在緩速器微機(jī)測控系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場，影響微機(jī)測控系統(tǒng)可靠、安全運(yùn)行的主要原因是來自系統(tǒng)內(nèi)外的各種電氣干擾。干擾源產(chǎn)生的干擾通過耦合通道對(duì)測控系統(tǒng)發(fā)生電磁干擾。干擾作用于緩速器微機(jī)測控系統(tǒng)的輸入通道，能使模擬信號(hào)失真，數(shù)字信號(hào)出錯(cuò)；干擾作用于緩速器微機(jī)測控系統(tǒng)的輸出通道，能使輸出信號(hào)混亂，不能正常反應(yīng)系統(tǒng)工作的真實(shí)輸出。干擾作用于緩速器微機(jī)測控系統(tǒng)核心，能使計(jì)算機(jī)的CPU得到錯(cuò)誤的地址信息，引起程序計(jì)數(shù)器PC出錯(cuò)，導(dǎo)致程序失控。微機(jī)測控系統(tǒng)常用的抗干擾技術(shù)主要有硬件抗干擾和軟件抗干擾。

一、硬件抗干擾方法

消除干擾的主要方法是抑制干擾源，阻斷干擾侵入的途徑，降低系統(tǒng)對(duì)干擾的敏感性以及提高系統(tǒng)自身的抗干擾能力。

1.選擇抗干擾性能好的設(shè)備

在選擇緩速器的微機(jī)測控系統(tǒng)時(shí)，首先要考慮有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，尤其是抗外部干擾的能力。其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠家給出的抗干擾指標(biāo)，系統(tǒng)能承受的電場強(qiáng)度和頻率的范圍等。

2.電源部分防干擾措施

電源的質(zhì)量直接影響緩速器微機(jī)測控系統(tǒng)的可靠性。在干擾較強(qiáng)或?qū)煽啃砸筝^高的場合，可以在測控系統(tǒng)的交流電源輸入端加接帶屏蔽層的隔離變壓器和低通濾波器。隔離變壓器可以抑制從電源線竄人的外來干擾，提高抗高頻共模干擾能力，屏蔽層應(yīng)可靠接地?？紤]到高頻諧波干擾不是通過變壓器繞組的互感耦合，而是靠初、次級(jí)寄生電容耦合，因此，隔離變壓器的初、次級(jí)之間應(yīng)采用三層屏蔽層保護(hù)，這樣可明顯提高對(duì)共模干擾信號(hào)的抑制能力。

3.微機(jī)測控系統(tǒng)裝置的接地設(shè)計(jì)

接地是為了安全和抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是微機(jī)測控系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。良好的接地可以在很大的程度上抑制系統(tǒng)內(nèi)部噪聲耦合防止外部干擾的侵入，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。反之，若接地處理得不好，則會(huì)導(dǎo)致噪聲耦合，形成嚴(yán)重干擾。因此，在抗干擾設(shè)計(jì)中，對(duì)接地方式應(yīng)予以認(rèn)真考慮。

實(shí)際接地時(shí)，采取浮地—屏蔽接地方案，即將試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架、控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)外殼、電源外殼、信號(hào)變送器外殼、信號(hào)線屏蔽層接在大地；將數(shù)字電子裝置和模擬電子裝置的工作基準(zhǔn)地浮空，且在一點(diǎn)連接。浮地方式使控制系統(tǒng)不受大地電流的影響，同時(shí)，數(shù)/模一點(diǎn)接地，避免了地線上產(chǎn)生環(huán)流，提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。

4.防外部配線干擾

為了防止或減小外部配線的干擾，交流輸入、輸出信號(hào)與直流輸入、輸出信號(hào)應(yīng)分別使用各自的電纜。對(duì)于集成電路或晶體管設(shè)備的輸入、輸出信號(hào)線，必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜在輸入、輸出側(cè)懸空，而在控制側(cè)接地。

二、軟件的抗干擾技術(shù)

軟件抗干擾技術(shù)是當(dāng)系統(tǒng)受干擾后使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行或輸入信號(hào)受干擾后去偽存真的一種輔助方法。但由于軟件設(shè)計(jì)靈活，節(jié)省了硬件資源，所以軟件抗干擾技術(shù)越來越引起人們的重視。

竄入微機(jī)測控系統(tǒng)的干擾引起的負(fù)面影響主要有兩種：一是干擾噪聲疊加在系統(tǒng)被測模擬輸入信號(hào)上，導(dǎo)致較大的測量誤差，從而得出錯(cuò)誤的控制輸出；二是竄入微機(jī)系統(tǒng)的干擾信號(hào)作用于CPU 時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的失控。對(duì)于微機(jī)測控系統(tǒng)來說，這兩種影響都將是致命的。對(duì)于第一種干擾，由于這些噪聲的隨機(jī)性，可以通過軟件濾波剔除虛假信號(hào)， 求取真值；對(duì)于第二種干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)失控的根本原因是干擾“損壞”了程序計(jì)數(shù)器PC 的值， 使程序在地址空間內(nèi)“亂飛”，從一個(gè)區(qū)域跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)區(qū)域，給出非“預(yù)想”的輸出，或者陷入“死循環(huán)”。為了確保被干擾的程序能恢復(fù)到所要求的控制狀態(tài)，就必須對(duì)受干擾后“走飛”的程序采取一定的技術(shù)措施， 使其能自動(dòng)恢復(fù)到正常的軌道運(yùn)行。

