数据采集系统中的数字滤波方法研究.pdf

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数据采集系统中的数字滤波方法研究张玉珊，崔金玲2常用滤波措施引言了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的这些不利因素，这就要求工程人员在系统设计时，要充分波器来滤除大于50Hz的高次谐波，改善电源的性能。入与输出端要进行隔离；滤波器的位置应尽量靠近需行实验确定，既不能选择过大，也不能选择过小。过程序以达到信号滤波的目的，由于是用程序实现滤可以对极低频的干扰信号进行有效的抑制；而且在过数字滤波将被测信号连续M次(M≥3)的采样结果进行排序，分别剔除最大和最小的÷个数据，并取剩余的÷好。一般取M一3，考虑到实际信号的变化规律往往随着计算机技术、电磁兼容技术、传感器技术和信息技术的飞速发展和普及，数据采集与处理系统也越来越得到了广泛的应用。这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低生产成本提供信息和手段。在实际的工业生产过程中，数据采集与处理越及时，工作效率、性能价格比就越高，取得的经济效益就越好。但是由于实际的工作现场环境一般较恶劣，存在着来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等各种各样的噪声和干扰。为考虑到各种干扰的来源，从设计角度寻求、采取一些弥补措施，以提高数据采集质量，进而提高系统的可靠性和稳定性。一般设计的总方针是：滤波、屏蔽、接地、隔离与吸收，而滤波技术则是我们在数据采集系统中必不可少的一种去除干扰的手段。1)电源端的低通滤波由于电网的干扰大部分是高次谐波，采用低通滤使用低通滤波器时应注意以下几点：低通滤波器本身应屏蔽，且屏蔽盒与系统的机壳要保持良好的接触；为减少耦合，所用导线要靠近地面走线；滤波器的输要滤波的地方，其间的连线也要进行屏蔽；用先进的磁粉芯材料构成电源滤波器。2)信号端的电容滤波器电容滤波法是实时采集系统经常采用的一种廉价而有效的无源滤波技术。但在实际应用中，一般认为对电容滤波器，应选择耐压高、绝缘性好、温度系数小、自谐振频率高的电容。其容量要根据具体系统进大会损伤有用信号，过小则达不到滤波效果。，3)软件滤波算法硬件滤波器只是提高实时系统数据采集质量的措施之一，它和其他任何滤波技术一样，很难彻底抑制各种干扰，因此很有必要进行数字滤波。数字滤波是指根据预定的滤波算法编制相应的波，因此其稳定性高，滤波参数修改方便。数字滤波程控制系统中的各个不同控制回路中，可以调用同一种滤波子程序，使用方便，成本低廉。经典的数字滤波方法较多，有算术平均值法、超值滤波法、比较取舍法、滑动算术平均法、竞赛评分法以及一阶低通滤波法等。究竟采用哪种滤波技术应视具体情况而定，对于不同性质的干扰，相应的滤波对策是不同的。1)中位值滤波个数据的平均值作为本次滤波器输出。这种滤波算法对缓慢变化过程中的脉冲干扰信号的抑制效果很第15卷第3期2007年05月河南机电高等专科学校学报(河南师范犬学计算机与信息技术学院，河南新乡453007)摘要：数字滤波是通过编程软件对数字信号进行滤波的一种方法，是数据采集中的关键性技术。文中介绍了几种使用较为普遍的数字滤波算法，并给出了相应的数学模型。同时对这几种算法进行了比较，指出了每一种算法的适用范围和注意事项。关键词：数据采集；数字滤波；噪声；干扰中图分类号：TP274文献标识码：A文章编号：1008—2093(2007)03一0023一0313JournalV01．15№．3Mav．2007收稿日期：2007一03一06作者简介：张玉珊(1973～)，女，河南尉氏人，讲师，主要从事计算机控制技术、信号处理研究。23ofHenanMechanicalandE1ectricalEngineeringC01legeo
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T，兰堡攀垒二旦+y(K)一x(K)其中：口一F{昂为滤波系数；卜采样周期；粥，一器一·南’△K1一全祭其中：Ai为权系数，满足条件{：三：：三j：：：≥i：。l再采样1L墨岩≠2盟其中：砀——第托次采样的滤波输出；X州——是相同的权系数寺，这样，N次采样值对滤波输出结数组中最前端的一个数据，再把数组中最新的N个采样值进行算术平均，作为K丁时刻的滤波输出。算法未被滤波的第n—i次采样值；N——算术平均项数x(是)——本次采样输入；y(矗)，y(忌一1)——分别为而言，减少了运算量，简化了程序。其中：y。——本次滤波器的输出；X。——本次采样值；X。一。——上次采样值、，一J是连续的，故而可采用如下-算式：{Xz～X-{<△XlX3Ix3～X2l<△X2)递推平均滤波对被测信号y连续采样N次，并把这N个采样值看做一个元素个数固定的数组中的数据，当下一个采样时刻K丁到来时，对参数再次采样，获得一个最新的采样结果X舡，这时把X赶放人数组的尾部，淘汰算式为：y。一寺三x。一。递推平均滤波对周期性干扰有良好的抑制作用，但对脉冲干扰的抑制却不够理想。N