CN106383512B - 一种dsp控制系统的电磁防护加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DSP控制系统的电磁防护加固方法，该方法首先对信号采样，并对采样结果作频域展开；将频域展开的每一项频谱开平方；再将每一项频谱乘一个常量；设置滤波器参数，将周期性干扰信号滤除；然后启动看门狗程序，当DSP控制系统受到非周期性信号的干扰时，执行中断服务子程序ISR，在ISR中调用软件陷阱程序；将DSP控制系统中重要变量信息保存到外部ROM中，然后调用复位内核程序；在系统重新启动后，判断系统复位是否正常,从而能够有效的抑制周期性和非周期性的电磁干扰，使高重频电磁脉冲模拟器控制系统适应于各种突发中断环境。

Description

一种DSP控制系统的电磁防护加固方法

技术领域

本发明涉及电磁防护技术领域，尤其涉及一种DSP控制系统的电磁防护加固方法。

背景技术

电磁脉冲干扰从形式上一般可分为周期性和非周期性干扰，传统的数字信号处理DSP控制系统电磁抗干扰防护方法一般采用硬件防护，所谓硬件防护即采取硬件屏蔽及改变电路结构来实现抗干扰能力，可以有效地抑制电磁脉冲周期性的传导干扰和空间辐射干扰，是电磁防护的主要手段。但硬件防护措施成本较高，结构与工艺复杂，同时虽然一般的DSP控制系统屏蔽盒经过加装导电橡胶垫和涂抹导电涂料后，仍然会有低频分量耦合进入屏蔽盒内，干扰DSP系统的正常运行，对于非周期性干扰，由于干扰源的位置和频谱分布的随机性，从而其耦合进入设备的入口位置也具有很大的随机性，具有确定位置和结构的硬件防护难以起到有效的防护作用。

现有技术中已经有针对高重频电磁脉冲模拟器控制系统的电磁防护研究，但该现有技术的方案是针对高重频电磁脉冲模拟器控制系统，缺乏广谱应用价值，而仅仅采用硬件屏蔽的手段去除周期性和非周期性干扰信号，部分干扰还将通过散热孔缝和电源、输入输出馈线耦合进入DSP控制系统，从而对系统造成干扰和阻塞。

发明内容

本发明的目的是提供一种DSP控制系统的电磁防护加固方法，该方法克服了现有技术中硬件防护设备的稳定性差、适用范围窄、电磁抑制效率差的缺点，能够有效的抑制周期性和非周期性的电磁干扰。

一种DSP控制系统的电磁防护加固方法，所述方法包括：

步骤A、DSP控制系统对预期接收信号进行采样，并对采样结果作频域展开；其中，所述预期接收信号包括应接收的信号与周期性干扰信号；

步骤B、将频域展开后的每一项频谱开平方，实现频谱压缩；

步骤C、再将频谱压缩后的每一项频谱乘一个常量，实现频谱搬移；其中，所述常量的值根据所述预期接收信号的参数而定；

步骤D、根据步骤C的结果，设置高频带阻滤波器，将周期性干扰信号滤除；

步骤E、恢复正常通过所述高频带阻滤波器的信号的频率，从而防止周期性干扰；

步骤F、在所述DSP控制系统中开启看门狗程序，当所述DSP控制系统受到非周期性信号干扰时，所述看门狗程序向CPU发出中断信号，所述CPU立即响应并调用软件陷阱程序；

步骤G、将所述DSP控制系统中的重要变量信息保存到外部ROM中，并调用复位内核程序；

步骤H、当所述DSP控制系统重新启动后，首先完成时钟、中断、各外设模块以及系统非关键全局变量的初始化，并从所述外部ROM中读入异常中断标志位，判断前一次系统复位是正常复位还是异常复位；

步骤I、若前一次系统复位为异常复位，则从所述外部ROM中读入已保存的前一次系统工作相关的变量值，并赋给相应的变量，复原前一次系统的运行状态；

步骤J、若前一次系统复位为正常复位，则清零已保存的变量值，等待新一轮的工作状态设定，开始新的运行状态，从而防止非周期干扰造成的系统死机。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法克服了现有技术中硬件防护设备的稳定性差、适用范围窄、电磁抑制效率差的缺点，能够有效的抑制周期性和非周期性的电磁干扰，从而使高重频电磁脉冲模拟器控制系统适应于各种突发中断环境。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供DSP控制系统的电磁防护加固方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例所提供DSP控制系统的电磁防护加固方法流程示意图，所述方法包括：

步骤A、DSP控制系统对预期接收信号进行采样，并对采样结果作频域展开：

在该步骤中，对采样到的任意时域函数f(t)，可以将其频域展开成：

式中ω₁为基频角频率，为初相位。

其中，所述预期接收信号包括应接收的信号与周期性干扰信号。

步骤B、将频域展开后的每一项频谱开平方，实现频谱压缩：

具体来说，可以将每一项频谱nω₁进行开方，即定义这样原频谱将压缩至倍。

在该步骤中，进一步还可以判断高频带阻滤波器的带宽是否超出能设计的带宽滤波器范围，若超出，则继续进行频谱压缩，使所述高频带阻滤波器的带宽在能设计的带宽滤波器范围内。

步骤C、再将频谱压缩后的每一项频谱乘一个任意的常量值，实现频谱搬移；

其中，所述常量的值根据所述预期接收信号的参数而定，具体可以等于所述预期接收信号最大值的平方根。

具体实现中，该预期接收信号的最大值可以依据系统的工作电流、电压、电磁辐射背景等物理参量结合历次实验值预先估算，同时结合本次系统输出结果评估进行逐次逼近。

上述过程可以使周期性干扰信号与应接收的信号的频谱实现分离，且带宽进一步压缩。

步骤D、根据步骤C的结果，设置高频带阻滤波器，将周期性干扰信号滤除；

具体来说，根据步骤C的结果，将频谱压缩后的每一项频谱乘以常量1000，这样可实现干扰信号被压缩后同时被远距离搬移至高频段，有利于高频带阻滤波器的设置，从而将周期性干扰信号滤除。

步骤E、恢复正常通过所述高频带阻滤波器的信号的频率，从而防止周期性干扰；

该步骤具体包括：将正常通过所述高频带阻滤波器的信号在频域除以所述步骤C中的常量，再平方，恢复信号频率，信号中周期性干扰已被滤除，从而防止周期性干扰。

上述步骤A-E是周期性干扰信号的处理过程，在上述步骤A-E中，由于周期性干扰信号的频谱一般处在高频端，且频谱很宽，很可能与信号频率产生混叠，通过在频域对周期性干扰信号的频谱进行搬移与压缩，缩小带宽，以便于高频带阻滤波器的设计，而且能够提高高频带阻滤波器的品质因数。

举例来说：假定有1、2、3……100个数，自49之后需要通过高频带阻滤波器滤除，则此时需要设计滤波器的带宽为100-49＝51，如果最优滤波器带宽为10，则显然不能满足。按步骤(6)，经过步骤(3)取常量为10，则数据系列为：10…70…100，其需要滤除的带宽为100-70＝30，仍然不能满足要求，按按步骤(6)，再经过步骤(3)，此时数据系列变为32…84…100，仍不能满足，重复此过程，在第4次运算时，即可获得56…92…100，需要滤除的带宽为100-92＝8小于10，满足要求，将92-100的数据滤除后进行逆运算4次，即可恢复原信号频谱，从而防止周期性干扰。

步骤F、在所述DSP控制系统中开启看门狗程序，当所述DSP控制系统受到非周期性信号干扰时，所述看门狗程序向CPU发出中断信号，所述CPU立即响应并调用软件陷阱程序；

在该步骤中，具体实现过程为：

在所述DSP控制系统初始化时，选择看门狗程序的计数器溢出产生中断信号，即WDENINT＝1；

当所述DSP控制系统正常运行时，在看门狗计数器溢出前及时清零计数器(即喂狗)，阻止中断信号的产生；

当所述DSP控制系统受到非周期性信号的干扰时，程序因受到干扰而乱飞或死机，从而不能正常清零计数器时，所述看门狗程序向CPU发出中断信号，所述CPU立即响应并执行看门狗中断服务子程序ISR，在ISR中调用软件陷阱程序，该软件陷阱程序的作用是将系统中重要变量信息保存到外部ROM中，然后调用复位内核程序。

步骤G、将所述DSP控制系统中的重要变量信息保存到外部ROM中，并调用复位内核程序；

在该步骤中，所述重要变量信息包括以下一种或多种：脉冲输出信息、脉冲间隔信息、电压调节信息和异常中断标志位。

步骤H、当所述DSP控制系统重新启动后，判断前一次系统复位是正常复位还是异常复位；

在该步骤中，具体可以在DSP控制系统重新启动后，首先完成时钟、中断、各外设模块以及系统非关键全局变量的初始化，并从所述外部ROM中读入异常中断标志位，判断前一次系统复位是正常复位还是异常复位；

步骤I、若前一次系统复位为异常复位，则从所述外部ROM中读入已保存的前一次系统工作相关的变量值，并赋给相应的变量，复原前一次系统的运行状态；

步骤J、若前一次系统复位为正常复位，则清零已保存的变量值，等待新一轮的工作状态设定，开始新的运行状态，从而防止非周期干扰造成的系统死机。

上述步骤F-J是非周期性干扰信号的处理过程，在具体实现中，周期性干扰信号的处理过程和非周期性干扰信号的处理过程的执行顺序是能互换的。

另外，对于上述周期性干扰信号和非周期性干扰信号均未能处理的情况，也就是当所述DSP控制系统出现未能防止的干扰时，在内存剩余空间无条件跳转到所述DSP控制系统程序开始的地址并进行填充，以防程序跑飞。