根據(jù)對(duì)不同干擾所采取的方法和手段的不同，軟件抗干擾措施主要分為：數(shù)字濾波方法，輸入/輸出口信號(hào)重復(fù)檢測方法，軟件攔截方法及看門狗技術(shù)等。

1.數(shù)字濾波方法

數(shù)字濾波器是將一組輸入數(shù)字序列進(jìn)行一定的運(yùn)算而轉(zhuǎn)換成另一組輸出數(shù)字序列的裝置， 主要用于濾去疊加在采樣值之上的干擾成分。

輸入序列X(n)和輸出序列Y(n)之間的關(guān)系可用差分方程式表示為：

式（1）中，ak、bk為濾波系數(shù)；X(n)、Y(n)為數(shù)字濾波器的輸入，輸出信號(hào)；X(n-k)、Y(n-k)分別是往前遞推k(k>0)項(xiàng)的測量值和輸出值；n是遞推的項(xiàng)數(shù)。

根據(jù)參數(shù)ak、bk的選擇不同，可以實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、帶阻等數(shù)字濾波器。本試驗(yàn)臺(tái)的測控系統(tǒng)采用了遞推平均濾波方法。其基本算式為：

式（2）中，Y(n-k)是往前遞推第k項(xiàng)的測量值；n是遞推的平均項(xiàng)數(shù)，n值的選擇對(duì)采樣平均值的平滑度與反應(yīng)靈敏度有直接的關(guān)系。n選得過大，雖然平均效果較好，但占用機(jī)器時(shí)間長且對(duì)參數(shù)的變化反應(yīng)很不靈敏；若n選得過小，效果就不顯著，尤其對(duì)脈沖干擾更是如此。n值的選取要根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際的采樣參數(shù)和生產(chǎn)情況而定。當(dāng)采樣信號(hào)出現(xiàn)頻繁的振蕩時(shí)，用此濾波法可以使信號(hào)變得平滑。

2.輸入/輸出口信號(hào)重復(fù)檢測方法

對(duì)于輸入的數(shù)字信號(hào)，可以通過重復(fù)檢測的方法，將隨機(jī)干擾引起的虛假輸入狀態(tài)信號(hào)濾除掉。其工作原理是對(duì)接口中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多次檢測，若檢測結(jié)果完全一致，則是“真”信號(hào)；若相鄰的檢測內(nèi)容不一致， 或多次檢測結(jié)果不一致，則是“偽”信號(hào)，應(yīng)予以剔除。

3.軟件攔截方法

竄入微機(jī)系統(tǒng)的干擾作用于CPU部位時(shí)，后果更加嚴(yán)重，將使系統(tǒng)失控。最典型的故障是破壞程序計(jì)數(shù)器PC的狀態(tài)，導(dǎo)致程序從一個(gè)區(qū)域跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)區(qū)域，或者程序在地址空間內(nèi)“亂飛”，甚至陷入“死循環(huán)”。在工業(yè)應(yīng)用中，因PC受干擾而引起程序失控的后果是嚴(yán)重的，因此，必須盡可能早地發(fā)現(xiàn)并采取補(bǔ)救措施。常用的方法之一是指令冗余，即在程序關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)空操作指令或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫；常用的方法之二是軟件陷阱，即在程序之間或程序空處人為插入一些跳轉(zhuǎn)指令到指定程序入口處，從而強(qiáng)行將捕獲的“亂飛”程序引向指定程序入口處。

4.“看門狗”技術(shù)

當(dāng)“亂飛”程序被攔截，或程序擺脫“死循環(huán)”后，運(yùn)行程序納入正規(guī)，轉(zhuǎn)到指定程序入口。為了確保程序被干擾后能恢復(fù)到所要求的控制狀態(tài)，就要對(duì)干擾后程序自動(dòng)恢復(fù)入口實(shí)施正確設(shè)定。軟件“看門狗”技術(shù)的基本思路是：利用T0定時(shí)器，其作用與硬件“看門狗”定時(shí)器相當(dāng)。將定時(shí)器T0的中斷級(jí)別設(shè)定為高級(jí)中斷，系統(tǒng)中其他中斷均設(shè)定低級(jí)中斷。當(dāng)程序進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，不能在規(guī)定的軟件“看門狗”定時(shí)器定時(shí)時(shí)間內(nèi)對(duì)該定時(shí)器重新置初值，則該定時(shí)器時(shí)間溢出，進(jìn)入“看門狗”中斷處理程序，跳出死循環(huán)，進(jìn)入指定入口處。

三、結(jié)論

一個(gè)系統(tǒng)的實(shí)施必須要考慮到干擾可能帶來的影響以及采取必要的抗干擾措施。最好是將干擾抑制在發(fā)生前，如果干擾不能避免就必須從傳播途徑或用其他方法來抑制干擾。本文主要介紹了緩速器微機(jī)測控系統(tǒng)中采取的硬件和軟件的抗干擾處理方法，并簡單介紹了其采取的措施，保證緩速器微機(jī)測控系統(tǒng)能夠長期、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

（作者單位：浙江省杭州市蕭山區(qū)技工學(xué)校）

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