微機測控技術論文
伴隨著社會經濟的蓬勃發展,現代測控技術迎來了其發展道路上的重要里程碑。下面是由小編整理的，謝謝你的閱讀。
篇一
微機測控軟體抗干擾技術研究
摘要：在現今自動化技術飛速發展的今天，電力系統中也開始大規模的使用微型計算機，例如在微機保護裝置以及在變電站監控系統中採用大量的測控裝置等。對於測控裝置來說，它主要的功能首先是包括同期的裝置，其次是對站內的變壓器開關、功率及位置訊號以及開關量等資訊進行採集的工作。整個監控系統能否正常的執行一部分取決於測控裝置執行的穩定性，但是電力系統的現場一般都存在非常多的干擾，所以如何將測控裝置的抗干擾能力提升就成為了保證這些裝置穩定執行的最基本條件。裝置的抗干擾能力在提升時，通過提升其硬體抗干擾電路或者提升其軟體抗干擾這兩種措施進行來進行。這其中，軟體抗干擾能夠在系統已經受到干擾的情況下來補救，這樣就顯現出軟體抗干擾所具有的靈活性以及節省硬體資源的特點，因此，軟體抗干擾也受到了越來越多的重視。
關鍵詞：微機測控軟體 抗干擾 技術
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416***2014***05-0075-02
1 干擾源以及裝置受到干擾影響後產生的故障現象
現今，測控系統工作主要受兩種干擾源干擾，一種是測控裝置在取樣的過程中迴路線較長而產生的干擾，在現場，各種各樣的干擾可以沿著測控裝置的線路串入，這時測控裝置的微控制器系統的輸出迴路或者輸入迴路就會受到一定的干擾，測控裝置的輸入迴路或者是輸出迴路就會被幹擾混亂，訊號也會因為干擾而變得混亂。另外一種是受到空間的電磁輻射干擾而產生的混亂。測控裝置受到相應的干擾時，主要會發生以下兩種內部故障現象：***1***正常程式會因為程式計數器的被破壞而產生正常執行程式“跑飛”的現象。程式“跑飛”現象會產生很多的影響，資料儲存區的資料可能會被破壞，或者程式死迴圈的情況出現，這樣的故障一般都會發生在測控的現場。***2***每一個微控制器內的特殊功能都有相應的暫存器，所以外來的干擾可能會損壞每個暫存器的初始化狀態，最後造成整個系統出項功能紊亂的狀態，各個系統的採集以及輸入的真實訊號量也可能會被影響而不能夠正常反應出來。
2 微控制器系統中常用軟體的抗干擾設計
2.1 數字濾波
在現實的工作與實踐中，不管採用多少的抗干擾措施也不能夠避免外界的干擾訊號，或多或少的影響到微機控制系統的正常執行。所以，我們要想將模擬輸入訊號中產生的噪音問題消除，就很有必要將數字濾波技術應用在必要的軟體中。數字濾波，其主要的執行原理為經過一定的計算程式將採用的訊號進行平滑加工，這樣進一步的減少或者消除噪音以及干擾，充分的保證其中的有用訊號的質量。數字濾波有許多的計算方法，算術平均法、RC低通數字器的演算法以及滑動平均濾波等方式都是能夠實現數字濾波的方法。現在我們以RC低通數字器的演算法作為例子來進行數字濾波演算法的介紹。RC低通數字濾波器主要是應用在慢速隨機抽樣系統上的技術，他不僅能夠將週期性干擾進行很好的免除，還能夠將頻率非常高的隨機干擾訊號進行消除。以下是RC低通濾波數字器的一階滯後數學模型：
根據以上的數學模型，我們就可以很快的將整個技術的流程圖寫出來，我們也可以根據整個流程圖更加方便快捷的找出能夠與之相對應的程式，這樣的方式能夠為整個工序提供更加有效方便的流程***如圖1***。
2.2 設立軟體陷阱
在微機測控裝置的正常執行中，外界的干擾很可能是整個程式的CPU發生混亂的情況，而混亂髮生後也會導致整個軟體的程式發生失控的情況，但是如果失控之後的程式落入到非程式區時，我們就可以設立“軟體陷阱”，利用這樣的方法令程式恢復成正常的狀態。所謂的軟體陷阱，實際上是一條引導指令，他能夠將捕獲的程式強行的引向另一個指定的地址，這個地址主要是設立專門的程式來進行錯誤的出錯位置處理。軟體陷阱能夠合理適當的安排會對預定的處理效果起到直接的影響，所以我們要妥善的安排軟體陷阱的設計場所，如果安排不當很可能起到與保護效果相反的作用，其後果將難以預料。陷阱軟體一般會安排在以下幾個區域進行使用。
***1***為經過使用的EPROM空間。現今使用的程式儲存器大多數會有非常大的EPROM容量，一般用完的情況很少發生，這樣的狀態不僅能夠為今後的額程式擴充以及修改提供了相應的空間，同時也是進行軟體陷阱安排的最合適場所。這些非程式能夠利用陷阱指令充當填充，“跑飛”的程式一旦進入到這個區域，那麼軟體陷阱就會自動的將其拉回到正軌。
***2***未經使用的中斷區。未經使用的中斷區會因為干擾而呈現開放的狀態，所以如果我們在相應的中斷程式服務中設定一些軟體陷阱，不僅能夠防止干擾所導致的中斷區啟用的程式混亂狀況，還能夠將“跑飛”的程式及時的捕捉回來，這樣通過適當的處理之後，程式就會回到原來的執行狀態中繼續運作。
***3***執行程式區。設計程式時往往會採用模組化的設計進行，也會採用程式的要求順序進行執行。