CN107565930B - Ad采样的滤波方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种AD采样的滤波方法及装置，通过获得分组单元的滤波原始值，并计算滤波值的一阶差分，若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；而当所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则根据前两个分组单元的实际滤波值和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值，能更稳定的滤波。
Description
技术领域
本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种AD采样的滤波方法及装置。
背景技术
传统仪表中采用单片机控制AD转换电路的方法来采集模拟信号，并将采集到的数字序列存入单片机中。单片机再对上述数字序列的进行滤波处理。软件滤波就是用软件来识别有用信号和干扰信号，并滤除干扰信号。常见的滤波方法有算数平均滤波法。这种滤波算法在使用过程中容易受其它因素的影响比如ESD或者纹波产生的异常值(过大或者过小)，其缺点是为了达到更好的平滑作用而需要较多的采样次数，而较多的采样次数势必会要去系统付出更多的花销。并且如果在连续产生异常值的情况下，算术平均值滤波算法也无法到达数据稳定的作用，造成错误判断。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种AD采样的滤波方法及装置，能有效克服现有滤波算法数据不稳定的问题，能在同等花销的条件下获得滤波更稳定的效果。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种AD采样的滤波方法，包括步骤：
根据预设的采样频率获取AD数据；
以依次获取的n个AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值；其中，n<1000；
根据所述当前分组单元的原始滤波值实时计算当前滤波值的一阶差分，所述当前滤波值的一阶差分为所述当前分组单元的原始滤波值减去上一分组单元的实际滤波值；
若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；
若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则根据前两个分组单元的实际滤波值和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值；其中，m<10；
其中，若所述当前分组单元的原始滤波值大于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]+|Trend[1]-Trend[0]|；
若所述当前分组单元的原始滤波值小于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]-|Trend[1]-Trend[0]|；
其中，Trend[2]为所述当前分组单元的实际滤波值，Trend[1]和Trend[0] 为所述前两个分组单元的实际滤波值。
与现有技术相比，本发明公开的AD采样的滤波方法通过获得分组单元的滤波原始值，并计算滤波值的一阶差分，若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；而当所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则根据前两个分组单元的实际滤波值和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值，可以有效判断当前分组单元的原始滤波值是否为干扰值，即判断当前分组单元的AD数据是否存在波动干扰或是否为正常的变化趋势，从而可剔除干扰值并计算新的代替值作为当前分组单元的实际滤波值，达到数据稳定的效果，滤波更稳定。
作为上述方案的改进，以依次获取的n个AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值具体包括步骤：
以依次获取的N个AD数据作为一个中值单元，获取所述中值单元的中值；
以依次获取的M个中值作为一个平均值单元，计算所述平均值单元的算术平均值作为所述当前分组单元的原始滤波值，其中，n＝N*M，N<100，M<100。计算当前分组单元的滤波值同时采用了中值算法和算术平均值算法，可有效克服因偶然因素引起的扰动干扰。
作为上述方案的改进，所述方法还包括步骤：
若当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值均为替代值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为所述当前分组单元的实际滤波值，且将所述前m个分组单元的实际滤波值校准为对应分组单元的原始滤波值。该步骤可区分AD数据的实际变化趋势和波动干扰，能判断AD数据为实际变化趋势的情况下保留原始滤波值，避免了误判的情况。
作为上述方案的改进，所述m＝2。若m过大则会出现误判的情况，将实际变化趋势判断为波动干扰，影响数据的真实性。
作为上述方案的改进，通过冒泡排序法将所述中值单元中的AD数据进行排序后获取所述中值单元的中值。
作为上述方案的改进，通过插入排序法将所述中值单元中的AD数据进行排序后获取所述中值单元的中值。
作为上述方案的改进，所述N＝M,且n＝N2。当N＝M，可将N定义为平滑次数。
本发明实施例还提供了一种AD采样的滤波装置，包括：
