视频监控微机控制系统中的干扰与抗干扰(二)

在抗干扰中,要发挥微机软件的作用。要在应用软件中采取修正、补偿和滤波,要和硬件方面的抗干扰措施相互补充、结合、形成强有力的双重抗干扰措施。软件方面的措施有时非常有效,而且往往简单、并修改容易和经济。因为软件抗干扰不需增加设备,只需在程序上作相应的处理即可。

    微机控制系统中软件的抗干扰措施

    在抗干扰中,要发挥微机软件的作用。要在应用软件中采取修正、补偿和滤波,要和硬件方面的抗干扰措施相互补充、结合、形成强有力的双重抗干扰措施。软件方面的措施有时非常有效,而且往往简单、并修改容易和经济。因为软件抗干扰不需增加设备,只需在程序上作相应的处理即可。

    电视监视的控制系统与微机系统软件的一个重要差别,就是其软件的抗干扰设计。它设计的具体方法有:

    程序对硬件设备的检查 

    程序对硬件设备的检查方法类似微机中的上电自检,它用以确保以后程序运行的环境正确。一般,自检出错时要报警,以便操作人员及时了解情况和处理故障。

    软件的冗余抗干扰 

    软件的冗余抗干扰方法有两层意思:对单个设备来说,主要是利用CPU的高可靠性来存贮整个设备I/O口的信息,并定时用此信息刷新I/O口,从而确保I/O口在受干扰后,能及时恢复正常;对整个系统来说,可利用主控制器等工作条件较好的设备的高可靠性,存贮整个系统设备的工作情况,并定时通过通信线刷新系统设备,从而确保这些设备在受干扰后,能保证恢复正常的工作状态。采用此方法时,如能与下面的自动复位措施相配合,效果会更加显著。

    自动复位措施 

    程序的执行本身是封闭的,但是因CPU总线、程序存贮器受到干扰后,会影响程序的正常执行。为了保证程序在受到干扰后,能恢复到正常的工作状态,通常采用下面两种手段进行保证。

    1、合理分配程序空间 

    合理分配程序空间是,在未利用的地方加上跳转指令,保证程序可以跳回到正常的程序。但此方法的前提是,CPU要处于正常的工作状态才行,但有些时候干扰会损坏CPU工作条件,而使CPU不能进行工作,因而产生了下面的一种自动复位手段。 

    2、自动复位 

    自动复位方法的原理是,在程序循环体中安排一监视程序,也就是在程序正常执行时,在某一口线上产生一定周期和脉宽的信号,将此脉冲送给复位检测电路。一旦CPU工作异常,此时检测电路就向CPU发出复位信号,以重新启动设备工作。检测电路一般有两种工作方式:

    a、恒定电平检测法:它利用可再触发式单稳电路进行,利用上述信号不断触发单稳电路,以保证正常的输出,而一旦此触发电路失去,单稳电路便会给出复位信号。

    b、定时器检测法:它利用一振荡器脉冲计数,CPU给出的周期信号用来复位计数器,而一旦此复位信号消失,则计数器便溢出产生一信号复位CPU。 

    在大部分的设备中,复位监视程序仅提供一个周期信号是不够的,因为CPU一旦复位,将破坏所有状态,这样的设备对用户来说就不可靠了。为了保证上述过程对用户透明,一般采用下述方法进行:即CPU在复位时,不影响其内部RAM的内容。因此,利用内部RAM的这个特点,可在上电复位后,在RAM中设一上电后的标志。根据此标志,CPU便可判定是上电复位,还是受干扰后自动复位了。并且,将程序分段执行,进入一个段便在RAM中作一标记,设备各I/O口的状态也存在RAM中,这样一旦自动复位后,便可将上述信息写到I/O口,以保证设备状态的连续,同时进行原程序段执行,从而保证了程序运行的连续性。采用此方法后,保证了自动复位过程对用户的透明,提高了设备的稳定性和可靠性。

