CN103776470A - 一种对于频率量的圆周采样滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对于频率量的圆周采样滤波方法，属于控制系统采样的滤波技术领域。本发明依据测速齿轮不论是否偏心其在匀速旋转一周时输出的频率量的周期之和为一定值的原理，通过对一周或一周的整数倍进行连续采样，得出当量频率，从而实现对由于振动而造成的频率量突变信号的滤波，使采样到的频率量信号真实可信。

Description

一种对于频率量的圆周采样滤波方法

技术领域

本发明涉及控制系统采样的滤波技术领域，具体涉及一种对于频率量的圆周采样滤波方法。

背景技术

在工业控制、工程机械控制、汽车电子中存在大量的频率量信号需要采集。传感器的频率量信号输出的应用十分广泛，在实际应用中主要有转速信号（如发动机转速信号、车轮转速信号、电机转速信号等）、流量信号（主要是蜗轮流量传感器输入信号）、编码器角度信号等。一般来说，频率量是快速变化的开关量，其变化的频率一般是几赫兹至几万频兹，因此控制系统采样时重点是高低电平的切换速率，通过两个电平之间的切换时间来测量频率量。

为了得到真实的频率信号，控制系统在采样时一般通过硬件和软件两种方法实现对频率量采样的滤波。在硬件滤波上是通过硬件电路实现对干扰的频率信号的滤除，如通过阻容滤波、高通滤波、低通滤波、带通滤波等到各种形式得到真实的频率信号。硬件电路进行滤波的缺点是电路设计复杂、增加了硬件成本和控制器的体积。而软件滤波则有配置灵活等优点，因此软件滤波得以广泛应用。在软件滤波上可以模拟硬件滤波实现阻容滤波、高通滤波、低通滤波、带通滤波等形式，还能够利用求平均值、去除异常值、历史数据累加等形式实现滤波。软件中计算频率的方法常用的有三种，测频法、测周期法、和测频测周法。测频法是在一定测量时间T内，测量传感器脉冲产生的脉冲数来测量频率量；测周期法是频率可以用两脉冲产生的间隔宽度T_P来决定。测频测周法即是综合了测频法和测周期法分别对高、低频率具有的不同精度，利用各自的优点而产生的方法，精度位于两者之间。

但在实际的使用过程中，如图1所示，在工作环境振动较剧烈的条件下，往往会造成提供频率输出的旋转轴偏心，进而造成安装间距变化，从而造成频率信号输出会发生跳变，这是原有算法难以解决的问题。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现对由于振动而造成的频率量突变信号的滤波，使采样到的频率量信号真实可信。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种对于频率量的圆周采样滤波方法，包括以下步骤：

S1、进入输入捕捉中断，此时若有频率量输入，则触发中断，禁止当前的输入捕捉中断；将中断次数变量IntTimes加1，将当前输入捕捉定时器的值TC0赋予本次中断时刻变量TCount1；

S2、计算所测频率量的周期T：判断本次中断时刻变量值TCount1是否大于或等于上次中断时刻变量值TCount0，如果判断为是，则本次所测的频率量周期T=TCount1-TCount0，如果判断为否，则判断中断所用的自由度数器发生了溢出，之后更新上次中断时刻变量值TCount0=TCount1，从而为下一次中断的频率量周期T的计数做准备；

S3、计算齿轮一周的中断的频率量周期当量，从而确定圆周采样滤波后的频率量FC：

首先进行如下判断：如果中断次数变量IntTimes=1，则表示这是开始齿轮一周的频率量测量后，第1齿形的输出脉冲触发了中断，则将圆周采样变量清零，这表示开始了圆周采样的滤波；第1齿形频率量的周期当量T1为T/N，N表示齿轮齿数；

如果中断次数变量IntTimes=i，则表示这是开始齿轮一周的频率量测量后，第i齿形的输出脉冲触发了中断，第i齿形频率量的周期当量Ti=T/N，i=2,3,…,N-1;

如果中断次数变量IntTimes=N，则表示这是开始齿轮一周的频率量测量后，第N齿形的输出脉冲触发了中断，第N齿形频率量的周期当量TN=T/N；并且测量的频率量当量周期为TC=T1+T2+T3+…+TN，进而求得当时频率量FC，FC=Rt×1/TC，Rt为时间系数，此时使圆周采样变量置为1，表示已完成一周的采样，同时使中断次数变量清零，为下一次采样准备。

优选地，所述时间系数根据单片机的总线时钟和齿轮齿数N求得。

（三）有益效果

本发明依据测速齿轮不论是否偏心其在匀速旋转一周时输出的频率量的周期之和为一定值的原理，通过对一周或一周的整数倍进行连续采样，得出当量频率，从而实现对由于振动而造成的频率量突变信号的滤波，使采样到的频率量信号真实可信。

附图说明

图1为频率量输出脉冲波形的装置结构图；

图2为频率量输出脉冲波形的周向分布分析图；

图3为本发明的频率量圆周采样滤波方法流程图；

图中：1.测速齿轮、2.测速传感器、3.安装支架、d.安装间距、4.采集系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1、图2所示，测速齿轮1在匀速s旋转过程中，当由于振动而造成测速齿轮旋转偏心时，从而造成安装间距的变化，则应输出的均匀的脉冲频率量会发生跳变，时而频率大、时而频率小。但通过分析可知，在匀速下，无论测速齿轮1是否偏心旋转，其发生的脉冲的个数N是一定的，一周的所有脉冲周期之和是一定的。因此可以通过对旋转齿轮的一周的脉冲频率量进行采样，将所有脉冲周期进行累加，并除以测速齿轮的一周的齿数N，即得到滤波后的当量频率周期TC，进而可以求得当量的频率值，从而通过转换计算，可得到真实的物理量（如流量、转速等）的值。

