CN106603076A - 一种ad采样信号的处理方法及ad采样信号装置 - Google Patents

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Abstract

本申请所述的一种AD采样信号的处理方法及AD采样信号装置，所述的处理方法包括以下步骤，(1)设定触发AD转换模块的触发频率F，F＝f×(N+2)，其中，f为所需信号采样频率，N为AD转换模块所需放大的倍数；(2)AD转换模块采集AD基准数值和所需采集的AD输入信号数值，所述的AD基准数值和AD输入信号数值经过多重滤波；(3)根据经过多重滤波后的AD基准数值对经过多重滤波后的AD输入信号数值进行修正偏差，输出AD采样值。所述的AD采样信号装置，它包括AD转换模块、触发源、定时器，能够消除AD采样的偏移，提升准确度。通过对AD采样过程的处理，提升AD采样的分辨率。依据多重滤波算法，消除信号混叠问题以及降低信号抖动影响。

Description

一种AD采样信号的处理方法及AD采样信号装置
技术领域
本申请涉及一种AD采样信号的处理方法及AD采样信号装置，通过过程算法处理可提升AD采样精度，消除信号混叠问题以及降低信号抖动影响。
背景技术
当前市场上主流微控制器(MCU，DSP等)均集成了10位或12位AD转换模块，这些内置的AD转换模块分辨率较低，且依据所需采样频率设定的AD转换采样过程无法解决信号的混叠问题以及AD转换过程中出现的信号抖动问题。
通常的提升AD采样分辨率的方法有：一、采用外置高分辨率(16位，或者更高转换位数)，分辨率大幅提高的同时引入了转换速率降低以及成本大幅增加的问题；二、采用内置高分辨率AD转换模块的微控制器，成本增加，不仅转换速率降低，且由于使用差分输入的方式多占用一路AD输入通道，减少了可检测的AD信号通道数量。
通常解决信号混叠问题的方法有增加外置处理抗混叠滤波电路，衰减混叠信号能量。但是这将增加硬件成本，而且硬件电路的抗混叠滤波设定点固定不可调，不灵活。
信号的抖动主要由随机噪声引入，在AD量化过程产生，较难完全消除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种AD采样信号的处理方法及AD采样信号装置。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种AD采样信号的处理方法，所述的处理方法包括以下步骤，
(1)设定触发AD转换模块的触发频率F，F＝f×(N+2)，其中，f为信号采样需求的采样频率，N为AD转换模块所需放大的倍数；
(2)AD转换模块采集AD基准数值和所需采集的AD输入信号数值，所述的AD基准数值和AD输入信号数值经过多重滤波；
(3)根据经过多重滤波后的AD基准数值对经过多重滤波后的AD输入信号数值进行修正偏差，输出AD采样值。
优选地，所述的AD转换模块所需放大的倍数N＝2a，a为AD转换模块精度提升位数。
优选地，步骤(2)中的多重滤波方法具体为，AD转换模块采集的AD基准数值和所需采集的AD输入信号数值经过一重滤波和二重滤波。
优选地，所述的一重滤波的具体为，
采集N+2个AD基准数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第一平均数，
采集N+2个AD输入信号数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第一平均数；
所述的二重滤波的具体为，
采集N+2个AD基准数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第二平均数，
采集N+2个AD输入信号数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第二平均数。
优选地，根据所述的AD基准数值的第二平均数对AD输入信号数值的第二平均数进行修正，得到输入信号的AD采样值。
优选地，步骤(2)中的多重滤波方法具体为，
2.1将第n次采集到的AD基准数值放大N倍，写入数据暂存数组，记为ADSample_z0[k]；将第n次采集到的AD输入信号数值放大N倍，写入数据暂存数组，记为ADSample_x0[k]，然后将k加1后再赋值给k，其中，k为整数，初始值为0且0≤k＜(N+2)，若k≥(N+2)，则令k为0；
2.2分别对数组ADSample_z0[k]以及ADSample_x0[k]进行数据筛选，去除数组中的最大值与最小值，生成新的数组ADSample_z1[i]以及ADSample_x1[i]，其中，0≤i＜N；
2.3依据数组ADSample_z1[i]，求出对应的AD基准值平均值并将其写入数据暂存数组，记作ADSample_z1_Ave0[m]，依据数组ADSample_x1[i]，求出对应的AD输入信号平均值并将其写入数据暂存数组，记作ADSample_x1_Ave0[m]，其中，m为整数，初始值为0且0≤m＜(N+2)，若m≥(N+2)，则令m为0；
2.4分别对数组ADSample_z1_Ave0[m]以及ADSample_x1_Ave0[m]进行数据筛选，去除数组中的最大值与最小值，生成新的数组ADSample_z1_Ave1[j]以及ADSample_x1_Ave1[j]，其中，0≤j＜N；
2.5依据数组ADSample_z1_Ave1[j]，求出对应的AD基准值平均值，记作ADSample_z_Ave，依据数组ADSample_x1_Ave1[j]，求出对应的AD输入信号平均值，记作ADSample_x_Ave。
优选地，所述的步骤(3)具体为，依据ADSample_z_Ave对ADSample_x_Ave进行修正，得出输入信号的AD采样值为ADSample_Value。
本申请还提供一种AD采样信号装置，它包括AD转换模块、触发源、定时器，
所述的定时器用于设定触发AD转换模块的触发频率F，
