電磁流量計(jì)軟件抗干擾措施
電磁流量計(jì)軟件抗干擾措施
對(duì)于現(xiàn)場的各種干擾（例如類似快速脈沖群的干擾），軟件上的抗干擾措施主要是考慮程序跑飛問題。針對(duì)程序跑飛的問題，已經(jīng)有了不少的研究[11]。我們對(duì)在現(xiàn)場的故障問題中“顯示屏死機(jī)或畫屏”，“累計(jì)流量值無故損失”等問題也使用了部分抗干擾技術(shù)， 為此我們主要使用了看門狗，數(shù)字濾波，自檢程序，軟件陷阱等的方法以提高流量計(jì)的抗力。這里針對(duì)2.3.3 節(jié)中累計(jì)量異常問題的解決，重點(diǎn)對(duì)軟件陷阱的方法加以介紹。
4.2.1 干擾信號(hào)影響信號(hào)處理模塊工作電源的方法
如 2.3.3 節(jié)中的描述，流量計(jì)的信號(hào)處理模塊中使用了電源監(jiān)視芯片用于監(jiān)視電源的異常波動(dòng)，同時(shí)也是使用了非易失性NVRAM 在掉電時(shí)存儲(chǔ)流量計(jì)數(shù)據(jù)。 電路結(jié)構(gòu)如圖4-5： 圖4-5：電源監(jiān)視和掉電時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 Fig.4-5: The circuit of power watches and data store in power-off 其中NVRAM 的結(jié)構(gòu)[12]如圖4-6： 圖4-6：NVRAM 的結(jié)構(gòu) Fig.4-6: NVRAM structure NVRAM 的結(jié)構(gòu)中存在一個(gè)EEPROM，在STORE 信號(hào)下將RAM 中的數(shù)據(jù)存入EEPROM 中，在Recall 信號(hào)下將EEPROM 中的數(shù)據(jù)存入RAM 中。以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在斷電/上電時(shí)的使用 電源檢測(cè)芯片N209(Max709)上的小于1V 時(shí)，將給CPU 發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，CPU 在結(jié)束工作前將觸發(fā)NVRAM 的STORE 信號(hào)完成數(shù)據(jù)保存。 我們的電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)中，將信號(hào)處理模塊中模擬電路的電源的“地”做作為了信號(hào)的“地”(參見2.1.1)，它通過信號(hào)電纜，從信號(hào)轉(zhuǎn)換器中直接接到傳感器中的地電位電極中，作為流量信號(hào)的參考地電位。在以前的設(shè)計(jì)中，數(shù)字電路電源與模擬電路的電源不分開。這樣由于共電源，當(dāng)信號(hào)的“地”也就是電源“地”受外部干擾下，如果5VD 的電源上受到干擾（如地電位被瞬間臺(tái)高等）使N209(Max709)發(fā)出復(fù)位信號(hào)，CPU 來不及完成觸發(fā)NVRAM 的STORE 信號(hào)就直接非正常的重新啟動(dòng)。這時(shí)候由于數(shù)據(jù)沒有保存，開機(jī)時(shí)讀取的NVRAM 中EEPROM 數(shù)據(jù)上再上一次保存的數(shù)據(jù)。這樣累計(jì)量異常損失，參數(shù)數(shù)據(jù)丟失等問題就會(huì)發(fā)生。
對(duì)于這個(gè)問題我們的解決方法：
1. 硬件上：將數(shù)字電路電源于模擬電路的電源分開。（參見4.2.2）
2. 軟件上：在主程序中，每隔一定的時(shí)間（15S）強(qiáng)制CPU 完成一次觸發(fā)NVRAM 的STORE 信號(hào)的工作。使數(shù)據(jù)能在時(shí)間得到保存。 由于數(shù)字電路電源于模擬電路的電源分開，現(xiàn)場的干擾通過信號(hào)地竄入電路的情況將大大的被避免。同時(shí)如果cpu 確實(shí)受到得干擾沒有及時(shí)存儲(chǔ)NVRAM 中EEPROM 數(shù)據(jù)， 也最多損失15s 的流量數(shù)據(jù)。這在常規(guī)口徑，正常流速（3-5m/s）下，用戶是可以接受的。