根據這樣的特點，陷阱軟體就可以分別放置在各個使用者程式以及模組之間。如果在正常的程式執行中這些陷阱指令會處於不執行的狀態，這樣使用者在使用中程式才能夠正常的執行，但是一旦發生程式“跑飛”的情況，且“跑飛”的程式落入陷阱之中，那麼陷阱指令就開始運作，從而將程式拉回到正常的執行軌道。這個方法不僅有效，還能夠根據使用者程式的大小自己制定陷阱的多少，但是在一般情況下，每1K位元組只要設定幾個陷阱就足夠處理“跑飛”程式。
***4***非EPROM晶片空間。對於微控制器的系統來說，它的地址空間除開EPROM晶片佔用的空間之外，還有大量的空間留下來，這些未被使用的空間大多數都會維持原來的狀態。例如MCS―51系列的微控制器，OFFH一般對應一條單位元組指令MOVR7，A，程式一旦發生“跑飛”的狀況，到這一區域就不再進行跳躍，陷阱軟體就能夠將其拉回正規。所以要想捕捉到“跑飛”的程式，就要在每一段設定中設計一個陷阱。
一般我們會將軟體陷阱設在一些正常執行程式時執行不到的位置，所以這些程式不會為影響程式的正常執行，更不會影響程式執行時的效率，但是“跑飛”的程式一旦被送到這些陷阱中，那麼陷阱就會立刻發揮它的作用，將“跑飛”的程式拉回正軌，這樣的設計對程式的改正有非常快速的效果。所以我們可以在EPROM的容量能夠允許的情況下，多多的設計一些這樣的軟體，這樣才能夠達到保護軟體抗干擾的作用以及保護效果。 2.3 軟體“看門狗”
如果在程式失控時，他沒有落入到設計好的陷阱中，最後卻落入到一個臨時的死迴圈當中，這樣的情況下，軟體陷阱在改正程式上就沒有任何的效果，所以我們在這時通常會用一種程式監督的技術，這種技術我們將他稱作“看門狗”技術，這種技術能夠幫助程式脫離死迴圈的狀態。所謂的程式監督技術，其實就是指一種能夠不依賴於CPU系統而能夠獨立的進行工作的技術，對於CPU來說，他只是一個能夠在固定時間間隔內將系統目前正常的資訊傳遞給系統的一種技術，但是如果CPU落入到了死迴圈的狀態中，那麼系統就能夠在第一時間發現錯誤並將整個系統拉回到原來的位置，使其復位。
微機測控裝置的應用程式一般為迴圈執行，迴圈的時間也是基本固定的時間，而“看門狗”技術就是要對迴圈執行的時間進行監控，一旦發現執行的時間增加或者是減少就要在第一時間確定系統進入到死迴圈的狀體，最後用強制性的方法逼迫系統復位。“看門狗”技術既可以在硬體中實現，還可以在軟體中進一步實現，將這個軟體設計在微機測控裝置的系統中，不僅可以避免安裝軟體時所要額外安裝的硬體，還能夠令“跑飛”的程式從斷點處開始執行，這樣的處理能夠為按順序控制的系統帶來許多的方便，也是十分必要的，他也可以將已經除錯好的系統之中不可靠的工作進行補救處理。
2.4 對開關量輸入軟體以及輸出軟體的抗干擾設計
開關量輸入訊號中的干擾主要是來自有效電瓶訊號，其上面的一系列離散尖脈衝進行疊加，其作用的時間一般都很短。當測控系統的控制部分有輸入的干擾，但是硬體又不能夠進行有效的控制，所以我們要採用軟體的重複檢測方法進行訊號真偽的檢測。對於軟體重複檢測來說，就是在一定的時間間隔中，將介面中的輸入資料進行多次反覆的檢測，如果相鄰的檢測內容不能夠得出一致的結論，就視為偽輸入訊號，若結果與之相反，則視為真輸入訊號。
一般重複輸出的方法都會運用在開關量輸出軟體抗干擾設計中。重複輸出，主要是指在儘可能短的時間內將開關量資料進行重複輸出，但是如果輸出埠受到一些干擾導致輸出錯誤訊號時，外部執行裝置就不能夠做出有效的反應，正確的資料繼續的輸出，這樣錯誤動作就能夠避免發生，這些方法對於所存器輸出的控制訊號都能夠產生非常有效的效果。
3 測控裝置的軟體抗干擾措施
對於500KV的變電站監控系統設計來說，測控裝置會全部安裝在繼電保護室內，連線時會利用網路與控制檯，為了保證監控系統的測量精度，我們有必要對測控裝置的設計進行採集的模擬量進行數字濾波，還要對開關量的軟體進行重複的檢測，這樣才能夠減少外界對取樣值的影響以及干擾，這樣得出的取樣精度才能夠滿足現場的要求。要想裝置能夠在電力系統現場的複雜環境中正常的執行，避免裝置在執行時發生突然宕機以及失控的情況。設計裝置時，我們不僅要加強硬體的抗干擾，還要提升軟體的抗干擾設計，這樣才能夠有效地抑制干擾，避免嚴重後果產生。
4 結語
現今，微機測控裝置正在大量的運用在監控系統中，其中抗干擾技術是整個裝置設計中最重要的一環，只有在電力系統中確認好抗干擾設計才能夠將整個系統設計做好，才能夠保證整個裝置正常的執行。尤其是在強大的電磁干擾環境下，我們要對執行裝置提出更高的可靠性要求，所以我們裝置的抗干擾設計就成為非常困難以及非常急待解決的問題。實踐證明，只有在相關部件以及效能特點得到充分的瞭解之後才能夠合理的從軟體以及硬體兩方面進行有針對性的措施，這樣整個裝置才能夠在穩定以及安全的情況下執行。
參考文獻
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