一種ad採樣的軟體濾波方法
2023-04-24 14:06:16 1
一種ad採樣的軟體濾波方法
【專利摘要】本發明提供一種AD採樣的軟體濾波方法，將採集到的AD採樣值存入數組ADCLSB及數組ADCCOM中，包括以下步驟：步驟S1、判斷數組ADCLSB是否已滿，若已滿，則轉入步驟S5；若沒滿，則轉入步驟S2；步驟S2、判斷數組ADCCOM是否已滿，若沒滿，則跳出；若已滿，則轉入步驟S3；步驟S3、對數組ADCCOM中的採樣值進行判斷，得出當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值；步驟S4：根據判斷值判斷採樣值為幹擾值還是信號正常變化，並更新數組ADCCOM和數組ADCLSB；步驟S5、對數組ADCLSB中的數據進行算術平均濾波及RC濾波，從而得到最終的AD採樣值。本發明的AD採樣的軟體濾波方法易實現、響應快、抗幹擾性高，且可有效地抑制噪聲。
【專利說明】一種AD採樣的軟體濾波方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種濾波方法，特別是涉及一種AD採樣的軟體濾波方法。
【背景技術】
[0002]傳統儀表中採用單片機控制AD轉換電路的方法來採集模擬信號，並將採集到的數字序列存入單片機中。單片機再對上述數字序列的進行濾波處理。軟體濾波就是用軟體來識別有用信號和幹擾信號，並濾除幹擾信號。常見的濾波方法有中位值濾波、算數平均濾波法、消抖濾波法。
[0003]具體地，中位值濾波法連續採樣N次(N取奇數)，並把N次採樣值按大小排列，取中間值為本次有效值。該濾波法能有效克服因偶然因素引起的波動幹擾，對溫度、液位的變化緩慢的被測參數有良好的濾波效果。
[0004]算術平均濾波法連續取N個採樣值進行算術平均運算。該濾波法適用於對一般具有隨機幹擾的信號進行濾波。但是對於測量速度較慢或要求數據計算速度較快的實時控制不適用，比較浪費RAM。
[0005]消抖濾波法設置一個濾波計數器將每次採樣值與當前有效值比較:如果採樣值等於當前有效值，則計數器清零；如果採樣值不等於當前有效值，則計數器加1，並判斷計數器是否溢出，如果計數器溢出，則將本次採樣值替換為當前有效值，並清零計數器。
[0006]但是，上述濾波方法往往存在響應不及時、工業抗幹擾性能指標不高，對噪聲的抗幹擾程度低等缺點。
【發明內容】
[0007]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種AD採樣的軟體濾波方法，其易實現、響應快、EMC性能高，且可有效地抑制噪聲。
[0008]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種AD採樣的軟體濾波方法，將採集到的AD採樣值存入數組ADCLSB及數組ADCCOM中，包括以下步驟:
[0009]步驟S1、判斷數組ADCLSB是否已滿，若已滿，則轉入步驟S5 ;若沒滿，則轉入步驟S2 ；
[0010]步驟S2、判斷數組ADCCOM是否已滿，若沒滿，則跳出；若已滿，則轉入步驟S3 ；
[0011]步驟S3、對數組ADCCOM中的採樣值進行判斷，得出當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值；
[0012]步驟S4:根據判斷值判斷採樣值為幹擾值還是信號正常變化，並更新數組ADCCOM和數組ADCLSB ；
[0013]步驟S5、對數組ADCLSB中的數據進行算術平均濾波及RC濾波，從而得到最終的AD採樣值。
[0014]根據上述的AD採樣的軟體濾波方法，其中:步驟S4中，若無法判斷數據的變化為幹擾還是信號的正常變化，則更新數組ADCCOM及ADCLSB，等待下次判斷；若判斷某一數據為幹擾值，則剔除幹擾值，並用當前採樣值替換幹擾值，更新數組ADCCOM及ADCLSB ;若判斷數據的變化為信號發生正常變化，更新數組ADCCOM及數組ADCLSB。
[0015]根據上述的AD採樣的軟體濾波方法，其中:數組ADCCOM的長度要小於數組ADCLSB的長度。
[0016]根據上述的AD採樣的軟體濾波方法，其中:步驟S3中，設定數組ADCCOM的長度為d，則通過如下規則獲得當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值:
[0017]設ADCCOM[i]表示數組ADCCOM中的第i+Ι個值；
[0018]若IADCCOM[I]-ADCCOM[O] I >n成立，則將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ;
[0019]若IADCCOM[2]-ADCCOM[O] | >n成立，則將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ;
[0020]以此類推，
[0021]若IADCCOM[d-1]-ADCCOM[O] I >n成立，則將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ；
[0022]依次將上述d-Ι個判斷結果組合起來即可得到當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值；
[0023]其中，η為設定值。
[0024]根據上述的AD採樣的軟體濾波方法，其中:步驟S4中，通過觀察判斷值得到採樣值的變化情況，
[0025]若採樣值的明顯變化發生在數組ADCCOM的中間，則認為明顯變化的採樣值為幹擾值；
[0026]若整個數組ADCCOM中的採樣值均發生了明顯變化，則認為是信號的正常變化；
[0027]在其他情況下，則認為無法判斷是幹擾還是信號的正常變化，須等待下次判斷。
[0028]根據上述的AD採樣的軟體濾波方法，其中:步驟S4中，若無法判斷數據的變化為幹擾還是信號的正常變化，則更新數組ADCCOM時，將數組ADCCOM中的第一個數據扔掉，後面的數據依次向前移，最後一個數據採用當前AD採樣值；數組ADCLSB保持不變。
[0029]根據上述的AD採樣的軟體濾波方法，其中:步驟S4中，若判斷某一數據為幹擾值，則更新數組ADCCOM時，剔除幹擾值，並用當前採樣值替換幹擾值，再將數組ADCCOM中的第一個數據扔掉，後面的數據依次向前移，最後一個數據採用當前AD採樣值，並更新數組ADCLSB中的相應值。
[0030]根據上述的AD採樣的軟體濾波方法，其中:步驟S4中，若判斷數據的變化為信號發生正常變化，則更新數組時，將數組ADCCOM中所有的數據改成當前AD採樣值，並更新數組ADCLSB中的相應值。
[0031]如上所述，本發明的AD採樣的軟體濾波方法，具有以下有益效果:
[0032](I)能夠識別信號正常變化，及時響應信號變化，並能保證信號平滑度；
[0033](2)能夠有效識別AD採樣中信號的幹擾值，並剔除幹擾，具有很強的抗幹擾性能、噪聲抑制性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1顯示為本發明的AD採樣的軟體濾波方法的步驟流程圖；
[0035]圖2顯示為本發明的AD採樣的軟體濾波方法的軟體流程圖。
【具體實施方式】
[0036]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0037]需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0038]在本發明的AD採樣的軟體濾波方法中，首先需要對AD採樣值進行分組判斷，得到相應的判斷值。
[0039]單片機將當前採集到的AD採樣值存入數組ADCLSB及數組ADCCOM中。其中，數組ADCLSB中的採樣值用於進行平均濾波及RC濾波。數組ADCCOM中的採樣值用於判斷信號的變化情況。數組ADCCOM的長度要小於數組ADCLSB的長度。在實際使用中，數組ADCCOM的長度一般取為4，但不限於4。保存後，單片機對數組ADCCOM中的採樣值進行判斷，判斷其中的採樣值哪些為幹擾值，哪些為正常值。若採樣值為幹擾值，則將其替換為正常值，並更新數組ADCLSB中的相應值，以保證數組ADCLSB中存儲的為無幹擾的值。在本發明中，採用當前採樣值來替換幹擾值。
[0040]設定數組ADCCOM的長度為d，則通過如下規則獲得當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值:
[0041]設ADCCOM[i]表示數組ADCCOM中的第i+Ι個值；
[0042]若IADCCOM[I]-ADCCOM[O] | >n成立，則將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ;
[0043]若IADCCOM[2]-ADCCOM[O] | >n成立，則將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ;
[0044]以此類推，
[0045]若|ADCC0M[d-l]_ADCC0M[0] |>n成立，則將該情況的判斷結果記為1，反之記為O。
[0046]依次將上述d-Ι個判斷結果組合起來即可得到當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值。
[0047]其中，η為一個設定值，由日常經驗值來確定，通常為現場信號最大AD採樣值的1/100，但不限於此值。只要能有效去除採樣值中的幹擾值的η，均可選取。若採樣值變化大於η，則認為信號由於幹擾或信號正常變化而發生了變化，並且被AD轉換電路識別了。
[0048]分析得到的當前數組ADCCOM中的採樣值的判斷值，判斷採樣值的變化為幹擾還是信號的正常變化。通常，根據下述規則來判斷採樣值的變化:
[0049]若採樣值的明顯變化發生在數組ADCCOM的中間，則認為明顯變化的採樣值為幹擾值；更新數組ADCCOM時，剔除幹擾值，並用當前採樣值替換幹擾值，再將數組ADCCOM中的第一個數據扔掉，後面的數據依次向前移，最後一個數據採用當前AD採樣值，並更新數組ADCLSB中的相應值。
[0050]若整個數組ADCCOM中的採樣值均發生了明顯變化，則認為是信號的正常變化；更新數組時，將數組ADCCOM中所有的數據改成當前AD採樣值，並更新數組ADCLSB中的相應值。
[0051]在其他情況下，則認為無法判斷是幹擾還是信號的正常變化，須等待下次判斷；更新數組ADCCOM時，將數組ADCCOM中的第一個數據扔掉，後面的數據依次向前移，最後一個數據採用當前AD採樣值；數組ADCLSB保持不變。
[0052]具體地，假設數組ADCCOM的長度為4，則判斷規則如下:
[0053]若IADCCOM[I]-ADCCOM[O] | >n成立，則單片機將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ;
[0054]若IADCCOM[2]-ADCCOM[O] | >n成立，則單片機將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ;
[0055]若IADCCOM[3]-ADCCOM[O] | >n成立，則單片機將該情況的判斷結果記為1，反之記為O。
[0056]上述三位二進位碼的組合即為數組ADCCOM中的採樣值的判斷值。具體地，判斷值有以下8種組合結果:
[0057]000:此時 ADCC0M[0] ,ADCCOM[I] ,ADCCOM[2] ,ADCCOM[3]無明顯變化，單片機更新數組ADCC0M，等待下次判斷。
[0058]001:此時 ADCC0M[0] ,ADCCOM[I] ,ADCCOM[2]無明顯變化，ADCCOM[3]變化明顯，但並不能判斷出其為幹擾或信號的正常變化，單片機更新數組ADCC0M，等待下次判斷。
[0059]010:此時 ADCCOM[O]、ADCCOM[I]、ADCCOM[3]無明顯變化，ADCCOM[2]變化明顯。由於數據在中間發生變化，可以判斷ADCC0M[2]為幹擾數據，剔除該數據，並替換為ADCCOM[3]，單片機更新數組ADCC0M，同時反饋給數組ADCLSB。
[0060]011:此時 ADCC0M[0] ,ADCCOM[I]無明顯變化，ADCCOM[2] ,ADCCOM[3]變化明顯，但並不能判斷出其為幹擾或信號的正常變化，單片機更新數組ADCC0M，等待下次判斷。
[0061]100:此時 ADCCOM[O]、ADCCOM[2]、ADCCOM[3]無明顯變化，ADCCOM[I]變化明顯。由於數據在中間發生變化，可以判斷ADCC0M[1]為幹擾數據，剔除該數據，並替換為ADCCOM[3]，單片機更新數組ADCC0M，同時反饋給數組ADCLSB。
[0062]101:此時 ADCC0M[0]和 ADCC0M[2]無明顯變化，ADCCOM[I]和 ADCC0M[3]變化明顯。由於數據在中間及結尾均發生變化，此時不能判斷其為為幹擾或信號的正常變化，單片機更新ADCCOM數組，等待下次判斷。
[0063]110:此時ADCC0M[1]、ADCC0M[2]變化明顯，ADCCOM[3]變化不明顯，此時不能判斷其為為幹擾或信號正常變化，單片機更新數組ADCC0M，等待下次判斷。
[0064]111:此時ADCC0M[1] ,ADCCOM[2] ,ADCCOM[3]變化明顯，此時可以判斷現場信號變化，保留ADCC0M[0]，並將ADCC0M[1] ,ADCCOM[2] ,ADCCOM[3]中的數據均替換為當前的採樣值，單片機更新數組ADCC0M，同時反饋給數組ADCLSB。
[0065]其中，在判斷值為000-110的情況下更新數組ADCCOM時，將數組ADCCOM中的第一個數據扔掉，後面的數據依次向前移，最後一個數據採用當前AD採樣值。
[0066]在判斷值為111的情況下更新數組AQDCC0M時，將數組ADCCOM中的數據均更新為當前AD採樣值。
[0067]參照圖1和圖2，本發明的AD採樣的軟體濾波方法包括如下步驟:
[0068]步驟S1、判斷數組ADCLSB是否已滿，若已滿，則轉入步驟S5 ;若沒滿，則轉入步驟S2 ；
[0069]步驟S2、判斷數組ADCCOM是否已滿，若沒滿，則跳出；若已滿，則轉入步驟S3 ；
[0070]步驟S3、對數組ADCCOM中的採樣值進行判斷，得出當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值；
[0071]步驟S4:根據判斷值判斷採樣值為幹擾值還是信號正常變化，並更新數組ADCCOM和數組ADCLSB ；
[0072]其中，在數組ADCCOM的長度為4的情況下，若判斷值為O、1、3、5、6，則認為無法判斷為幹擾值還是信號的正常變化，更新數組ADCC0M，等待下次判斷。
[0073]若判斷值為2、4，則認為有幹擾值，剔除幹擾值，並用當前採樣值替換幹擾值，更新數組 ADCCOM 及 ADCLSB ；
[0074]若判斷值為7，則認為信號發生正常變化，更新數組ADCCOM及數組ADCLSB。
[0075]步驟S5、對數組ADCLSB中的數據進行算術平均濾波及RC濾波，從而得到最終的AD採樣值。
[0076]綜上所述，本發明的AD採樣的軟體濾波方法易實現、響應快、抗幹擾性高，且可有效地抑制噪聲。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0077]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種AD採樣的軟體濾波方法，將採集到的AD採樣值存入數組ADCLSB及數組ADCCOM中，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟S1、判斷數組ADCLSB是否已滿，若已滿，則轉入步驟S5 ;若沒滿，則轉入步驟S2 ； 步驟S2、判斷數組ADCCOM是否已滿，若沒滿，則跳出；若已滿，則轉入步驟S3 ； 步驟S3、對數組ADCCOM中的採樣值進行判斷，得出當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值； 步驟S4:根據判斷值判斷採樣值為幹擾值還是信號正常變化，並更新數組ADCCOM和數組 ADCLSB ； 步驟S5、對數組ADCLSB中的數據進行算術平均濾波及RC濾波，從而得到最終的AD採樣值。
2.根據權利要求1所述的AD採樣的軟體濾波方法，其特徵在於:步驟S4中，若無法判斷數據的變化為幹擾還是信號的正常變化，則更新數組ADCCOM及ADCLSB，等待下次判斷；若判斷某一數據為幹擾值，則剔除幹擾值，並用當前採樣值替換幹擾值，更新數組ADCCOM及ADCLSB ;若判斷數據的變化為信號發生正常變化，更新數組ADCCOM及數組ADCLSB。
3.根據權利要求1所述的AD採樣的軟體濾波方法，其特徵在於:數組ADCCOM的長度要小於數組ADCLSB的長度。
4.根據權利要求1所述的AD採樣的軟體濾波方法，其特徵在於:步驟S3中，設定數組ADCCOM的長度為d，則通過如下規則獲得當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值: 設ADCC0M[i]表示數組ADCCOM中的第i+Ι個值； 若|ADCC0M[1]-ADCC0M[0] |>n成立，則將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ; 若|ADCC0M[2]-ADCC0M[0] |>n成立，則將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ;以此類推， 若|ADCC0M[d-l]_ADCC0M[0] |>n成立，則將該情況的判斷結果記為1，反之記為O ;依次將上述d-Ι個判斷結果組合起來即可得到當前數組ADCCOM中採樣值的判斷值；其中，η為設定值。
5.根據權利要求1所述的AD採樣的軟體濾波方法，其特徵在於:步驟S4中，通過觀察判斷值得到採樣值的變化情況， 若採樣值的明顯變化發生在數組ADCCOM的中間，則認為明顯變化的採樣值為幹擾值； 若整個數組ADCCOM中的採樣值均發生了明顯變化，則認為是信號的正常變化； 在其他情況下，則認為無法判斷是幹擾還是信號的正常變化，須等待下次判斷。
6.根據權利要求1所述的AD採樣的軟體濾波方法，其特徵在於:步驟S4中，若無法判斷數據的變化為幹擾還是信號的正常變化，則更新數組ADCCOM時，將數組ADCCOM中的第一個數據扔掉，後面的數據依次向前移，最後一個數據採用當前AD採樣值；數組ADCLSB保持不變。
7.根據權利要求1所述的AD採樣的軟體濾波方法，其特徵在於:步驟S4中，若判斷某一數據為幹擾值，則更新數組ADCCOM時，剔除幹擾值，並用當前採樣值替換幹擾值，再將數組ADCCOM中的第一個數據扔掉，後面的數據依次向前移，最後一個數據採用當前AD採樣值，並更新數組ADCLSB中的相應值。
8.根據權利要求1所述的AD採樣的軟體濾波方法，其特徵在於:步驟S4中，若判斷數據的變化為信號發生正常變化，則更新數組時，將數組ADCCOM中所有的數據改成當前AD採樣值，並更新數組ADCLSB中的相應值。
【文檔編號】H03M1/54GK104378115SQ201310347971
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月12日 優先權日:2013年8月12日
【發明者】陳小全, 陳出新, 杜剛, 周婷, 王竹平 申請人:上海辰竹儀表有限公司