所述的触发源用于根据所述的触发频率F触发所述的AD转换模块；
所述的AD转换模块用于采集AD基准数值和所需采集的AD输入信号数值，
其中，F＝f×(N+2)，f为所需信号采样频率，N为AD转换模块所需放大的倍数。
优选地，所述的AD转换模块所需放大的倍数N＝2a，a为AD转换模块精度提升位数。
优选地，所述的AD采样信号装置还包括一重滤波器和二重滤波器，
所述的一重滤波器用于采集N+2个AD基准数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第一平均数，
所述的一重滤波器还用于采集N+2个AD输入信号数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第一平均数；
所述的二重滤波器用于采集N+2个AD基准数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第二平均数，
所述的二重滤波器还用于采集N+2个AD输入信号数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第二平均数。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本申请所述的一种AD采样信号的处理方法及AD采样信号装置能够消除AD采样的偏移，提升准确度。通过对AD采样过程的处理，提升AD采样的分辨率。依据多重滤波算法，消除信号混叠问题以及降低信号抖动影响。
附图说明
图1为本申请所述的AD采样处理流程图
图2为本申请所述的AD采样处理过程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
本发明为提升主流微控制器(内置低精度10位或12位AD转换模块)AD采样分辨率，提出一种AD采样信号高精度处理方法并降低了获取高分辨率AD采样的成本。该方法可同时处理信号混叠问题，并有效降低信号抖动的影响。
所述的AD采样信号的处理方法包括以下步骤，
(1)设定触发AD转换模块的触发频率F，F＝f×(N+2)，其中，f为信号采样需求的采样频率，N为AD转换模块所需放大的倍数，N＝2a，a为AD转换模块精度提升位数，例如：微控制器的AD转换模块的转换位数为10位，需要提升2位精度，所需信号采样频率fg为3kHz，则N＝22＝4，那么
Freq(T)＝fg×(N+2)＝3×(4+2)＝18(kHz)。
(2)AD转换模块采集AD基准数值和所需采集的AD输入信号数值，所述的AD基准数值和AD输入信号数值经过一重滤波和二重滤波，
所述的一重滤波的具体为，
采集N+2个AD基准数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第一平均数，
采集N+2个AD输入信号数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第一平均数；
所述的二重滤波的具体为，
采集N+2个AD基准数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第二平均数，
采集N+2个AD输入信号数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第二平均数；
具体包括：
2.1将第n次采集到的AD基准数值放大N倍，写入数据暂存数组，记为ADSample_z0[k]；将第n次采集到的AD输入信号数值放大N倍，写入数据暂存数组，记为ADSample_x0[k]，然后将k加1后再赋值给k，其中，k为整数，初始值为0且0≤k＜(N+2)，若k≥(N+2)，则令k为0，n仅仅用来指代采样次数，不参与算法处理；
2.2分别对数组ADSample_z0[k]以及ADSample_x0[k]进行数据筛选，去除数组中的最大值与最小值，生成新的数组ADSample_z1[i]以及ADSample_x1[i]，其中，0≤i＜N；
2.3依据数组ADSample_z1[i]，求出对应的AD基准值平均值并将其写入数据暂存数组，记作ADSample_z1_Ave0[m]，依据数组ADSample_x1[i]，求出对应的AD输入信号平均值并将其写入数据暂存数组，记作ADSample_x1_Ave0[m]，其中，m为整数，初始值为0且0≤m＜(N+2)，若m≥(N+2)，则令m为0；
2.4分别对数组ADSample_z1_Ave0[m]以及ADSample_x1_Ave0[m]进行数据筛选，去除数组中的最大值与最小值，生成新的数组ADSample_z1_Ave1[j]以及ADSample_x1_Ave1[j]，其中，0≤j＜N；
2.5依据数组ADSample_z1_Ave1[j]，求出对应的AD基准值平均值，记作ADSample_z_Ave，依据数组ADSample_x1_Ave1[j]，求出对应的AD输入信号平均值，记作ADSample_x_Ave。
(3)依据ADSample_z_Ave对ADSample_x_Ave进行修正，得出输入信号的AD采样值为ADSample_Value。
本申请还提供一种AD采样信号装置，利用上述方法进行信号采样。所述的信号装置包括主流微控制器需内置的AD转换模块、触发源、定时器。具体为使用1个AD通道用作同一AD模块的输入信号基准参考。所述的定时器用于设定触发AD转换模块的触发频率F，所述的触发源用于根据所述的触发频率F触发所述的AD转换模块；所述的AD转换模块用于采集AD基准数值和所需采集的AD输入信号数值，其中，F＝f×(N+2)，f为信号采样需求的采样频率，N为AD转换模块所需放大的倍数，N＝2a，a为AD转换模块精度提升位数。收集AD采样数值，对比输入信号基准参考，依据多重滤波算法提升AD采样的分辨率，消除信号混叠问题以及降低信号抖动影响。
