花以及车轮与地面、车身与空气高速磨擦产生的静电放电。这些自身产生的骚扰即可能通过电磁骚扰发射对环

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