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
0 v0 e: z- \0 U4 P; y2 ^1 l* j3 z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
$ {( W8 ], R8 `9 n* E( y; ]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。

; ~, p9 m: P& i0 I8 Z1 b目前的一些测控系统中均包含传感器、A／D变
/ f# ?( g7 z( P换器、数据处理单元、数据显示等几个部分。干扰信
6 @4 B+ J% d( s+ O# G4 Q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。
% q. A7 T) _; ]' r3 O$ ^8 i, c& ~为改善显示效果，对A／D变换后的数据进行滤波处
理。低通滤波器虽可以稳定显示结果，但低通滤波器
- _* Z6 s9 `  w9 N$ {存在显示结果延时长和不能瞬间跳变的缺点。本文
* B0 h% N7 V6 L% C- `结合液压动力钳扭矩测控系统完成了非线性干扰抑
6 l9 Q7 z# T" i1 t# h; i制滤波器的研制。
6 _- F) n! p% o# a0 S! D液压动力钳扭矩测控系统由扭矩传感器、A／D
- e2 [' e4 l0 m8 w0 i$ i/ y变换器、数据处理单元、上扣执行单元和工作状态显
; g2 J$ ?) O+ A$ v/ o+ H/ h示单元，以及打印机等组成。液压动力钳扭矩的扭矩
8 {# W6 V5 Q9 r- ~1 _与扭矩传感器输出电压成线性关系。在运行过程中，
" d7 r1 r/ m2 R; B7 E+ R! Q7 m从执行单元上扣开始，液压动力扭矩开始增加，同时
) u+ r, y' n0 s0 U6 t. o& m0 U通过数码管实时显示扭矩以及转数。液压动力扭矩
在一定的时间内(如1分钟)上升到设定值后，执行
, \; g8 D- i" @+ s单元释放上扣扭矩，液压动力扭矩瞬间回到0。由于
5 i, b+ Q8 m% s5 K9 _, q4 b  R液压动力钳扭矩测控系统受到干扰，导致显示结果
- a% w$ Z, T. |! Y混乱。为此，本文提出了基于施密特原理的非线性干
" V* H4 ?; d( I( V/ J& x4 x9 Z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
* v* b: D& \) {1 ~! {5 y速反应的能力，取得了良好的效果。
2杂波对测控系统显示结果的影响
$ V3 W  A1 t' b: u. z" X. H6 q液压动力钳扭矩在系统运行过程中随时间线性
4 w7 h# G% B) l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
0 S! m! h" M" _/ D$ l" l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，
  e  k& D& _3 M: G80000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
" |  u3 c5 @( @. g' T7 j牛·米时，采样到的电压值在1～5伏范围内，数码
5 K+ p/ `/ M' h# y! a9 F) o' y4 _管显示液压动力钳扭矩。电压为1伏时，液压动力钳
3 M6 I; q8 H, f& E1 D( b: F  ]4 y扭矩为0牛·米；电压为5伏时，液压动力钳扭矩为

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