計算機測控系統的軟件抗干擾技術初探

摘要：在很多復雜的控制情況下，不可能完全依靠硬件抗干擾來解決微機控制系統的抗干擾問題，在硬件抗干擾無法有效解決的情況下，軟件抗干擾往往就能夠起到極為重要的作用。所以計算機測控系統的軟件抗干擾技術越來越受到專業技術人員的重視。本文首先分析了計算機測控系統干擾的分類，其次，就計算機測控系統的軟件抗干擾技術措施進行了深入的探討，具有一定的參考價值。

關鍵詞：計算機；測控系統；軟件抗干擾

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 10-0092-01

一、前言

計算機測控系統已廣泛地應用于現代社會生產和生活的各個領域，如機器人自動裝配線、自動分揀系統、家用空調洗衣機等，各種智能系統的傳感器或敏感元件為測控系統提供了直接的處理判斷和執行依據，如何使傳感器在測量的過程中，輸出線性化和精度能夠達到最高，是值得我們深入探究的問題。

計算機測控系統的正常工作很容易受到各種工業電磁輻射、現場惡劣環境條件等因素的影響和干擾（如電機的啟動與停止、電磁閥的閉合、溫度壓力的變化等）。計算機測控系統中不可忽視的兩個重要內容就是可靠性設計和抗干擾技術。因此，極有必要弄清楚現場的干擾作用方式和干擾源，設計出行之有效的預防干擾措施和消除干擾的電路，只有這樣，才可以使計算機測控系統達到最優化的運行狀態。

計算機測控系統常用的抗干擾技術主要有兩種，分別是軟件抗干擾和硬件抗干擾。但是在很多復雜的控制情況下，不可能完全依靠硬件抗干擾來解決微機控制系統的抗干擾問題，在硬件抗干擾無法有效解決的情況下，軟件抗干擾往往就能夠起到極為重要的作用，所以計算機測控系統的軟件抗干擾技術越來越受到專業技術人員的重視。

二、計算機測控系統干擾的分類

對計算機測控系統造成影響的干擾按其波形來進行分類，可分為脈沖序列、偶發性脈沖電壓、持續性正弦波等；按其傳導模式來進行分類，可分為串模干擾和共模干擾；按其產生原因來進行分類，可分為浪涌干擾、高頻振蕩干擾、放電干擾。干擾的耦合方式有六種，分別是漏電耦合、輻射耦合、直接耦合、電磁感應耦合、電容耦合、公共阻抗耦合。

三、計算機測控系統的軟件抗干擾技術措施

計算機測控系統軟件設計最核心的目的就在于一定要有效保證應用程序能夠按照事先給定的順序來有條不紊地進行運行，主要是通過特殊處理RAM空間區、表格區、程序區來完成的。當計算機測控系統的存儲空間允許的前提下，可以通過對計算機測控系統采用多種行之有效的軟件抗干擾措施來大幅度提高數據的安全性和運行的可靠性。

（一）軟件陷阱技術

軟件陷阱技術是將捕獲的程序通過引導指令強行引向到復位地址0000H或者錯誤處理程序，再通過專門的出錯處理程序來對這條捕獲的程序進行有效地處理。但值得注意的是不能隨便安置軟件陷阱的位置，應該設置在專門的位置。

（1）設置到程序區的斷裂處，將跳轉指令和冗余指令設置到正常程序所無法執行到的地方，目的在于能夠將彈飛的程序進行及時的捕捉，同時再將其引導到出錯處理程序。

（2）設置到系統中還未使用的ROM區。我們只需要將軟件陷阱寫在系統中還未使用的ROM空間內部，那么該區域必定能夠及時捕捉到“跑飛”的程序。

（3）設置到程序中還沒有使用的中斷向量區。將一條跳轉指令放置在程序中還沒有使用的中斷向量區，能夠讓因干擾而激活的中斷服務進入出錯處理程序。

（4）設置到表格的頭、尾處。眾所周知，表格數據實質是就是一群排列沒有次序的指令代碼段，我們將一些軟件陷阱放置在表格的頭、尾處，能夠大幅度降低程序“跑飛”到表格內的幾率。

（二）數字濾波

數字濾波法實質上是為了有效地保證系統的可靠性，通過一定的計算程序來平滑處理采樣信號，減少或消除各種噪聲和干擾的影響，提高其有用信號。在實際應用中，數字濾波的技術方法很多，應該結合實際情況來進行選用。

（1）算術平均值法。這種方法適應于濾波那些具有隨機性干擾的信號。實質上就是通過連續采樣N個值，然后再對采集到的這N個值來求其平均值，如果N值較大的情況下，靈敏度高，平滑度低。例如，在實時恒溫環境檢測與控制系統中，對各個監測點采用連續5～10次的采樣平均值作為確認值。

（2）防脈沖干擾平均值濾波法。算術平均值法較為適合應用于那些脈沖干擾不太嚴重的場合，如果脈沖干擾嚴重，那么采用一般的算術平均值，勢必不能有效地消除由于脈沖干擾引起的誤差，干擾的信號將會平均到結果中去，所以在這種情況下，采用防脈沖干擾平均值濾波法就較為適宜，在N個采樣數據中，取樣最小值和最大值，然后再對余下的N-2個數據，計算其算術平均值。為了將測量速度加快，一般取N值為4。

（三）“WATCHDOG”技術

當失控的程序不能通過軟件攔截技術來有效擺脫“死循環”的困境，那么一般大多采用“看門狗”（程序監視）技術來使程序脫離“死循環”?！癢ATCHDOG”技術就是一種較好的“看門狗”（程序監視）技術，軟、硬件相互結合來達到抗程序跑飛的目的。其主體是單穩或計數器，基本獨立運行，能夠產生定時T，由CPU控制定時清零，CPU的復位線與“WATCHDOG”的定時輸出端相互連接。在正常的運行條件下，CPU周期性清零會隨著程序啟動WDT而進行，在這種情況下，就很難發生WDT定時溢出的情況。一旦受到CPU受到嚴重的干擾，發生異常情況的時候，CPU程序執行混亂，時序邏輯會受到嚴重的破壞，那么此時，就不可能將WDT進行周期性地清零，這樣一來，只有當WDT定時溢出，其輸出才能夠使得整個計算機測控系統復位，CPU擺脫陷入癱瘓的狀態。

此種技術在遠程監控系統中廣泛采用，當系統運行出現意外時，可由計時器發出非屏蔽中斷信號，使程序運行重啟中斷服務程序，恢復系統正常運行。

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[基金項目]本文系重慶市高等教育教學改革研究重點項目（立項編號為112101）的研究成果。