基于单片机的非线性滤波器的设计与实现

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摘要：在一些测控系统中，干扰信号会叠加到传感器和A／D变换器之间的模拟信号上，造成
数码管显示测试结果时频繁变化，读数困难。对A／D变换器输出数据低通滤波，虽然可以稳定显
示，但存在显示结果延时长和不能瞬间跳变的缺点。为此，本文用基于施密特原理的非线性滤波器
抑制干扰，滤波由测控系统中的单片机完成。仿真和实际运行均表明，非线性滤波方法有效地滤除
了干扰，数码管显示平稳，同时保留了该系统快速显示的能力。

9 Y4 H' p) s: W8 J; V0 T( r目前的一些测控系统中均包含传感器、A／D变
换器、数据处理单元、数据显示等几个部分。干扰信
& d4 m9 w( a. L# t7 ~号会叠加到传感器和A／D变换器之间的模拟信号
上，造成数码管显示测试结果频繁变化，读数困难。
4 O2 Q2 b( Y$ _0 d  w+ |为改善显示效果，对A／D变换后的数据进行滤波处
2 W5 ~0 [% F" V" e理。低通滤波器虽可以稳定显示结果，但低通滤波器
存在显示结果延时长和不能瞬间跳变的缺点。本文
( n4 ?, @3 p  D结合液压动力钳扭矩测控系统完成了非线性干扰抑
  [0 v8 t2 ?& F) D; V( y6 Z制滤波器的研制。
液压动力钳扭矩测控系统由扭矩传感器、A／D
变换器、数据处理单元、上扣执行单元和工作状态显
7 j4 l+ b& K1 i% B示单元，以及打印机等组成。液压动力钳扭矩的扭矩
与扭矩传感器输出电压成线性关系。在运行过程中，
从执行单元上扣开始，液压动力扭矩开始增加，同时
通过数码管实时显示扭矩以及转数。液压动力扭矩
0 V% O" N3 O( j+ p8 Q3 l+ V+ B在一定的时间内(如1分钟)上升到设定值后，执行
单元释放上扣扭矩，液压动力扭矩瞬间回到0。由于
# k& w# G0 w8 ]3 J液压动力钳扭矩测控系统受到干扰，导致显示结果
混乱。为此，本文提出了基于施密特原理的非线性干
6 B' _& j6 d" }6 e* z) U3 U扰抑制的方法。该滤波器有效地抑制了液压动力钳
( H6 M- o0 X5 @/ [; E" R; H1 p! d扭矩测控系统中的干扰信号，同时保留了该系统快
0 @" _+ V6 \$ b7 }& N6 I: j* b" p速反应的能力，取得了良好的效果。
7 F7 E5 y( N$ b  I2杂波对测控系统显示结果的影响
$ }1 O; |4 ?& e# h3 i5 f  p液压动力钳扭矩在系统运行过程中随时间线性
( ]0 Y) W4 b. b; @) z  C变化。在液压动力钳扭矩测控系统中，液压动力钳扭
矩与时间的关系体现在采样得到的电压值与时间的
关系。液压动力钳扭矩测控系统中，液压动力钳扭矩
有三个量程，分别为8000牛·米，16000牛·米，
80000牛·米。不失一般性，本文只分析8000牛·
  W( Q! i0 J; h* L' ]+ _米量程。当液压动力钳扭矩测控系统的量程为8000
) `, h! k! S. D3 y' M1 N牛·米时，采样到的电压值在1～5伏范围内，数码
  q- Y. j2 j% L/ H: g# U- v1 F管显示液压动力钳扭矩。电压为1伏时，液压动力钳
  \$ }- B6 h( ?) J/ l) w+ d  d' A扭矩为0牛·米；电压为5伏时，液压动力钳扭矩为

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