本发明利用上述原理设计的对于频率量的圆周采样滤波方法的具体实现过程如图3所示。对于频率量的采样，本发明应用的是单片机的I/O口的输入捕捉功能，利用输入捕捉中断，即频率量的上升沿（或下降沿）进入I/O端口后，即触发中断，图3中应用的中断捕捉定时器是TC0。在程序中，应提前使能中断。具体过程如下：

（1）进入输入捕捉中断。此时有频率量输入，则触发中断，进入处理程序，禁止当前的输入捕捉中断，以防在处理过程中再触发中断；中断次数变量IntTimes自动加1，其初始值为0；将当前输入捕捉定时器的值赋与本次中断时刻变量TCount1=TC0。

（2）计算所测得的频率量的周期T。判断本次中断时刻变量值是否大于或等于上次中断时刻变量值，即判断TCount1>=TCount0?，TCount0的初始值为0。如果判断为是，则本次所测的频率量周期T=TCount1-TCount0。如果判断为否，是由于中断所用的自由度数器发生了溢出，假定其最大溢出值为65535，则本次所测的频率量周期T=65535-TCount0+TCount1。之后更新上次中断时刻变量值TCount0=TCount1，从而为下一次中断的频率量周期T的计数做好准备。

（3）齿轮一周的中断的频率量周期当量的计算。

进行如下判断，如果中断次数变量IntTimes=1，则表示这是开始齿轮1周的频率量测量后，第1齿形的输出脉冲触发了中断，则圆周采样变量清零，CirSampleTimes=0，这表示开始了圆周采样的滤波；第1齿形频率量的周期当量T1=T/N。

如果中断次数变量IntTimes=2，则表示这是开始齿轮一周的频率量测量后，第2齿形的输出脉冲触发了中断，第2齿形频率量的周期当量T2=T/N。

如果中断次数变量IntTimes=3，则表示这是开始齿轮一周的频率量测量后，第3齿形的输出脉冲触发了中断，第3齿形频率量的周期当量T3=T/N。

如此规律，直至IntTimes=N。

如果中断次数变量IntTimes=N，则表示这是开始齿轮一周的频率量测量后，第N齿形的输出脉冲触发了中断，第N齿形频率量的周期当量TN=T/N；并且测量的频率量当量周期为TC=T1+T2+T3+…+TN。进而可求得当时频率FC，FC=（时间系数）Rt×1/TC。时间系数Rt综合单片机的总线时钟、齿轮齿数N而得到的，综合单片机相关知识与现有物理公式即可求出。由于不同单片机总线时钟设置不同，因此无法给出统一的计算公式。此时使圆周采样变量置为1，CirSampleTimes=1，表示已完成一周的采样，同时使中断次数变量清零，为下一次采样准备，IntTimes=0。

（4）退出中断处理程序。退出之前，一定要先使能输入捕捉中断。

图3所示的是进行连续1周频率采样的流程，当然也可以进行1周的整数倍进行采样滤波，则得到的频率值更稳定。

由以上实施例可以看出，本发明依据测速齿轮不论是否偏心其在匀速旋转一周时输出的频率量的周期之和为一定值的原理，通过对一周或一周的整数倍进行连续采样，得出当量频率，从而实现对由于振动而造成的频率量突变信号的滤波，使采样到的频率量信号真实可信。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种对于频率量的圆周采样滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、进入输入捕捉中断，此时若有频率量输入，则触发中断，禁止当前的输入捕捉中断；将中断次数变量IntTimes加1，将当前输入捕捉定时器的值TC0赋予本次中断时刻变量TCount1；

S2、计算所测频率量的周期T：判断本次中断时刻变量值TCount1是否大于或等于上次中断时刻变量值TCount0，如果判断为是，则本次所测的频率量周期T=TCount1-TCount0，如果判断为否，则判断中断所用的自由度数器发生了溢出，之后更新上次中断时刻变量值TCount0=TCount1，从而为下一次中断的频率量周期T的计数做准备；

S3、计算齿轮一周的中断的频率量周期当量，从而确定圆周采样滤波后的频率量FC：

首先进行如下判断：如果中断次数变量IntTimes=1，则表示这是开始齿轮一周的频率量测量后，第1齿形的输出脉冲触发了中断，则将圆周采样变量清零，这表示开始了圆周采样的滤波；第1齿形频率量的周期当量T1为T/N，N表示齿轮齿数；

如果中断次数变量IntTimes=i，则表示这是开始齿轮一周的频率量测量后，第i齿形的输出脉冲触发了中断，第i齿形频率量的周期当量Ti=T/N，i=2,3,…,N-1;

如果中断次数变量IntTimes=N，则表示这是开始齿轮一周的频率量测量后，第N齿形的输出脉冲触发了中断，第N齿形频率量的周期当量TN=T/N；并且测量的频率量当量周期为TC=T1+T2+T3+…+TN，进而求得当时频率量FC，FC=Rt×1/TC，Rt为时间系数，此时使圆周采样变量置为1，表示已完成一周的采样，同时使中断次数变量清零，为下一次采样准备。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间系数根据单片机的总线时钟和齿轮齿数N求得。

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