本申请所述的一种AD采样信号的处理方法及AD采样信号装置能够消除AD采样的偏移，提升准确度。通过对AD采样过程的处理，提升AD采样的分辨率。依据多重滤波算法，消除信号混叠问题以及降低信号抖动影响。
以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种AD采样信号的处理方法，其特征在于：所述的处理方法包括以下步骤，
(1)设定触发AD转换模块的触发频率F，F＝f×(N+2)，其中，f为信号采样需求的采样频率，N为AD转换模块所需放大的倍数；
(2)AD转换模块采集AD基准数值和所需采集的AD输入信号数值，所述的AD基准数值和AD输入信号数值经过多重滤波；
(3)根据经过多重滤波后的AD基准数值对经过多重滤波后的AD输入信号数值进行修正偏差，输出AD采样值。
2.根据权利要求1所述的一种AD采样信号的处理方法，其特征在于：所述的AD转换模块所需放大的倍数N＝2a，a为AD转换模块精度提升位数。
3.根据权利要求2所述的一种AD采样信号的处理方法，其特征在于：步骤(2)中的多重滤波方法具体为，AD转换模块采集的AD基准数值和所需采集的AD输入信号数值经过一重滤波和二重滤波。
4.根据权利要求3所述的一种AD采样信号的处理方法，其特征在于：
所述的一重滤波的具体为，
采集N+2个AD基准数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第一平均数，
采集N+2个AD输入信号数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第一平均数；
所述的二重滤波的具体为，
采集N+2个AD基准数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第二平均数，
采集N+2个AD输入信号数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第二平均数。
5.根据权利要求4所述的一种AD采样信号的处理方法，其特征在于：根据所述的AD基准数值的第二平均数对AD输入信号数值的第二平均数进行修正，得到输入信号的AD采样值。
6.根据权利要求5所述的一种AD采样信号的处理方法，其特征在于：步骤(2)中的多重滤波方法具体为，
2.1将第n次采集到的AD基准数值放大N倍，写入数据暂存数组，记为ADSample_z0[k]；将第n次采集到的AD输入信号数值放大N倍，写入数据暂存数组，记为ADSample_x0[k]，然后将k加1后再赋值给k，其中，k为整数，初始值为0且0≤k＜(N+2)，若k≥(N+2)，则令k为0；
2.2分别对数组ADSample_z0[k]以及ADSample_x0[k]进行数据筛选，去除数组中的最大值与最小值，生成新的数组ADSample_z1[i]以及ADSample_x1[i]，其中，0≤i＜N；
2.3依据数组ADSample_z1[i]，求出对应的AD基准值平均值并将其写入数据暂存数组，记作ADSample_z1_Ave0[m]，依据数组ADSample_x1[i]，求出对应的AD输入信号平均值并将其写入数据暂存数组，记作ADSample_x1_Ave0[m]，其中，m为整数，初始值为0且0≤m＜(N+2)，若m≥(N+2)，则令m为0；
2.4分别对数组ADSample_z1_Ave0[m]以及ADSample_x1_Ave0[m]进行数据筛选，去除数组中的最大值与最小值，生成新的数组ADSample_z1_Ave1[j]以及ADSample_x1_Ave1[j]，其中，0≤j＜N；
2.5依据数组ADSample_z1_Ave1[j]，求出对应的AD基准值平均值，记作ADSample_z_Ave，依据数组ADSample_x1_Ave1[j]，求出对应的AD输入信号平均值，记作ADSample_x_Ave。
7.根据权利要求6所述的一种AD采样信号的处理方法，其特征在于：所述的步骤(3)具体为，依据ADSample_z_Ave对ADSample_x_Ave进行修正，得出输入信号的AD采样值为ADSample_Value。
8.一种AD采样信号装置，其特征在于：它包括AD转换模块、触发源、定时器，
所述的定时器用于设定触发AD转换模块的触发频率F，
所述的触发源用于根据所述的触发频率F触发所述的AD转换模块；
所述的AD转换模块用于采集AD基准数值和所需采集的AD输入信号数值，
其中，F＝f×(N+2)，f为信号采样需求的采样频率，N为AD转换模块所需放大的倍数。
9.根据权利要求8所述的一种AD采样信号装置，其特征在于：所述的AD转换模块所需放大的倍数N＝2a，a为AD转换模块精度提升位数。
10.根据权利要求8所述的一种AD采样信号装置，其特征在于：所述的AD采样信号装置还包括一重滤波器和二重滤波器，
所述的一重滤波器用于采集N+2个AD基准数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第一平均数，
所述的一重滤波器还用于采集N+2个AD输入信号数值，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第一平均数；
所述的二重滤波器用于采集N+2个AD基准数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD基准数值的第二平均数，
所述的二重滤波器还用于采集N+2个AD输入信号数值的第一平均数，去除数组中的最大值和最小值，并求出AD输入信号数值的第二平均数。
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PB01 Publication
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CB02 Change of applicant information

