1 引言
电动机作为所有动力设备的主力军，一直在国民生产中占据重要地位。特别是随着我国电力工业的迅速发展，电动机更加广泛的应用于石油、化工、冶金、纺织等重要行业。但是电动机一旦烧损，不仅直接损失高，而且由此会影响整个生产过程，其间接损失也更加难以估计。因此，对于电动机的故障诊断与保护，意义重大。对于电动机保护通常采用变频器或电动机保护器，但是变频器价格昂贵，对于一些不需要调速的场合，若为了保护电动机而采用变频器就难免小题大做，而选用适合的电动机保护器则水到渠成。研制可靠的电动机保护器，较为关键的就是提高其适应恶劣环境的能力[1]。对此，本文针对单片机控制的电动机保护器的提出了一些具体软件抗干扰措施。
2 干扰源及其对系统的影响
工业环境中的干扰一般是以脉冲形式进入测控系统中，其窜入电动机保护器系统的渠道主要有三条，即空间干扰、信号通道干扰、供电系统干扰。其中，信号通道干扰和供电系统干扰强度较大，为抗干扰防范的重点[2]。
电动机保护器出错主要表现为以下几个方面：死机、硬件控制失常、显示混乱以及采集或测量数据不准。
为解决上述干扰问题，需要进行硬件和软件抗干扰设计。硬件设计得当，可杜绝大部分干扰。但是，软件措施依然必不可少，而且由于其实现不需要增加硬件设备，使用灵活，修改方便，特别是能够较好地解决生产过程中未曾考虑的干扰因素，所以在工程应用实践中，更显重要。
3 软件抗干扰措施
3.1 复位与程序运行监视
要使电动机保护器系统的CPU正常开始工作，必须采用可靠的复位电路，而对失去控制的CPU，最简单的方法就是复位，使程序重新从0000H开始运行。系统复位方式有三种：上电复位、人工复位和自动复位。自动复位主要由程序运行监视系统（WATCHDOG TIMER）完成，具有以下特点：一是本身独立工作，基本不依赖CPU；二是CPU工作正常时，CPU与该系统定时联络；三是当CPU进入死循环或系统失常时，可迅速发觉并使系统自动复位。在使用中，将复位电路与WATCHDOG结合使用，在CPU受到干扰后使系统自动复位，是一种有效的CPU抗干扰措施。
3.2 掉电保护
电网瞬间断电或电压突然下降将使电动机保护器的单片机陷入混乱状态，电网电压恢复正常后，电动机保护器却难以恢复正常运行。对付这一类事故的有效方法就是掉电保护。掉电信号由硬件电路检测，并连接电动机保护器控制芯片如单片机的外部中断输入端。中断软件将掉电中断规定为最高优先级中断，使系统及时对掉电做出反应。在掉电中断子程序中，首先进行现场保护，保存当时重要的状态参数，当电源恢复正常时，CPU重新复位，恢复现场数据，继续未完成的工作。
3.3 指令冗余
当CPU受到干扰后，往往将一些操作数当作指令码来执行，引起程序混乱。以51单片机为例，如表1所示。
表1 51单片机机器码
如果当前PC不是指向75H，而是指向01H或02H，那么51单片机的指令译码器将把它译成AJMP xx01H，从而导致程序跑飞。
51单片机系统中所有指令都不超过３个字节，而且有很多单字节指令。当程序弹飞到某一条单字节指令上时，便自动纳入正轨。当跑飞到某一双字节或三字书指令的操作数上时，会继续出错。因此，多采用单字节指令或在关键的程序区插入一些单字节指令（NOP），便是指令冗余技术。
将上述指令做如表2所示的改动：
表2 改动后的机器码
如此，每一字节代码都不生成跳转和循环，且都是单字节指令，程序就不会跑飞。
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另外，在双字节和三字节指令之前插入两条NOP指令，可保护其后的指令不被拆散，并将被完整执行。因此，在一些对程序流向起决定作用的指令之前插入两条NOP指令，可保证跑飞程序进入正轨。此类指令有：RET、RETI、LCALL、SJMP、JZ、CJNE等。
3.4 软件陷阱
软件陷阱就是一条引导指令，强行将捕获的脱轨程序引向出错处理程序区。如果把这段程序的入口标号称为ERR的话，软件陷阱即为一条LJMP ERR指令，为加强其捕捉效果，考虑指令冗余，一般还在它前面加两条NOP指令，因此，真正的软件陷阱由表3所示的三条指令构成：
表3 软件陷阱指令
若将ERR地址设为0000H，则非程序区填满了0000020000H。
由于软件陷阱都安排在程序正常执行不到的地方，故不会影响程序执行效率。
3.5 RAM冗余
RAM冗余体现在以下几个方面：将重要的数据信息备份2份（或以上）并存于RAM中地址不相连的区域；当对这些数据进行修改时，同时也更新备份；在数据区的特定单元内存入标志字，当发现标志位遭到破时，在其余的备份数据区调用备份数据进行恢复；只备份最原始的数据。
3.6 软件滤波
（1）限幅滤波法
根据经验确定两次采样允许的最大偏差值（设为Δ），每次检测到新值时判断：如果本次值与上次值之差小于等于Δ，则本次值有效；如果本次值与上次值之差大于Δ，则本次值无效，放弃，用上次值代替本次值。
优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
缺点：无法抑制周期性干扰，平滑度差。
（2）算术平均滤波法
连续取N个采样值进行算术平均运算，但是N值选取值得注意，N值较大时，信号平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时，信号平滑度较低，但灵敏度较高；N值的一般性选取：16。
优点: 适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。
缺点: N值取得较小时,才可有效保护短路等快速故障。
（3）中位值滤波法
连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。
优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰。
缺点：对电流等快速变化的参数不宜使用。
（4）递一阶滞后滤波法
取α=0～1，本次滤波结果：
(1-α)×本次采样值+α×上次滤波结果。
优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高的场合。
缺点：相位滞后，灵敏度低；滞后程度取决于α值大小；不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。
（5）推平均滤波法
把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来队首的一次数据（先进先出原则），把队列中的N个数据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。
优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高频振荡系统。
缺点：灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差，不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，不适用于脉冲干扰比较严重的场合。
以上是软件滤波的基本形式，在实际使用中，可以组合使用，如：“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”、“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”等。
4 结束语
根据以上抗干扰措施，采用C8051F310单片机开发了一种新型的电动机保护器已用于实际工业生产中。应用表明，采用单一的抗干扰措施通常是难以奏效的，而根据系统的实际情况综合利用以上的各种抗干扰措施，才具有更高的可靠性和更强的抗干扰能力。
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