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
# j; u8 c/ j# ]' E+ w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。

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
3 ?8 _; N! w( C+ }  J2 G号会叠加到传感器和A／D变换器之间的模拟信号
- w" q+ I5 y: E4 K* j上，造成数码管显示测试结果频繁变化，读数困难。
为改善显示效果，对A／D变换后的数据进行滤波处
" L8 K) S) G8 |8 ^理。低通滤波器虽可以稳定显示结果，但低通滤波器
# K: a( N0 e, w  T1 G( d% [  @& y存在显示结果延时长和不能瞬间跳变的缺点。本文
9 [7 L. A" H4 w/ t结合液压动力钳扭矩测控系统完成了非线性干扰抑
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
示单元，以及打印机等组成。液压动力钳扭矩的扭矩
# I" V' l( w6 s0 T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
, r. Y: F) i4 ~8 H通过数码管实时显示扭矩以及转数。液压动力扭矩
( W. z. [! }8 \2 s( |/ |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
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
扰抑制的方法。该滤波器有效地抑制了液压动力钳
扭矩测控系统中的干扰信号，同时保留了该系统快
速反应的能力，取得了良好的效果。
. ~9 }( X- B& N% H7 y* D2杂波对测控系统显示结果的影响
" {. p" B& f" `# M& N. h1 Y3 R液压动力钳扭矩在系统运行过程中随时间线性
: k* M: D% ~$ y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
8 q, u: |2 F" h; k$ x; `# \  V+ ^有三个量程，分别为8000牛·米，16000牛·米，
- e0 t( d( \) r) H9 w0 y80000牛·米。不失一般性，本文只分析8000牛·
米量程。当液压动力钳扭矩测控系统的量程为8000
牛·米时，采样到的电压值在1～5伏范围内，数码
管显示液压动力钳扭矩。电压为1伏时，液压动力钳
  F7 S% m8 j- k* v1 o扭矩为0牛·米；电压为5伏时，液压动力钳扭矩为

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