数字滤波技术在无源数字显示表中的应用

赫佳桂++隋伟++李雪萍++房宏刚++张显民

摘 要：本文介绍了在无源显示表中常用的数字滤波技术，进行了对比，并采用了一种新的方法。实验证明，该方法对于干扰的抑制效果好于单独采用一种数据滤波技术的效果。

关键词：显示表 数字滤波 干扰

中图分类号：TP216.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0017-02

无源数字显示表在工业生产现场应用非常广泛。在现场使用中，现场的环境复杂，很容易将干扰串入被采集信号，从而导致采集信息出现偏差，进而影响数字显示表的显示精度，影响对实际生产状况的判断与决策。克服干扰可以采用软件与硬件两种方式去解决。通常的硬件解决办法是在显示表的内部采用具有良好共模抑制比和串模抑制比的仪表放大器和AD转换器，这样的措施可以解决大部分的问题，但对于一些随机的干扰的抑制效果不明显。而软件上可以采用数字滤波的方法，帮助剔除掉来自环境和其他设备的信号干扰。本文对各种数字滤波技术进行比对，采用一种新的数字滤波方法。

1 无源数字显示表工作原理

无源数字显示表的系统框图如图1所示。

二线制无源数字显示表串联于二线制变送器的4～20 mA闭环回路中，可以现场显示电流环代表的物理量。该显示表可以完成电源获取，电流采样，信号调理与放大，AD转换，数据处理，信息显示，参数设置等功能。该显示表采用的均为低功耗器件，系统整体功耗小。

2 常用的数字滤波技术

2.1 算术平均值滤波

算术平均值滤波是要按输入的N个采样数据，寻一找，使与各采样值间的偏差平方和最小。公式如下：

（1）

对一般随机干扰的信号如果采用该滤波方法进行滤波，可以平均较大干扰，但是干扰还在信号中，并且信号的响应速度变慢，再要求快速更新数据的场合，不利于对现场状况进行分析。

2.2 中值滤波

该方法取奇数个采样值，然后取中间值显示。该方法简单易行，但对于持续的干扰，仍然会抬高采样数据，造成数据不准确。

2.3 加权平均值滤波

算术平均值滤波对N次采样值给出相同的加权系数，即1/N。有时为了改进滤波效果，减小系统对当前所受干扰的灵敏度，需要减小新采样值在平均值中的比重，即将各采样位取不同的比例，然后再相加，此方法称为加权平均值滤波。一个N项加权平均式为：

在（5）式中，为上次滤波值，为本次采样值。本滤波技术的关键在于取值。

3 改进措施及其实现

对采集的数据采取先剔除差异较大值（限幅滤波），然后滑动平均值滤波，然后采用一阶滞后滤波（参数取值是关键）。以下为滤波实现的子程序。

#define C 20 //两次采样值的最大差值

#define N 12 //滑动平均值滤波值的个数

#define A 60 //一阶滞后滤波系数

char buf_value[N]；

char i=0；

char value；

char value_new；

char filter（）

{char count；

int sum=0；

char value_temp；

//限幅滤波部分

buf_value[i++]=get_ad（）：

if（（buf_value[i]-value>C）||（value- buf_value[i]>C））

buf_value[i]=value；

//滑动平均值滤波部分

if（i==N）i=0；

for（count=0；count

sum+= buf_value[count]；

value_new=（char） sum/N；

//一阶滞后滤波部分

value_temp=value*（100-A）+ value_new*A；

return value_temp/100；}

其滤波效果如图2。可以看出，本滤波算法的输出平稳，波动较小。

4 结论

本文介绍了在无源显示表中常用的滤波技术，并采用了一种新的方法来实现对采样数据的处理。从结果可以看出，滤波效果有明显提高，显示的精度更高。

参考文献

[1] 王坚.一阶滞后滤波在减速机特性曲线绘制中的应用[J].电子测量技术，2013，36（1）：101-103.

[2] 刘春，吴晓玲，刘文清.数据信号处理技术在气体检测中的应用[J].电子测量与仪器学报，2011，25（6）：553-557.

[3] 于焱.低成本单片机系统高性能滤波算法设计[J].计测技术，2011，31（3）：54-55.

[4] 李莉，李鹏.一种减小线性化误差的滤波跟踪算法[J].电子测量技术，2011，34（5）：34-36.

[5] 傅彩芬，房方.球杆系统的数字滤波与控制[J].实验室研究与探索，2013，32（9）：13-15.

[6] 康学福.滤波电路频率特性的仿真分析[J].国外电子测量技术，2014，33（1）：40-42.

[7] 韩硕，赵连娟.复合数字滤波在控制系统中的应用[J].轻工科技，2013，8：74-75.

[8] 王玉花，石玉香，王孝.数字滤波技术在容栅数显量具中的应用[J].工具技术，2013，4：72-74.

[9] 段晓健，王前波，张谦，等.基于斜率变化的一种数字滤波算法[J].数字技术应用，2013，3：140，144.

[10] 邓晓，邓智，刘以农.数字滤波幅度测量性能与采样频率的关系研究[J].核电子学与探测技术，2012，32（9）：1007-1011.