采样模块，用于根据预设的采样频率获取AD数据；
原始值计算模块，用于以依次获取的n个AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值；其中，n<1000；
一阶差分计算模块，用于根据所述当前分组单元的原始滤波值实时计算当前滤波值的一阶差分，所述当前滤波值的一阶差分为所述当前分组单元的原始滤波值减去上一分组单元的实际滤波值；
原始值保留模块，用于若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；
替代值计算模块，用于若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则根据前两个分组单元的实际滤波值和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值；其中，m<10；
其中，若所述当前分组单元的原始滤波值大于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]+|Trend[1]-Trend[0]|；
若所述当前分组单元的原始滤波值小于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]-|Trend[1]-Trend[0]|；
其中，Trend[2]为所述当前分组单元的实际滤波值，Trend[1]和Trend[0] 为所述前两个分组单元的实际滤波值。
与现有技术相比，本发明公开的AD采样的滤波装置通过以依次获取的n个 AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值和当前滤波值的一阶差分，当判断当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；当判断所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值，能有效剔除干扰值并计算新的替代值作为实际滤波值，解决了现有技术数据不稳定、易误判的问题，滤波更稳定。
附图说明
图1是本发明实施例1中一种AD采样的滤波方法的流程示意图。
图2是本发明实施例1中一种AD采样的滤波方法中滤波值的确定过程示意图。
图3是本发明实施例1中步骤S2的流程示意图。
图4是本发明实施例1中步骤S2的工作过程示意图。
图5是本发明实施例2中一种AD采样的滤波方法的流程示意图。
图6是本发明实施例3中一种AD采样的滤波装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例1提供的一种AD采样的滤波方法的流程示意图，包括步骤：
S1、根据预设的采样频率获取AD数据；
S2、以依次获取的n个AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值；其中，n<1000；
S3、根据所述当前分组单元的原始滤波值实时计算当前滤波值的一阶差分，所述当前滤波值的一阶差分为所述当前分组单元的原始滤波值减去上一分组单元的实际滤波值；
S4、若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；
S5、若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前 m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则根据前两个分组单元的实际滤波值和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值；其中，m<10。
结合图2，将对本实施例的工作过程进行具体描述。具体实施时，先根据预设的采样频率获取AD数据，以依次获取的n个AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值A，再将所述当前分组单元的原始滤波值A减去上一分组单元的实际滤波值Trend[1]实时计算当前滤波值的一阶差分A- Trend[1],用A-Trend[1]的绝对值与趋势限制阈值Limit_value比较。当A- Trend[1]的绝对值小于所述趋势限制阈值Limit_value，则认为A是稳定的值作为当前分组单元的实际滤波值Trend[2]；当A-Trend[1]的绝对值大于所述趋势限制阈值Limit_value，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则认为A是不稳定的值(干扰值)，即当前分组单元的AD数据不是正常的变化趋势而是存在干扰波动，则根据前两个分组单元的实际滤波值Trend[0]、Trend[1]和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值Trend[2]。本方案可有效判断当前分组单元的原始滤波值是否为干扰值，即判断当前分组单元内的AD数据是否存在波动干扰，从而剔除干扰值并计算获得新的替代值作为当前分组单元的实际滤波值，有效滤波的同时获得稳定的数据。
若所述当前分组单元的原始滤波值大于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]+|Trend[1]-Trend[0]|。
若所述当前分组单元的原始滤波值小于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]-|Trend[1]-Trend[0]|。
其中，Trend[2]为所述当前分组单元的实际滤波值，Trend[1]和Trend[0] 为所述前两个分组单元的实际滤波值。
参见图3，是本发明实施例1中步骤S2的流程示意图，如图3所示，实施例 1中的步骤S2包括步骤：
S21、以依次获取的N个AD数据作为一个中值单元，获取所述中值单元的中值；
S22、以依次获取的M个中值作为一个平均值单元，计算所述平均值单元的算术平均值作为所述当前分组单元的原始滤波值，其中，n＝N*M，N<100，M<100。
如图4所示，以依次获取的N个AD数据(value1、value2…valueN)作为一个中值单元，当完成N个AD数据时的采集和存储时，将所述N个AD数据通过冒泡排序法进行排序后获取所述N个AD数据的中值作为所述中值单元的中值；以依次获取的M个中值(median1、median 2…median N)作为一个平均值单元，当完成M个中值的计算和存储时，将所述M个中值进行算术平均值计算即可获得所述平均值单元的算术平均值作为当前分组单元的原始滤波值A，可以理解的，一个分组单元内的AD数据n＝N*M。利用中值算法和算术平均值算法获取分组单元的原始滤波值，可有效克服因偶然因素引起的波动干扰。
优选地，步骤S21还可通过插入排序法将所述中值单元中的AD数据进行排序后获取所述中值单元的中值。
优选地，所述N＝M,且n＝N2。当N＝M时，N为滤波算法的平滑因子，平滑因子和趋势限制阈值都可根据实际情况调节，增加滤波算法的灵活性和稳定性。
参见图5，是本发明实施例2提供的一种AD采样的滤波方法的流程示意图，如图5所示的AD采样的滤波方法在实施1的基础上还包括步骤：
S6、若当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值均为替代值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为所述当前分组单元的实际滤波值，且将所述前m个分组单元的实际滤波值校准为对应分组单元的原始滤波值。
下面为了方便说明，以m＝2为例对本实施例的工作过程进行具体描述，但是本发明提供的AD采样的滤波方法并不限于m＝2。若当前滤波值的一阶差分A- Trend[1]的绝对值大于所述趋势限制阈值Limit_value，且前2个分组单元的实际滤波值均为替代值时，也就是连续3次滤波值的一阶差分均大于所述趋势限制阈值Limit_value时，可判断当前分组单元和前两个分组单元内的AD数据具有实际变化趋势，而非波动扰动，则保留所述当前分组单元的原始滤波值A作为所述当前分组单元的实际滤波值Trend[2]，并将所述前2个分组单元的实际滤波值 Trend[0]、Trend[1]恢复为对应分组单元的原始滤波值。该步骤能判断AD数据为实际变化趋势的情况下保留原始滤波值，避免了误判的情况。
本发明还对应提供了一种AD采样的滤波装置100，如图6所示，包括：
采样模块101，用于根据预设的采样频率获取AD数据；
原始值计算模块102，用于以依次获取的n个AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值；其中，n<1000；
一阶差分计算模块103，用于根据所述当前分组单元的原始滤波值实时计算当前滤波值的一阶差分，所述当前滤波值的一阶差分为所述当前分组单元的原始滤波值减去上一分组单元的实际滤波值；
原始值保留模块104，用于若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；
替代值计算模块105，用于若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则根据前两个分组单元的实际滤波值和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值；其中， m<10。
优选地，所述替代值计算模块具体用于：
若所述当前分组单元的原始滤波值大于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]+|Trend[1]-Trend[0]|。
若所述当前分组单元的原始滤波值小于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]-|Trend[1]-Trend[0]|。
其中，Trend[2]为所述当前分组单元的实际滤波值，Trend[1]和Trend[0] 为所述前两个分组单元的实际滤波值。
本发明实施例提供的AD采样的滤波装置100的工作工程可参考上述实施例对AD采样的滤波方法的具体描述，在此不再赘述。
综上，本发明实施例公开了一种AD采样的滤波方法及装置，通过获得分组单元的滤波原始值，并计算滤波值的一阶差分，若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；而当所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则根据前两个分组单元的实际滤波值和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值，可以有效判断当前分组单元的原始滤波值是否为干扰值，即判断当前分组单元的AD数据是否存在波动干扰，从而可剔除干扰值并计算新的代替值作为当前分组单元的实际滤波值，达到数据稳定的效果，滤波更稳定。
以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种AD采样的滤波方法，其特征在于，包括步骤：
根据预设的采样频率获取AD数据；
以依次获取的n个AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值；其中，n<1000；
根据所述当前分组单元的原始滤波值实时计算当前滤波值的一阶差分，所述当前滤波值的一阶差分为所述当前分组单元的原始滤波值减去上一分组单元的实际滤波值；
