A/D轉(zhuǎn)換中的數(shù)字濾波抗干擾技術(shù)

1引言

　　儀器儀表設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中，由于生產(chǎn)變量的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程具有重要的意義，因此對(duì)各種物理量測(cè)試數(shù)據(jù)精度要求是比較高的。

　　在前向測(cè)試通道上采用的抗干擾措施中，濾波方法是抑制干擾的一種有效途徑。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，可利用硬件濾波器電路或軟件濾波器算法提高測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。硬件濾波措施是使用較多的一種方法，技術(shù)比較成熟，但同時(shí)也增加了設(shè)備，提高了成本，而且電子設(shè)備的增加有可能帶來(lái)新的干擾源。而采用軟件濾波算法不需增加硬件設(shè)備，可靠性高，功能多樣，使用靈活，具有許多硬件濾波措施所不具備的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然它需要占一定的運(yùn)行時(shí)間。

　　2常用的幾種軟件濾波方法

　　(1)中值濾波法：即每次

　　取N個(gè)AD值，去除其中的最大值和最小值而取剩余的N-2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換值的平均值。

　　(2)程序判斷濾波法：即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定出兩次采樣的最大偏差ΔY，若先后兩次采樣的信號(hào)相減數(shù)值大于ΔY，表明輸入為干擾信號(hào)，應(yīng)去除;用上次采樣值與本次采樣值比較，若小于或等于Δ Y，表明沒(méi)有受到干擾，此時(shí)本次采樣值有效，這樣可以濾去隨機(jī)干擾和傳感器不穩(wěn)定而引起的誤差。

　　(3)利用格拉布斯(Grubbs)準(zhǔn)則進(jìn)行處理：根據(jù)誤差理論，要有效地剔除偶然誤差，一般要測(cè)量10次以上，兼顧到精度和響應(yīng)速度，取15次為一個(gè)單位。在取得的15個(gè)數(shù)據(jù)中，有些可能含有較大的誤差，需要對(duì)它們分檢，剔除可疑值，提高自適應(yīng)速度。對(duì)可疑值的剔除有多種準(zhǔn)則，如萊以達(dá)準(zhǔn)則、肖維勒(Chauvenet)準(zhǔn)則、格拉布斯(Grubbs)準(zhǔn)則等。以Grubbs準(zhǔn)則為例，它認(rèn)為若某測(cè)量值 xi對(duì)應(yīng)的殘差Vi滿足下式

　　|Vi|=| xi-|>g(n，a)× σ(X)

　　時(shí)應(yīng)將該數(shù)據(jù)舍去。式中，為n次采集到的AD 值的平均值，=(∑xi)/n ;σ(X)為測(cè)量數(shù)據(jù)組的標(biāo)準(zhǔn)差，由貝塞爾函數(shù)可得： σ(X)=[(∑Vi2 )/(n-1)]1/2;g(n， a)是取決于測(cè)量次數(shù)n和顯著性水平a (相當(dāng)于犯“棄真” 錯(cuò)誤的概率系數(shù))，a通常取0.01或0.05。通過(guò)查表可得：當(dāng) n=15時(shí)，a=0.05, g(n，a)=2.41。

　　把15次采集到的AD值存入一個(gè)數(shù)組中然后求平均值，計(jì)算殘差，求標(biāo)準(zhǔn)差σ(X)。將殘差絕對(duì)值與2.41倍的標(biāo)準(zhǔn)差σ(X)比較。剔除可疑值以后，再求平均值，求出新的平均值以后，應(yīng)再重復(fù)以上過(guò)程，驗(yàn)證是否還有可疑值存在。據(jù)我們對(duì)測(cè)量裝置大量的實(shí)際測(cè)試結(jié)果看，這樣做沒(méi)有什么必要，因?yàn)橐话阒挥械谝槐榧纯蛇_(dá)到要求。

　　然而這種方法也有它的不足, 利用Grubbs準(zhǔn)則需要處理大量的數(shù)據(jù)，而在一般的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備中，儀表結(jié)構(gòu)大多采用嵌入式結(jié)構(gòu)，如AVR單片機(jī)。這些MCU程序空間和數(shù)據(jù)空間有限，若處理大量數(shù)據(jù)，難以滿足資源要求。而且，由于Grubbs準(zhǔn)則要求MCU進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理，使得系統(tǒng)降低了信號(hào)采集速率，影響實(shí)時(shí)性。