4.2.2 干擾信號(hào)影響信號(hào)處理模塊中的 CPU 的方法-軟件陷阱
如 2.3.3 節(jié)中的描述：正常情況下內(nèi)部的存儲(chǔ)器和累加器中的數(shù)據(jù)不允許被破壞的。但是在現(xiàn)場的干擾下，程序執(zhí)行異常（如跑飛）時(shí)，看門狗會(huì)重啟動(dòng)系統(tǒng)。但在看門狗動(dòng)作之前，程序是失控的，這個(gè)時(shí)候如果累加器中的數(shù)據(jù)沒有被存儲(chǔ)起來，就有可能引起累加器的數(shù)據(jù)丟失。
1. 為了抑制程序跑飛的情況對(duì)開封電磁流量計(jì)流量積算產(chǎn)生的影響我們采用了以下措施：
1) 在程序（特別是主程序）中加入判斷 SP 指針、PC 指針是否出錯(cuò)，堆棧是否出錯(cuò)。 如果存在出錯(cuò)的情況，直接將PC 指針置為0000H ，SP 指針為0031H，并重新啟動(dòng)流量計(jì)。
2) 在未用的 EPROM 程序空間中填充020000 數(shù)據(jù)。 由于020000 數(shù)據(jù)是指令“LJMP 0000H”的機(jī)器碼，所以當(dāng)程序飛入這些未用的程序空間時(shí)，程序能從零地址重新執(zhí)行
2. 為了防止失控的程序?qū)奂悠鬟M(jìn)行誤操作，我們?cè)趯?duì)RAM 進(jìn)行讀寫時(shí)，增加了以
下條件陷阱：
1) 讀寫操作前，對(duì) RAM 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。
判斷RAM 中的數(shù)據(jù)是否正確，判斷RAM 芯片本身是否正常。如果檢查發(fā)現(xiàn)有異常情況，則立即報(bào)錯(cuò)，并進(jìn)入陷阱形成死循環(huán)，通過看門狗來恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。
2) 讀寫操作前，對(duì)于累加器中的數(shù)據(jù)也進(jìn)行一次檢查。
流量計(jì)累加器中的數(shù)據(jù)不會(huì)無限增加下去，通常來說的情況下經(jīng)過60s 的數(shù)據(jù)累加，必定會(huì)有一次需要存儲(chǔ)的時(shí)機(jī)。這樣根據(jù)流量計(jì)實(shí)際的口徑/流速/量程等運(yùn)行參數(shù)，累加器中的數(shù)據(jù)就存在一個(gè)上限，超過這個(gè)上限就可以認(rèn)為是由于干擾引起的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。同樣如果累加器中的數(shù)據(jù)是負(fù)值，也認(rèn)為是由于干擾引起的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。 如果檢查發(fā)現(xiàn)流量計(jì)累加器中的數(shù)據(jù)存在異常變化，則忽略本次的數(shù)據(jù)，并使程序進(jìn)入陷阱形成死循環(huán)，通過看門狗來恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。
3. 為了防止失控的程序?qū)?EEPROM 進(jìn)行誤操作，我們?cè)趯?duì)EEPROM 進(jìn)行讀寫時(shí)，增加了以下條件陷阱：
1) 讀寫操作前，對(duì) EEPROM 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。 EEPROM 存放的數(shù)據(jù)都是流量計(jì)的參數(shù)數(shù)據(jù)，特定地址存放特定參數(shù)。由于參數(shù)存在一定的范圍，可以通過檢查部分特定數(shù)據(jù)是否符合范圍來測(cè)定EEPROM 中的數(shù)據(jù)和EEPROM 本身是否異常。 如果檢查發(fā)現(xiàn)有異常情況，則立即報(bào)錯(cuò)，并進(jìn)入陷阱形成死循環(huán)，通過看門狗來恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。
2) 讀寫操作前，對(duì)于待寫入的數(shù)據(jù)也進(jìn)行一次檢查。