摘 要：本文介绍了在无源显示表中常用的数字滤波技术，进行了对比，并采用了一种新的方法。实验证明，该方法对于干扰的抑制效果好于单独采用一种数据滤波技术的效果。

关键词：显示表 数字滤波 干扰

中图分类号：TP216.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0017-02

无源数字显示表在工业生产现场应用非常广泛。在现场使用中，现场的环境复杂，很容易将干扰串入被采集信号，从而导致采集信息出现偏差，进而影响数字显示表的显示精度，影响对实际生产状况的判断与决策。克服干扰可以采用软件与硬件两种方式去解决。通常的硬件解决办法是在显示表的内部采用具有良好共模抑制比和串模抑制比的仪表放大器和AD转换器，这样的措施可以解决大部分的问题，但对于一些随机的干扰的抑制效果不明显。而软件上可以采用数字滤波的方法，帮助剔除掉来自环境和其他设备的信号干扰。本文对各种数字滤波技术进行比对，采用一种新的数字滤波方法。

1 无源数字显示表工作原理

无源数字显示表的系统框图如图1所示。

二线制无源数字显示表串联于二线制变送器的4～20 mA闭环回路中，可以现场显示电流环代表的物理量。该显示表可以完成电源获取，电流采样，信号调理与放大，AD转换，数据处理，信息显示，参数设置等功能。该显示表采用的均为低功耗器件，系统整体功耗小。

2 常用的数字滤波技术

2.1 算术平均值滤波

算术平均值滤波是要按输入的N个采样数据，寻一找，使与各采样值间的偏差平方和最小。公式如下：

（1）

对一般随机干扰的信号如果采用该滤波方法进行滤波，可以平均较大干扰，但是干扰还在信号中，并且信号的响应速度变慢，再要求快速更新数据的场合，不利于对现场状况进行分析。

2.2 中值滤波

该方法取奇数个采样值，然后取中间值显示。该方法简单易行，但对于持续的干扰，仍然会抬高采样数据，造成数据不准确。

2.3 加权平均值滤波

算术平均值滤波对N次采样值给出相同的加权系数，即1/N。有时为了改进滤波效果，减小系统对当前所受干扰的灵敏度，需要减小新采样值在平均值中的比重，即将各采样位取不同的比例，然后再相加，此方法称为加权平均值滤波。一个N项加权平均式为：

在（5）式中，为上次滤波值，为本次采样值。本滤波技术的关键在于取值。

3 改进措施及其实现

对采集的数据采取先剔除差异较大值（限幅滤波），然后滑动平均值滤波，然后采用一阶滞后滤波（参数取值是关键）。以下为滤波实现的子程序。

#define C 20 //两次采样值的最大差值

#define N 12 //滑动平均值滤波值的个数

#define A 60 //一阶滞后滤波系数

char buf_value[N]；

char i=0；

char value；

char value_new；

char filter（）

{char count；

int sum=0；

char value_temp；

//限幅滤波部分

buf_value[i++]=get_ad（）：

if（（buf_value[i]-value>C）||（value- buf_value[i]>C））

buf_value[i]=value；

//滑动平均值滤波部分

if（i==N）i=0；

for（count=0；count

sum+= buf_value[count]；

value_new=（char） sum/N；

//一阶滞后滤波部分

value_temp=value*（100-A）+ value_new*A；

return value_temp/100；}

其滤波效果如图2。可以看出，本滤波算法的输出平稳，波动较小。

4 结论

本文介绍了在无源显示表中常用的滤波技术，并采用了一种新的方法来实现对采样数据的处理。从结果可以看出，滤波效果有明显提高，显示的精度更高。

参考文献

[1] 王坚.一阶滞后滤波在减速机特性曲线绘制中的应用[J].电子测量技术，2013，36（1）：101-103.

[2] 刘春，吴晓玲，刘文清.数据信号处理技术在气体检测中的应用[J].电子测量与仪器学报，2011，25（6）：553-557.

[3] 于焱.低成本单片机系统高性能滤波算法设计[J].计测技术，2011，31（3）：54-55.

[4] 李莉，李鹏.一种减小线性化误差的滤波跟踪算法[J].电子测量技术，2011，34（5）：34-36.

[5] 傅彩芬，房方.球杆系统的数字滤波与控制[J].实验室研究与探索，2013，32（9）：13-15.

[6] 康学福.滤波电路频率特性的仿真分析[J].国外电子测量技术，2014，33（1）：40-42.

[7] 韩硕，赵连娟.复合数字滤波在控制系统中的应用[J].轻工科技，2013，8：74-75.

[8] 王玉花，石玉香，王孝.数字滤波技术在容栅数显量具中的应用[J].工具技术，2013，4：72-74.

[9] 段晓健，王前波，张谦，等.基于斜率变化的一种数字滤波算法[J].数字技术应用，2013，3：140，144.

[10] 邓晓，邓智，刘以农.数字滤波幅度测量性能与采样频率的关系研究[J].核电子学与探测技术，2012，32（9）：1007-1011.

摘 要：本文介绍了在无源显示表中常用的数字滤波技术，进行了对比，并采用了一种新的方法。实验证明，该方法对于干扰的抑制效果好于单独采用一种数据滤波技术的效果。

关键词：显示表 数字滤波 干扰

中图分类号：TP216.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0017-02

无源数字显示表在工业生产现场应用非常广泛。在现场使用中，现场的环境复杂，很容易将干扰串入被采集信号，从而导致采集信息出现偏差，进而影响数字显示表的显示精度，影响对实际生产状况的判断与决策。克服干扰可以采用软件与硬件两种方式去解决。通常的硬件解决办法是在显示表的内部采用具有良好共模抑制比和串模抑制比的仪表放大器和AD转换器，这样的措施可以解决大部分的问题，但对于一些随机的干扰的抑制效果不明显。而软件上可以采用数字滤波的方法，帮助剔除掉来自环境和其他设备的信号干扰。本文对各种数字滤波技术进行比对，采用一种新的数字滤波方法。

1 无源数字显示表工作原理

无源数字显示表的系统框图如图1所示。

二线制无源数字显示表串联于二线制变送器的4～20 mA闭环回路中，可以现场显示电流环代表的物理量。该显示表可以完成电源获取，电流采样，信号调理与放大，AD转换，数据处理，信息显示，参数设置等功能。该显示表采用的均为低功耗器件，系统整体功耗小。

2 常用的数字滤波技术

2.1 算术平均值滤波

算术平均值滤波是要按输入的N个采样数据，寻一找，使与各采样值间的偏差平方和最小。公式如下：

（1）

对一般随机干扰的信号如果采用该滤波方法进行滤波，可以平均较大干扰，但是干扰还在信号中，并且信号的响应速度变慢，再要求快速更新数据的场合，不利于对现场状况进行分析。

2.2 中值滤波

该方法取奇数个采样值，然后取中间值显示。该方法简单易行，但对于持续的干扰，仍然会抬高采样数据，造成数据不准确。

2.3 加权平均值滤波

算术平均值滤波对N次采样值给出相同的加权系数，即1/N。有时为了改进滤波效果，减小系统对当前所受干扰的灵敏度，需要减小新采样值在平均值中的比重，即将各采样位取不同的比例，然后再相加，此方法称为加权平均值滤波。一个N项加权平均式为：

在（5）式中，为上次滤波值，为本次采样值。本滤波技术的关键在于取值。

3 改进措施及其实现

对采集的数据采取先剔除差异较大值（限幅滤波），然后滑动平均值滤波，然后采用一阶滞后滤波（参数取值是关键）。以下为滤波实现的子程序。

#define C 20 //两次采样值的最大差值

#define N 12 //滑动平均值滤波值的个数

#define A 60 //一阶滞后滤波系数

char buf_value[N]；

char i=0；

char value；

char value_new；

char filter（）

{char count；

int sum=0；

char value_temp；

//限幅滤波部分

buf_value[i++]=get_ad（）：

if（（buf_value[i]-value>C）||（value- buf_value[i]>C））

buf_value[i]=value；

//滑动平均值滤波部分

if（i==N）i=0；

for（count=0；count

sum+= buf_value[count]；

value_new=（char） sum/N；

//一阶滞后滤波部分

value_temp=value*（100-A）+ value_new*A；

return value_temp/100；}

其滤波效果如图2。可以看出，本滤波算法的输出平稳，波动较小。

4 结论

本文介绍了在无源显示表中常用的滤波技术，并采用了一种新的方法来实现对采样数据的处理。从结果可以看出，滤波效果有明显提高，显示的精度更高。

参考文献

[1] 王坚.一阶滞后滤波在减速机特性曲线绘制中的应用[J].电子测量技术，2013，36（1）：101-103.

[2] 刘春，吴晓玲，刘文清.数据信号处理技术在气体检测中的应用[J].电子测量与仪器学报，2011，25（6）：553-557.

[3] 于焱.低成本单片机系统高性能滤波算法设计[J].计测技术，2011，31（3）：54-55.

[4] 李莉，李鹏.一种减小线性化误差的滤波跟踪算法[J].电子测量技术，2011，34（5）：34-36.

[5] 傅彩芬，房方.球杆系统的数字滤波与控制[J].实验室研究与探索，2013，32（9）：13-15.

[6] 康学福.滤波电路频率特性的仿真分析[J].国外电子测量技术，2014，33（1）：40-42.

[7] 韩硕，赵连娟.复合数字滤波在控制系统中的应用[J].轻工科技，2013，8：74-75.

[8] 王玉花，石玉香，王孝.数字滤波技术在容栅数显量具中的应用[J].工具技术，2013，4：72-74.

[9] 段晓健，王前波，张谦，等.基于斜率变化的一种数字滤波算法[J].数字技术应用，2013，3：140，144.

[10] 邓晓，邓智，刘以农.数字滤波幅度测量性能与采样频率的关系研究[J].核电子学与探测技术，2012，32（9）：1007-1011.