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
7 n9 h  A0 p$ d6 W0 w$ f3 w1 p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
3 s, H5 U9 Q# S3 s* A" d6 e9 y6 ?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。
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1 J2 Z6 C: [: |2 I5 X目前的一些测控系统中均包含传感器、A／D变
1 I7 ^1 c0 I6 H- ^3 s3 G) v) _换器、数据处理单元、数据显示等几个部分。干扰信
" ?. Q/ |) b2 O8 B7 p' b' A' i+ d6 P2 T号会叠加到传感器和A／D变换器之间的模拟信号
" q* v+ m+ b0 r1 u; d0 x上，造成数码管显示测试结果频繁变化，读数困难。
7 t! Q, y( b2 A1 ~, \$ m7 n为改善显示效果，对A／D变换后的数据进行滤波处
6 n* l  Z$ }4 M, U; f理。低通滤波器虽可以稳定显示结果，但低通滤波器
7 ]6 X- ?5 E0 l: U! x存在显示结果延时长和不能瞬间跳变的缺点。本文
1 ~) \5 b- G; P2 @8 k- u5 s& M4 M2 O* q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。
8 e  J! _# e8 C* r% i2 g- J液压动力钳扭矩测控系统由扭矩传感器、A／D
0 b. a; S  H; c, o2 q( N  r- K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
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
$ M$ s) C( v  }& h8 v8 q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
' C7 x, r9 }* b7 l8 S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
% D" T! K, g3 n' k扰抑制的方法。该滤波器有效地抑制了液压动力钳
4 o: {# ]9 v2 r' L' J扭矩测控系统中的干扰信号，同时保留了该系统快
& G, T+ R0 {/ I速反应的能力，取得了良好的效果。
& v. x' V0 P5 x7 e( {2杂波对测控系统显示结果的影响
  s/ h( D) A. l- _  u液压动力钳扭矩在系统运行过程中随时间线性
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 y) [1 u/ I( R; ]关系。液压动力钳扭矩测控系统中，液压动力钳扭矩
% e; l" d. w2 ^8 t7 K( i/ b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·
8 L/ w1 u2 a  [1 ?$ J5 H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
扭矩为0牛·米；电压为5伏时，液压动力钳扭矩为

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