Address after: Kolding road high tech Zone of Suzhou City, Jiangsu Province, No. 78 215011

Applicant after: Esma new energy technology (Jiangsu) Co.,Ltd.

Address before: Kolding road high tech Zone of Suzhou City, Jiangsu Province, No. 78 215011

Applicant before: Jiangsu Zhaofu Aisuo New Energy Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 215000 Factory Building No. 1989 Xiangyang Road, Suzhou High-tech Zone, Jiangsu Province

Applicant after: Esway new energy technology (Jiangsu) Co.,Ltd.

Address before: 215011 No. 78 Keling Road, Suzhou High-tech Zone, Jiangsu Province

Applicant before: Esma new energy technology (Jiangsu) Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP03 Change of name, title or address

Address after: 200000 room 905b, 757 Mengzi Road, Huangpu District, Shanghai

Patentee after: Asway Technology (Shanghai) Co.,Ltd.

Address before: 215000 Factory Building No. 1989 Xiangyang Road, Suzhou High-tech Zone, Jiangsu Province

Patentee before: Esway new energy technology (Jiangsu) Co.,Ltd.

CP03 Change of name, title or address
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 200000 room 905b, 757 Mengzi Road, Huangpu District, Shanghai

Patentee after: Elsevier Technology Co.,Ltd.

Address before: 200000 room 905b, 757 Mengzi Road, Huangpu District, Shanghai

Patentee before: Asway Technology (Shanghai) Co.,Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder