视频监控微机控制系统中的干扰与抗（二）

   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。