测控系统的软件抗干扰技术

测控系统的软件抗干扰技术

黄鸿霖

珠海市长陆工业自动控制系统股份有限公司  广东省珠海市  519090

摘要：现阶段，测控系统已运用在诸多领域，要想实现其价值最大化，关键是要保证测量期间，传感器始终具有良好的输出精度及线性度水平。文章以此为背景，先分析了外界干扰给测控系统所带来影响，随后，针对常见干扰类型及特点提出了相应的软件抗干扰技术，包括减小数据误差、设置软件陷阱等，供相关工程人员参考。

关键词：测控系统；软件抗干扰；数据误差；软件陷阱；

前言：众所周知，测控系统极易由于外界干扰而失效，通过软件或硬件抵抗外界干扰的重要性不言而喻。尤其当外界情况较为复杂，硬件抗干扰难以取得理想效果时，软件抗干扰则能够有效规避硬件抗干扰的不足，为系统正常运行提供多一层的支持与保障。由此可见，围绕软件抗干扰展开讨论很有必要，对优化系统运行状态、提高系统数据有效性具有重大意义。

1干扰对测控系统的影响

在实际工程项目应用中发现，导致测控系统受到干扰的原因较多，一旦干扰信号经由耦合通道到达测控系统，便会给系统安全性、稳定性及可靠性产生影响，进而引起以下问题：一是干扰信号到达耦合通道后，将波及数据采集环节，致使采集误差不断加大，这是因为受信号干扰的通道，往往会出现既有信号与干扰信号叠加的情况，若传感器所传递信号强度相对较弱，便会造成数据误差加大。二是测控系统会由于外界干扰而出现控制失灵的问题，原因在于运行期间控制器通常需要经由测控系统发布指令，从而控制其他系统的运行，信号通道受到干扰后，将无法及时发布或传递指令，甚至出现发布虚假指令的情况，造成系统崩溃。三是系统异常运行，众所周知，只有控制器处于正常运行状态，系统才能够正常工作，如若控制器被外界信号所干扰，导致运行程序紊乱，便会造成系统运行异常，另外，外界干扰还会造成计数器数据失真，甚至使系统陷入“死循环”[1]。四是系统数据将出现明显变化，失真问题发生概率随之提高，致使数据失真的根本原因是测控系统对储存器具有极强的依赖性，储存器可以通过读取、储存相关数据的方式，对测控系统加以控制，一旦干扰信号经由耦合通道到达系统内部，储存器便会受到干扰信号的影响，致使数据被改写，数据偏差超出允许范围后，便会引起程序失灵或是系统失控的问题。

2测控系统抗干扰技术研究

干扰测控系统的因素较多，根据波形可以划分为持续正弦波、脉冲序列和偶发脉冲电压，根据传导模式可以划分为共模干扰、串模干扰，根据形成原因可以划分为放电干扰、浪涌干扰以及振荡干扰。要想有效抵抗上述干扰给系统所带来影响，关键需要做到以下几点：

2.1减小数据误差

通过分析可知，在既有抗干扰技术中，数字滤波所取得效果能够最大程度接近预期。其运行原理可被概括如下：通过计算程序处理采集数据，在消除、减小干扰影响的前提下，使数据更加平滑。若测控系统运行期间，测控系统与传感器距离较远，则会加剧外部信息对数据采集工作的干扰，使系统运行受到影响，只有先处理采集数据，再对数据加以使用，才能有效解决该问题，达到抗干扰的目的。下列方法均具有减小数据误差的作用，可酌情选用：

2.1.1算数平均值

该方法多用于对随机干扰信号进行处理，通常需要先采集n个连续数据，再计算所采集数据的平均值。计算灵敏度与采集数据量的关系为正相关，平滑度与数据量的关系为负相关。以恒温环境测控系统为例，在确定监测点数量后，可对各监测点采样5次至10次，将其平均值作为最终结果。本方法在实际项目中最为常用。

2.1.2比较取舍法

作为滤波法的分支，比较取舍法能够自行判断程序并确定异常数据。使用该方法时，应结合数据变化情况确定采样次数，根据每次所采集数据得出最终结果。

2.1.3数字滤波法

上述两种方法通常更适用于脉冲干扰较弱的场景，若脉冲干扰程度极为严重，将无法起到缩小误差的作用，此时，便可以选用数字滤波法。该方法的特点是由软件负责采集数据，确定最大及最小值，计算剩余数据的算数平均值[2]。

上述公式中，代表采样次数为n时，滤波器所输出数据。Q代表滤波系数。代表滤波器的输入值。T代表采样周期。代表滤波器对应时间常数。事实证明，软件滤波可快速确定数据误差，但其对控制器性能所提出要求相对较高，因此，在实际工作中，有关人员应综合考虑数据变化情况、控制方式特点，对上述方法进行合理运用。

2.2搭载监视器

若仅凭借拦截技术无法使失控程序脱离死循环，则可改用监视器，通过软硬件结合的方式消除外界干扰，从而解决程序跑飞的问题。以看门狗技术为例，其主体为能够独立运行的计数器，可以在控制器的控制下清零，将其输出端与控制器复位线相连后，只需启动WDT，控制器便能够按照预设周期将数据清零，避免出现定时溢出或是类似问题。若控制器由于外界干扰而无法执行预设指令，便会使时序逻辑受到破坏，进而影响周期清零效果，只有将WDT改为定时溢出，才能够使测控系统尽快复位，从而避免控制器运行异常或是崩溃。现阶段，该技术主要用于远程监控系统，在系统因故停止运行时，经由看门狗向程序发布相应指令，确保程序能够自行重启并恢复运行。

2.3定时中断法

近几年，运用定时中断法检测控制器值是否满足程序要求已成为大势所趋。该方法强调通过定时中断的方式，对程序运行情况进行实时监测，简单来说，就是以外部中断次数较多的服务程序为载体，根据中断状态下，该程序压入堆栈所对应断点地址得出相应结论，若断点地址未超出程序区，代表控制器值无异常，反之，则说明程序跑飞。

2.4设置软件陷阱

软件陷阱是指所捕获程序在预设指令的引导下前往复位地址，再由错误处理程序对其加以处理的技术。要想使该项技术发挥出应有作用，关键是要保证软件陷阱位置正确，一般情况下，软件陷阱可以安装在以下四个区域：首先是程序断裂区域，在正常程序覆盖范围以外的区域设置冗余、跳转指令，能够做到及时、准确捕捉跑飞程序，待程序到达复位地址处，再由处理程序进行更进一步的处理。其次是中断向量区域，在该区域设置跳转指令，可以确保被干扰所激活的服务快速到达复位地址。再次是ROM区域，实践经验表明，只需在ROM内部安装软件陷阱，就能够保证该区域具有捕捉程序的功能。最后是表头、表尾处，考虑到表格数据具有与指令代码段相同的特点，在表头、表位设置软件陷阱，可以将程序跑飞的概率降至最低[3]。

2.5增强系统控制

日常工作中，应优先借助硬件抵抗外界因素给测控系统造成干扰。考虑到测控系统所处运行环境相对复杂，硬件抗干扰效果无法稳定达到预期，则只有辅以必要的软件技术，才能使系统具备良好的可靠性，具体做法如下：其一，以既有软件为载体，在其内部增设寄存输出状态单元，在干扰入侵的第一时间，将相关信息同步至系统，由系统修正输出状态，达到抗干扰的目的。其二，在条件允许的前提下，将控制条件变更为循环采样，通过实时刷新的方式，准确掌握输出状态，并对误差进行修正。

结束语：综上，测控系统的核心功能是确保控制器程序可以按照指令有序运行，在此过程中，程序区、储存空间以及表格均发挥着重要作用。在条件允许的情况下，可通过搭载监视器、设置软件陷阱等方式增强系统对外界干扰所具有的抵抗能力，确保测控系统稳定且安全地运行。

参考文献：

[1]王欢.气体流量标准装置计算机测控系统的研究与设计[J].自动化应用,2022(03):162-165.

[2]魏邦霞.单片机软件抗干扰的编程技术分析[J].集成电路应用,2021,38(07):32-33.

[3]王维佳.微型计算机测控系统抗干扰技术综合策略[J].电子技术与软件工程,2019(01):74.