若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；
若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则根据前两个分组单元的实际滤波值和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值；其中，m<10；
其中，若所述当前分组单元的原始滤波值大于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]+|Trend[1]-Trend[0]|；
若所述当前分组单元的原始滤波值小于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]-|Trend[1]-Trend[0]|；
其中，Trend[2]为所述当前分组单元的实际滤波值，Trend[1]和Trend[0]为所述前两个分组单元的实际滤波值。
2.如权利要求1所述的AD采样的滤波方法，其特征在于，以依次获取的n个AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值具体包括步骤：
以依次获取的N个AD数据作为一个中值单元，获取所述中值单元的中值；
以依次获取的M个中值作为一个平均值单元，计算所述平均值单元的算术平均值作为所述当前分组单元的原始滤波值，其中，n＝N*M，N<100，M<100。
3.如权利要求1所述的AD采样的滤波方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
若当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值均为替代值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为所述当前分组单元的实际滤波值，且将所述前m个分组单元的实际滤波值校准为对应分组单元的原始滤波值。
4.如权利要求1所述的AD采样的滤波方法，其特征在于，所述m＝2。
5.如权利要求2所述的AD采样的滤波方法，其特征在于，通过冒泡排序法将所述中值单元中的AD数据进行排序后获取所述中值单元的中值。
6.如权利要求2所述的AD采样的滤波方法，其特征在于，通过插入排序法将所述中值单元中的AD数据进行排序后获取所述中值单元的中值。
7.如权利要求2所述的AD采样的滤波方法，其特征在于，所述N＝M,且n＝N2。
8.一种AD采样的滤波装置，其特征在于，包括：
采样模块，用于根据预设的采样频率获取AD数据；
原始值计算模块，用于以依次获取的n个AD数据作为一个分组单元，实时计算当前分组单元的原始滤波值；其中，n<1000；
一阶差分计算模块，用于根据所述当前分组单元的原始滤波值实时计算当前滤波值的一阶差分，所述当前滤波值的一阶差分为所述当前分组单元的原始滤波值减去上一分组单元的实际滤波值；
原始值保留模块，用于若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值小于预设的趋势限制阈值时，则保留所述当前分组单元的原始滤波值作为当前分组单元的实际滤波值；
替代值计算模块，用于若所述当前滤波值的一阶差分的绝对值大于所述趋势限制阈值时，且前m个分组单元的实际滤波值中至少一分组单元的实际滤波值为对应分组单元的原始滤波值时，则根据前两个分组单元的实际滤波值和预设的计算公式进行计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值；其中，m<10；
其中，若所述当前分组单元的原始滤波值大于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]+|Trend[1]-Trend[0]|；
若所述当前分组单元的原始滤波值小于所述上一分组单元的实际滤波值时，根据以下公式计算获得替代值作为所述当前分组单元的实际滤波值：
Trend[2]＝Trend[1]-|Trend[1]-Trend[0]|；
其中，Trend[2]为所述当前分组单元的实际滤波值，Trend[1]和Trend[0]为所述前两个分组单元的实际滤波值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| 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: 510663 Guangdong high tech Industrial Development Zone, Guangzhou City, Guangdong Province, the first, two and three layers of the No. 39 (1) Road (1) in the south of the city of science. Applicant after: Guangzhou Mingmei new energy Co., Ltd Address before: 510663 Guangdong high tech Industrial Development Zone, Guangzhou City, Guangdong Province, the first, two and three layers of the No. 39 (1) Road (1) in the south of the city of science. Applicant before: GUANGZHOU TWS NEW ENERGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |