數(shù)字濾波技術(shù)在無源數(shù)字顯示表中的應(yīng)用

赫佳桂++隋偉++李雪萍++房宏剛++張顯民

摘 要：本文介紹了在無源顯示表中常用的數(shù)字濾波技術(shù)，進行了對比，并采用了一種新的方法。實驗證明，該方法對于干擾的抑制效果好于單獨采用一種數(shù)據(jù)濾波技術(shù)的效果。

關(guān)鍵詞：顯示表 數(shù)字濾波 干擾

中圖分類號：TP216.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0017-02

無源數(shù)字顯示表在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)場使用中，現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜，很容易將干擾串入被采集信號，從而導(dǎo)致采集信息出現(xiàn)偏差，進而影響數(shù)字顯示表的顯示精度，影響對實際生產(chǎn)狀況的判斷與決策。克服干擾可以采用軟件與硬件兩種方式去解決。通常的硬件解決辦法是在顯示表的內(nèi)部采用具有良好共模抑制比和串模抑制比的儀表放大器和AD轉(zhuǎn)換器，這樣的措施可以解決大部分的問題，但對于一些隨機的干擾的抑制效果不明顯。而軟件上可以采用數(shù)字濾波的方法，幫助剔除掉來自環(huán)境和其他設(shè)備的信號干擾。本文對各種數(shù)字濾波技術(shù)進行比對，采用一種新的數(shù)字濾波方法。

1 無源數(shù)字顯示表工作原理

無源數(shù)字顯示表的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

二線制無源數(shù)字顯示表串聯(lián)于二線制變送器的4～20 mA閉環(huán)回路中，可以現(xiàn)場顯示電流環(huán)代表的物理量。該顯示表可以完成電源獲取，電流采樣，信號調(diào)理與放大，AD轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，信息顯示，參數(shù)設(shè)置等功能。該顯示表采用的均為低功耗器件，系統(tǒng)整體功耗小。

2 常用的數(shù)字濾波技術(shù)

2.1 算術(shù)平均值濾波

算術(shù)平均值濾波是要按輸入的N個采樣數(shù)據(jù)，尋一找，使與各采樣值間的偏差平方和最小。公式如下：

（1）

對一般隨機干擾的信號如果采用該濾波方法進行濾波，可以平均較大干擾，但是干擾還在信號中，并且信號的響應(yīng)速度變慢，再要求快速更新數(shù)據(jù)的場合，不利于對現(xiàn)場狀況進行分析。

2.2 中值濾波

該方法取奇數(shù)個采樣值，然后取中間值顯示。該方法簡單易行，但對于持續(xù)的干擾，仍然會抬高采樣數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)不準確。

2.3 加權(quán)平均值濾波

算術(shù)平均值濾波對N次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即1/N。有時為了改進濾波效果，減小系統(tǒng)對當前所受干擾的靈敏度，需要減小新采樣值在平均值中的比重，即將各采樣位取不同的比例，然后再相加，此方法稱為加權(quán)平均值濾波。一個N項加權(quán)平均式為：

在（5）式中，為上次濾波值，為本次采樣值。本濾波技術(shù)的關(guān)鍵在于取值。

3 改進措施及其實現(xiàn)

對采集的數(shù)據(jù)采取先剔除差異較大值（限幅濾波），然后滑動平均值濾波，然后采用一階滯后濾波（參數(shù)取值是關(guān)鍵）。以下為濾波實現(xiàn)的子程序。

#define C 20 //兩次采樣值的最大差值

#define N 12 //滑動平均值濾波值的個數(shù)

#define A 60 //一階滯后濾波系數(shù)

char buf_value[N]；

char i=0；

char value；

char value_new；

char filter（）

{char count；

int sum=0；

char value_temp；

//限幅濾波部分

buf_value[i++]=get_ad（）：

if（（buf_value[i]-value>C）||（value- buf_value[i]>C））

buf_value[i]=value；

//滑動平均值濾波部分

if（i==N）i=0；

for（count=0；count

sum+= buf_value[count]；

value_new=（char） sum/N；

//一階滯后濾波部分

value_temp=value*（100-A）+ value_new*A；

return value_temp/100；}

其濾波效果如圖2。可以看出，本濾波算法的輸出平穩(wěn)，波動較小。

4 結(jié)論

本文介紹了在無源顯示表中常用的濾波技術(shù)，并采用了一種新的方法來實現(xiàn)對采樣數(shù)據(jù)的處理。從結(jié)果可以看出，濾波效果有明顯提高，顯示的精度更高。

參考文獻

[1] 王堅.一階滯后濾波在減速機特性曲線繪制中的應(yīng)用[J].電子測量技術(shù)，2013，36（1）：101-103.