    其它软件抗干扰 

    1、数字滤波 

    这种滤波是,滤去采样过程中由于干扰而叠加于采样值之上的成分。由于各种参数的干扰成分不同,所以滤去这些干扰成分的方式也不同。通常在使用中,可根据情况选用以下几种数字滤波方法: 

    a、一阶惯性滤波法:一阶惯性滤波是一种动态滤波法,实践证明,它是一种比较有效的滤波法,尤其对于低频干扰分量和一些周期性、脉冲性的干扰,有很好的效果,可以弥补RC滤波的不足。其基本计算机公式为 

    y (n) =βx (n) + (1-β) y (n-1) (1) 

    式中,x (n)是本次采样值;y (n)、y (n-1)是本次、上次滤波输出值;β是滤波系数。 

    不同的采样参数和不同的干扰成分,滤波系数β的取值不同。β值的选择非常重要,通常β的取值范围为0~1,一般取0.75左右。

    b、递推平均值滤波法:这种滤波法是在采样信号值出现频繁的振荡时,此时用递推平均值滤波的方法可予以平滑。其基本的计算机公式为: 

    式中,y(k)是第k次N项的递推平均值;y(k-i)是往前递推第i项的测量值;N是递推平均的项数。 

    N值的选择,对采样平均值的平滑程度与反应灵敏度均有直接的关系。N选得过大,虽然平均效果较好,但占用机器时间长,并且对参数变化的反应很不灵敏;N选得过小,效果不显著,尤其对脉冲性干扰。N究竟取得多大,要视系统实际的采样参数和生产情况而定。一般情况下,流量:N=12;压力:N=4;温度:N=1。

    c.、限幅滤波法:这种滤波法是,在工业现场采样,由那些大的随机干扰或由变送器可靠性欠佳所造成的失真,都将引起输入信号的大幅度跳码,从而造成计算机系统的误动作。在这种情况下,一般可用这种限幅滤波法来抗干扰。

    2、输出限幅 

    在控制回路中,由于有干扰信号的串入,可能出现输出信号大幅度变化或产生小的振荡。为使系统在非特殊的情况下能够正常稳定地输出,以保护执行机构的安全,必须设置输出限幅环节。一旦输出达到或超过限定值时,则应使送往执行机构的信号受到箝位。

    3、计算机将没有使用的内存单元全部置成FFH 

    当发生飞程序时,若程序“飞”到置成FFH的单元,将执行RST 38 H指令。若在0038 H单元中预先写入一条转移指令,使它转入用户程序的入口,就不会造成“死机”现象了。

    4、对不使用的中断方式的处理 

    对不使用的中断方式的I/O入口,全部写成转到用户程序,也是防止出现“死机”现象的一种措施。 

    系统软件中的通信纠错编码

    还有一种抗干扰措施,就是系统软件中的通信纠错编码。这种纠错编码的目的是,保证系统的正确性。在大部分的系统中,设备的通道是单向的,为保证各命令码不丢失,采用自动回询重传是不现实的,只能将可靠性保证措施的重点,放在通信码的纠错上下功夫。

    通常采用的通信码纠错编码的方法,分为两类: 

    1、冗余码通信 

    冗余码通信是将每个码多次发送,接收端进行软件判决,取多数的办法来实现。通常用的是三中取二的方法,具体是分,按字节和按位两种方法发送和判决。采用此冗余码通信方法的缺点是,占用信道时间长,不能纠一个以上的错。而控制系统的信道往往很少,过多地占用信道时间,因而会影响系统的实时性。

    2、纠错编码通信 

    一般,在保证系统实时性的情况下,根据信道的特点,可选择适当的码型进行编码和解码,常用的有:汉明码、对偶码、循环码、BCH码、卷积码等。有关这些知识已超出了本文的内容,读者可以根据具体情况查找有关资料选择一个合适的码型。

    结语 

    由上述介绍可以知道,要设计好一个安防监控系统中的微机控制系统,必须注意来自各方面的干扰,并在软、硬件方面采取相应对策的抗干扰措施。本文介绍的常见的干扰与抗干扰的方法,可供借鉴参考。尤其当前安防监控系统中的设备趋向嵌入式的热潮时,因此本文的撰写发表可以说是适时的。

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