软件抗干扰技术解析

y(n) ymin
而且采用限速(亦称限制变化率)，
y(n)
y(n) y(n 1)
y(n) y(n 1) y0 y(n) y(n 1) y0
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这种滤波方法，主要用于变化较慢的参数。比如 温度、液位等测量系统。关键问题是最大允许误 差 y0的选取。通常可以根据经验获得，也可由实 验得出。
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中值滤波法和平均值滤波法结合起来使用， 滤波效果会更好。即在每个采样周期，先用中值 滤波法得到m个滤波值， 再对这m个滤波值进行 算术平均，得到可用的被测参数。
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例：某压力仪表采样数据如下：
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 采样值 24 25 20 27 24 60 24 25 26
当大功率用电设备的启动和停止，造成电流的尖峰干 扰或错误检测，以及变送器不稳定而引起的严重失真现象 时，可采用限幅滤波法进行滤波。
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由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数据偏离 实际值太远，为此采用上、下限限幅，即
y
(n)
ymax y(n)
ymin
y(n) ymax ymin y(n) ymax
中值滤波法 惯性滤波法 数字滤波器设计方法
指令冗余技术 软件陷阱技术
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在信号检测系统中均含有各种噪声和干扰，它们 来自被测信号本身、传感器、外界干扰等。 噪声有两大类：一类为周期性的； 另一类为不规 则的。
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所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序 减少干扰在有用信号中的比重。故实质上它是一 种程序滤波。
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常用的数字滤波方法： 算术平均值滤波法 限幅滤波法 中值滤波法 惯性滤波法
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算术平均值滤波法是在采样点连续采样数次并相 加，然后取算术平均值作为本次采样值的方法。
1 N
y
N
xi
i 1
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例：某压力仪表采样数据如下：
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
离散化后： T y(k) y(k 1) y(k) x(k) Ts
y(k) Ts x(k) T y(k 1) (1 )x(k) y(k 1)
T Ts
T Ts
上式中 Ts 为滤波系数
T Ts
根据惯性滤波的频率特性，若滤波系数a越大，则带宽越窄，
滤波频率也越低。因此，需要根据实际情况，适当选取a值，
R
X(s)
C
Y(s)
不难写出上图所示的模拟低通滤波器的传递函数为
G(s) Y(s) 1 X (s) Ts 1
其中T＝RC为滤波器的时间常数。
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可以看出RC低通滤波器实际上是一个一阶滞后滤波系统。由
上式得： TsY (s) Y (s) X (s) T dy(t) y(t) x(t) dt
度提高，灵敏度降低。应该视具体情况选择N，以便得 到满意的滤波效果。对流量，取N＝8～16；对压力，N ＝4。
2）对每次采样值给出相同的加权系数，即1/N。在不同采 样时刻采集数据受到同样重视。实际上某些场合需要增 加新采样值在平均值中的比重，可采用加权平均值滤波 法。滤波公式为：Y=R0Y0+ R1Y1+ R2Y2+…+ RmYm。
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所谓中值滤波是对某一参数连续采样n次(一般为 奇数)，然后把n次采样值从小到大(或从大到小)排 队，再取中间值做为本次的采样值。
特点:中位值滤波法对脉冲干扰信号等偶然因素引 发的干扰有良好的滤波效果。如对温度、液位等 变化缓慢的被测参数采用此法会收到良好的滤波 效果；对流量、速度等快速变化的参数一般不宜 采用中位值滤波法
采样值 24 25 20 27 2 60 24 25 26 23 采样数据明显存在被4干扰现象（彩色数据）。
采用算术平均值滤波后，其采样值为：
Y=(24+25+20+27+24+60+24+25+
26+23)/10=28 干扰被平均到采样值中去了
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特点：
1）N值决定了信号平滑度和灵敏度。随着N的增大，平滑
3）平均值滤波法一般适用于具有周期性干扰噪声的信号， 但对偶然出现的脉冲干扰信号，滤波效果尚不理想。
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许多物理量的变化都需要有一定的时间，相邻两次采 样值之间的变化有一定的限度。根据生产经验，确定出相 邻两次采样信号之间可能出现的最大偏差y0，若超过此偏 差值，则表明该输入信号是干扰信号，应该去掉；若小于 此偏差，则可将该信号作为本次采样值。
续采样的三个数据分别存入R1、R2、R3寄存器，
使得被测参数既不出现明显8
数字滤波器实际上是通过一定的计算机程序 对采样数据进行处理，来实现上述滤波方法的。 下面以汇编语言编写的MCS-51系列单片机中值数 字滤波子程序为例，说明其设计方法。
中值数字滤波子程序的功能是对被测信号连续
采样三次，从中选择中间值作为有效信号。将连
采样数据明显存在被干扰现象（彩色数据）。 对1、2、3次采样中位值滤波后值24 对4、5、6次采样中位值滤波后值：27 对7、8、9次采样中位值滤波后值：25
采用去脉冲干扰平均值滤波后，其采样值为：25
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惯性滤波法实际上是用软件方法代替硬件RC滤波 器， 也就是利用软件完成低通滤波器的算法。
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为了提高电子测量系统的可靠性，仅靠硬件 抗干扰措施是不够的。需要进一步借助于软件措 施来克服某些干扰。如果能正确地采用软件抗干 扰措施，与硬件抗干扰措施构成双道抗干扰防线， 无疑将大大提高电子测量系统的可靠性。
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数字滤波技术
算术平均值滤波法 常用到数字滤波方法 限幅滤波法
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与模拟滤波器相比，有以下几个优点：
采用软件实现，不需增加硬设备，可靠性高，稳 定性好。
可以对频率很低(<0.01Hz)的信号实行滤波，克服 了模拟滤波器的不足。
可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤 波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。
模拟滤波器通常是专用的，而数字滤波器则可共 享，降低了成本。