[2] 劉春，吳曉玲，劉文清.數(shù)據(jù)信號處理技術(shù)在氣體檢測中的應(yīng)用[J].電子測量與儀器學(xué)報，2011，25（6）：553-557.

[3] 于焱.低成本單片機系統(tǒng)高性能濾波算法設(shè)計[J].計測技術(shù)，2011，31（3）：54-55.

[4] 李莉，李鵬.一種減小線性化誤差的濾波跟蹤算法[J].電子測量技術(shù)，2011，34（5）：34-36.

[5] 傅彩芬，房方.球桿系統(tǒng)的數(shù)字濾波與控制[J].實驗室研究與探索，2013，32（9）：13-15.

[6] 康學(xué)福.濾波電路頻率特性的仿真分析[J].國外電子測量技術(shù)，2014，33（1）：40-42.

[7] 韓碩，趙連娟.復(fù)合數(shù)字濾波在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].輕工科技，2013，8：74-75.

[8] 王玉花，石玉香，王孝.數(shù)字濾波技術(shù)在容柵數(shù)顯量具中的應(yīng)用[J].工具技術(shù)，2013，4：72-74.

[9] 段曉健，王前波，張謙，等.基于斜率變化的一種數(shù)字濾波算法[J].數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，2013，3：140，144.

[10] 鄧曉，鄧智，劉以農(nóng).數(shù)字濾波幅度測量性能與采樣頻率的關(guān)系研究[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2012，32（9）：1007-1011.

摘 要：本文介紹了在無源顯示表中常用的數(shù)字濾波技術(shù)，進行了對比，并采用了一種新的方法。實驗證明，該方法對于干擾的抑制效果好于單獨采用一種數(shù)據(jù)濾波技術(shù)的效果。

關(guān)鍵詞：顯示表 數(shù)字濾波 干擾

中圖分類號：TP216.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0017-02

無源數(shù)字顯示表在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)場使用中，現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜，很容易將干擾串入被采集信號，從而導(dǎo)致采集信息出現(xiàn)偏差，進而影響數(shù)字顯示表的顯示精度，影響對實際生產(chǎn)狀況的判斷與決策。克服干擾可以采用軟件與硬件兩種方式去解決。通常的硬件解決辦法是在顯示表的內(nèi)部采用具有良好共模抑制比和串模抑制比的儀表放大器和AD轉(zhuǎn)換器，這樣的措施可以解決大部分的問題，但對于一些隨機的干擾的抑制效果不明顯。而軟件上可以采用數(shù)字濾波的方法，幫助剔除掉來自環(huán)境和其他設(shè)備的信號干擾。本文對各種數(shù)字濾波技術(shù)進行比對，采用一種新的數(shù)字濾波方法。

1 無源數(shù)字顯示表工作原理

無源數(shù)字顯示表的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

二線制無源數(shù)字顯示表串聯(lián)于二線制變送器的4～20 mA閉環(huán)回路中，可以現(xiàn)場顯示電流環(huán)代表的物理量。該顯示表可以完成電源獲取，電流采樣，信號調(diào)理與放大，AD轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，信息顯示，參數(shù)設(shè)置等功能。該顯示表采用的均為低功耗器件，系統(tǒng)整體功耗小。

2 常用的數(shù)字濾波技術(shù)

2.1 算術(shù)平均值濾波

算術(shù)平均值濾波是要按輸入的N個采樣數(shù)據(jù)，尋一找，使與各采樣值間的偏差平方和最小。公式如下：

（1）

對一般隨機干擾的信號如果采用該濾波方法進行濾波，可以平均較大干擾，但是干擾還在信號中，并且信號的響應(yīng)速度變慢，再要求快速更新數(shù)據(jù)的場合，不利于對現(xiàn)場狀況進行分析。

2.2 中值濾波

該方法取奇數(shù)個采樣值，然后取中間值顯示。該方法簡單易行，但對于持續(xù)的干擾，仍然會抬高采樣數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)不準確。

2.3 加權(quán)平均值濾波

算術(shù)平均值濾波對N次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即1/N。有時為了改進濾波效果，減小系統(tǒng)對當前所受干擾的靈敏度，需要減小新采樣值在平均值中的比重，即將各采樣位取不同的比例，然后再相加，此方法稱為加權(quán)平均值濾波。一個N項加權(quán)平均式為：

在（5）式中，為上次濾波值，為本次采樣值。本濾波技術(shù)的關(guān)鍵在于取值。

3 改進措施及其實現(xiàn)

對采集的數(shù)據(jù)采取先剔除差異較大值（限幅濾波），然后滑動平均值濾波，然后采用一階滯后濾波（參數(shù)取值是關(guān)鍵）。以下為濾波實現(xiàn)的子程序。

#define C 20 //兩次采樣值的最大差值

#define N 12 //滑動平均值濾波值的個數(shù)

#define A 60 //一階滯后濾波系數(shù)

char buf_value[N]；

char i=0；

char value；

char value_new；

char filter（）

{char count；

int sum=0；

char value_temp；

//限幅濾波部分

buf_value[i++]=get_ad（）：

if（（buf_value[i]-value>C）||（value- buf_value[i]>C））

buf_value[i]=value；

//滑動平均值濾波部分

if（i==N）i=0；

for（count=0；count

sum+= buf_value[count]；

value_new=（char） sum/N；

//一階滯后濾波部分

value_temp=value*（100-A）+ value_new*A；

return value_temp/100；}

其濾波效果如圖2。可以看出，本濾波算法的輸出平穩(wěn)，波動較小。

4 結(jié)論

本文介紹了在無源顯示表中常用的濾波技術(shù)，并采用了一種新的方法來實現(xiàn)對采樣數(shù)據(jù)的處理。從結(jié)果可以看出，濾波效果有明顯提高，顯示的精度更高。

參考文獻

[1] 王堅.一階滯后濾波在減速機特性曲線繪制中的應(yīng)用[J].電子測量技術(shù)，2013，36（1）：101-103.

[2] 劉春，吳曉玲，劉文清.數(shù)據(jù)信號處理技術(shù)在氣體檢測中的應(yīng)用[J].電子測量與儀器學(xué)報，2011，25（6）：553-557.

[3] 于焱.低成本單片機系統(tǒng)高性能濾波算法設(shè)計[J].計測技術(shù)，2011，31（3）：54-55.

[4] 李莉，李鵬.一種減小線性化誤差的濾波跟蹤算法[J].電子測量技術(shù)，2011，34（5）：34-36.

[5] 傅彩芬，房方.球桿系統(tǒng)的數(shù)字濾波與控制[J].實驗室研究與探索，2013，32（9）：13-15.

[6] 康學(xué)福.濾波電路頻率特性的仿真分析[J].國外電子測量技術(shù)，2014，33（1）：40-42.

[7] 韓碩，趙連娟.復(fù)合數(shù)字濾波在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].輕工科技，2013，8：74-75.

[8] 王玉花，石玉香，王孝.數(shù)字濾波技術(shù)在容柵數(shù)顯量具中的應(yīng)用[J].工具技術(shù)，2013，4：72-74.

[9] 段曉健，王前波，張謙，等.基于斜率變化的一種數(shù)字濾波算法[J].數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，2013，3：140，144.

[10] 鄧曉，鄧智，劉以農(nóng).數(shù)字濾波幅度測量性能與采樣頻率的關(guān)系研究[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2012，32（9）：1007-1011.

摘 要：本文介紹了在無源顯示表中常用的數(shù)字濾波技術(shù)，進行了對比，并采用了一種新的方法。實驗證明，該方法對于干擾的抑制效果好于單獨采用一種數(shù)據(jù)濾波技術(shù)的效果。

關(guān)鍵詞：顯示表 數(shù)字濾波 干擾

中圖分類號：TP216.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0017-02

無源數(shù)字顯示表在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)場使用中，現(xiàn)場的環(huán)境復(fù)雜，很容易將干擾串入被采集信號，從而導(dǎo)致采集信息出現(xiàn)偏差，進而影響數(shù)字顯示表的顯示精度，影響對實際生產(chǎn)狀況的判斷與決策。克服干擾可以采用軟件與硬件兩種方式去解決。通常的硬件解決辦法是在顯示表的內(nèi)部采用具有良好共模抑制比和串模抑制比的儀表放大器和AD轉(zhuǎn)換器，這樣的措施可以解決大部分的問題，但對于一些隨機的干擾的抑制效果不明顯。而軟件上可以采用數(shù)字濾波的方法，幫助剔除掉來自環(huán)境和其他設(shè)備的信號干擾。本文對各種數(shù)字濾波技術(shù)進行比對，采用一種新的數(shù)字濾波方法。

1 無源數(shù)字顯示表工作原理

無源數(shù)字顯示表的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

二線制無源數(shù)字顯示表串聯(lián)于二線制變送器的4～20 mA閉環(huán)回路中，可以現(xiàn)場顯示電流環(huán)代表的物理量。該顯示表可以完成電源獲取，電流采樣，信號調(diào)理與放大，AD轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，信息顯示，參數(shù)設(shè)置等功能。該顯示表采用的均為低功耗器件，系統(tǒng)整體功耗小。

2 常用的數(shù)字濾波技術(shù)

2.1 算術(shù)平均值濾波

算術(shù)平均值濾波是要按輸入的N個采樣數(shù)據(jù)，尋一找，使與各采樣值間的偏差平方和最小。公式如下：

（1）

對一般隨機干擾的信號如果采用該濾波方法進行濾波，可以平均較大干擾，但是干擾還在信號中，并且信號的響應(yīng)速度變慢，再要求快速更新數(shù)據(jù)的場合，不利于對現(xiàn)場狀況進行分析。

2.2 中值濾波

該方法取奇數(shù)個采樣值，然后取中間值顯示。該方法簡單易行，但對于持續(xù)的干擾，仍然會抬高采樣數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)不準確。

2.3 加權(quán)平均值濾波

算術(shù)平均值濾波對N次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即1/N。有時為了改進濾波效果，減小系統(tǒng)對當前所受干擾的靈敏度，需要減小新采樣值在平均值中的比重，即將各采樣位取不同的比例，然后再相加，此方法稱為加權(quán)平均值濾波。一個N項加權(quán)平均式為：

在（5）式中，為上次濾波值，為本次采樣值。本濾波技術(shù)的關(guān)鍵在于取值。

3 改進措施及其實現(xiàn)

對采集的數(shù)據(jù)采取先剔除差異較大值（限幅濾波），然后滑動平均值濾波，然后采用一階滯后濾波（參數(shù)取值是關(guān)鍵）。以下為濾波實現(xiàn)的子程序。

#define C 20 //兩次采樣值的最大差值

#define N 12 //滑動平均值濾波值的個數(shù)

#define A 60 //一階滯后濾波系數(shù)

char buf_value[N]；

char i=0；

char value；

char value_new；

char filter（）

{char count；

int sum=0；

char value_temp；

//限幅濾波部分

buf_value[i++]=get_ad（）：

if（（buf_value[i]-value>C）||（value- buf_value[i]>C））

buf_value[i]=value；

//滑動平均值濾波部分

if（i==N）i=0；

for（count=0；count

sum+= buf_value[count]；

value_new=（char） sum/N；

//一階滯后濾波部分

value_temp=value*（100-A）+ value_new*A；

return value_temp/100；}

其濾波效果如圖2。可以看出，本濾波算法的輸出平穩(wěn)，波動較小。

4 結(jié)論

本文介紹了在無源顯示表中常用的濾波技術(shù)，并采用了一種新的方法來實現(xiàn)對采樣數(shù)據(jù)的處理。從結(jié)果可以看出，濾波效果有明顯提高，顯示的精度更高。

參考文獻

[1] 王堅.一階滯后濾波在減速機特性曲線繪制中的應(yīng)用[J].電子測量技術(shù)，2013，36（1）：101-103.

[2] 劉春，吳曉玲，劉文清.數(shù)據(jù)信號處理技術(shù)在氣體檢測中的應(yīng)用[J].電子測量與儀器學(xué)報，2011，25（6）：553-557.

[3] 于焱.低成本單片機系統(tǒng)高性能濾波算法設(shè)計[J].計測技術(shù)，2011，31（3）：54-55.

[4] 李莉，李鵬.一種減小線性化誤差的濾波跟蹤算法[J].電子測量技術(shù)，2011，34（5）：34-36.

[5] 傅彩芬，房方.球桿系統(tǒng)的數(shù)字濾波與控制[J].實驗室研究與探索，2013，32（9）：13-15.

[6] 康學(xué)福.濾波電路頻率特性的仿真分析[J].國外電子測量技術(shù)，2014，33（1）：40-42.

[7] 韓碩，趙連娟.復(fù)合數(shù)字濾波在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].輕工科技，2013，8：74-75.

[8] 王玉花，石玉香，王孝.數(shù)字濾波技術(shù)在容柵數(shù)顯量具中的應(yīng)用[J].工具技術(shù)，2013，4：72-74.

[9] 段曉健，王前波，張謙，等.基于斜率變化的一種數(shù)字濾波算法[J].數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，2013，3：140，144.

[10] 鄧曉，鄧智，劉以農(nóng).數(shù)字濾波幅度測量性能與采樣頻率的關(guān)系研究[J].核電子學(xué)與探測技術(shù)，2012，32（9）：1007-1011.