如果待存入的數(shù)據(jù)為負(fù)，也認(rèn)為是它是由于干擾引起的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。 如果檢查發(fā)現(xiàn)流量計(jì)累加器中的數(shù)據(jù)存在異常變化，則忽略本次的數(shù)據(jù)，并使存續(xù)進(jìn)入陷阱形成死循環(huán)，通過看門狗來恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。
4. 除零操作的軟件陷阱。
在CPU處理除法操作指令時(shí)，特別加上判斷其除數(shù)是否為0。如果發(fā)現(xiàn)除數(shù)為0， 則認(rèn)為，這是外部的干擾引起的內(nèi)部數(shù)據(jù)出錯(cuò)。同時(shí)忽略本次的操作，并使程序進(jìn)入陷阱形成死循環(huán)，通過看門狗來恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。 通過上述這些軟件陷阱的方法，可以有效地將干擾引起的跑飛程拉回到正確的程序運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于數(shù)據(jù)異常等情況可起到有效的抑制，避免出現(xiàn)流量計(jì)瞬時(shí)流量/累計(jì)流量的異常變化。
4.3 智能型電磁流量計(jì)中特別使用抗干擾措施
工頻跟蹤技術(shù)是我們?yōu)殡姶帕髁坑?jì)專門設(shè)計(jì)的一種用于消除工頻干擾的技術(shù)，分為硬件電路和軟件算法兩部分。 硬件電路上的構(gòu)成如下圖4-7： 圖4-7：工頻跟蹤電路原理 Fig.4-7: The circuit principle of 50Hz track
我們?cè)陔娫茨K中工頻通過光藕（圖中元件U01）將50hz 的工頻信號(hào)隔離、提取為工頻的相位信號(hào)輸入CPU（D206）。CPU 在參考工頻的相位信號(hào)后，向電源模塊中的勵(lì)磁回路發(fā)出同一相位的勵(lì)磁信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)勵(lì)磁回路向傳感器發(fā)出勵(lì)磁電流。信號(hào)之間的相互關(guān)系如圖4-8： 圖4-8：工頻與勵(lì)磁信號(hào) Fig.4-8: the wave of power and excitation 軟件程序中我們?cè)O(shè)置有兩個(gè)中斷：跟蹤工頻中斷和發(fā)勵(lì)磁控制信號(hào)中斷，用于跟蹤和指導(dǎo)勵(lì)磁信號(hào)。 在此過程我們使用二個(gè)PCA 計(jì)數(shù)器，他們都享有高優(yōu)先級(jí)的中斷。他們分別負(fù)責(zé)檢測(cè)工頻信號(hào)和指導(dǎo)CPU 發(fā)出勵(lì)磁控制信號(hào)。每隔一定的時(shí)間對(duì)工頻進(jìn)行校驗(yàn)并且調(diào)整勵(lì)磁信號(hào)的相位。軟件中這樣做的好處即可以以使AD 采樣與工頻同步，以消除正交干擾二，也可以消除工頻本身的變化對(duì)影響。 試驗(yàn)表明（由一個(gè)脈沖發(fā)生器接至檢測(cè)工頻信號(hào)的PCA 端口，脈沖頻率時(shí)時(shí)變化）， 即使工頻信號(hào)突然發(fā)生干擾（以頻率突變模擬），轉(zhuǎn)換器也絲毫不受干擾。--擴(kuò)展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、v錐流量計(jì)、v型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)、錐型流量計(jì)、v錐型流量計(jì)、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產(chǎn)品，更多有關(guān)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)的信息請(qǐng)?jiān)L問開封中儀網(wǎng)站：
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