综上所述，本发明实施例所提供的方法具有如下优点：

(1)本发明实施例在频域对干扰信号的频谱进行搬移与压缩，缩小带宽，便于带阻滤波器的设计，而且能够提高滤波器的品质因数；

(2)利用带有软件加固的高重频电磁脉冲模拟器控制系统的电磁防护措施，效率高，电磁抑制效果明显，可适用于模拟高空核爆炸电磁脉冲(HEMP)辐射环境、雷击环境以及工业配电中的各种快速瞬变的操作过电压(如切空线压、合闸过电压等)电磁环境，克服现有技术硬件防护设备的稳定性差，适用范围窄，电磁抑制效率差等缺点，适用于高压环境条件下的化工、冶金、电力等各个领域；

(3)本发明实施例对于周期性和非周期性干扰表现出良好的抗干扰能力，以保证控制系统在受到干扰死机等情况下，可以自动恢复干扰前工作状态；

(4)本发明实施例对硬件系统的要求降低，屏蔽效果更好，使成本大大降低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种DSP控制系统的电磁防护加固方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A、DSP控制系统对预期接收信号进行采样，并对采样结果作频域展开；其中，所述预期接收信号包括应接收的信号与周期性干扰信号；

步骤B、将频域展开后的每一项频谱开平方，实现频谱压缩；

步骤C、再将频谱压缩后的每一项频谱乘一个常量，实现频谱搬移；其中，所述常量的值根据所述预期接收信号的参数而定，且所述常量的值等于所述预期接收信号最大值的平方根；

步骤D、根据步骤C的结果，设置高频带阻滤波器，将周期性干扰信号滤除；

步骤E、恢复正常通过所述高频带阻滤波器的信号的频率，从而防止周期性干扰；

步骤F、在所述DSP控制系统中开启看门狗程序，当所述DSP控制系统受到非周期性信号干扰时，所述看门狗程序向CPU发出中断信号，所述CPU立即响应并调用软件陷阱程序；

步骤G、将所述DSP控制系统中的重要变量信息保存到外部ROM中，并调用复位内核程序；

步骤H、当所述DSP控制系统重新启动后，首先完成时钟、中断、各外设模块以及系统非关键全局变量的初始化，并从所述外部ROM中读入异常中断标志位，判断前一次系统复位是正常复位还是异常复位；

步骤I、若前一次系统复位为异常复位，则从所述外部ROM中读入已保存的前一次系统工作相关的变量值，并赋给相应的变量，复原前一次系统的运行状态；

步骤J、若前一次系统复位为正常复位，则清零已保存的变量值，等待新一轮的工作状态设定，开始新的运行状态，从而防止非周期干扰造成的系统死机。

2.根据权利要求1所述DSP控制系统的电磁防护加固方法，其特征在于，所述步骤G中的重要变量信息包括以下一种或多种：

脉冲输出信息、脉冲间隔信息、电压调节信息和异常中断标志位。

3.根据权利要求1所述DSP控制系统的电磁防护加固方法，其特征在于，所述步骤F的过程具体包括：

在所述DSP控制系统初始化时，选择看门狗程序的计数器溢出产生中断信号；

当所述DSP控制系统正常运行时，在看门狗计数器溢出前及时清零计数器，以阻止中断信号的产生；

当所述DSP控制系统受到非周期性信号的干扰时，程序因受到干扰而乱飞或死机，不能正常清零计数器时，所述看门狗程序向CPU发出中断信号，所述CPU立即响应并执行看门狗中断服务子程序ISR，在ISR中调用软件陷阱程序。

4.根据权利要求1所述DSP控制系统的电磁防护加固方法，其特征在于，

所述步骤A-E为周期性干扰信号的处理过程，所述步骤F-J是非周期性干扰信号的处理过程，且两个处理过程的执行顺序能互换。

5.根据权利要求1所述DSP控制系统的电磁防护加固方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述DSP控制系统出现未能防止的干扰时，在内存剩余空间无条件跳转到所述DSP控制系统程序开始的地址并进行填充，以防程序跑飞。

6.根据权利要求1所述DSP控制系统的电磁防护加固方法，其特征在于，在所述步骤B中：

进一步判断高频带阻滤波器的带宽是否超出能设计的带宽滤波器范围，若超出，则继续进行频谱压缩，使所述高频带阻滤波器的带宽在能设计的带宽滤波器范围内。