电子测量技术
ＥＬＥＣＴＲｏＮｌＣ
第３１卷第１０期２００８年１０月
ＭＥＡＳＵＲＥＭ［ＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ
基于ＪＮ５１２１单片机的电磁阀信号数字滤波算法实现
张志利
郭进军
西安７１００２５）
（第二炮兵工程学院兵器发射理论与技术国家重点学科实验室
摘要：液压系统是机械设备正常运转的保证，往往是系统故障的多发点。为了更加精确、快速地监测各种系统信号的变化情况，并且提高运算效率，本文以ＪＮ５１２１单片机为背景，针对液压电磁阀监测系统检测到的加速度信号和磁信号，提出了一种新的滤波算法，分析了该算法的原理、工作流程及其功能，并且针对电磁阀检测系统所监测到的磁信
号，运用该滤波算法，将其滤波结果与ＭＡＴＬＡＢ工具箱中数字滤波器的滤波效果进行了比较，得出了该方法在快速
处理采样数据方面的优点。
关键词：ＪＮ５１２１；单片机；数字滤波；磁信号中图分类号：ＴＰ２７４
文献标识码：Ａ
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０引言２嵌入式滤波算法
２．１滤波算法设计
电磁阀状态监测的特点是：干扰出现随机性较大，且相对有效信号来说干扰的频率高。针对电磁阀状态监测的特点和单片机编程的特点，本文设计了一种实用的数字滤波算法，即自适应、加权、限幅综合滤波法。能自动调整参数，得到有效输出，则必须满足一定的准则Ｌ２］，其框图如图１所示。每一个采样的数据Ｄ依次进入长度为Ｓ个元素的ＦＩＦＯ数据窗队列，运算前各元素与ＦＩＦＯ队列中的元素均值Ｄ比较，调用自适应加权滤波处理，产生一个对应的数据值Ｂ，经Ｓ次比较得出Ｓ个Ｄ。值，再对其求均值，完成数据处理过程。其过程如下：
１）使用滑动平均法管理数据
在单片机的存储器中
开辟一段空间（长度为Ｓ一２”）作为数据缓冲区，建立一个先进先出的ＦＩＦｏ队列（如图２所示），用来存放采样的数据。队列中的元素有ｄ，、ｄｚ、ｄｓ、…ｄｓ。采样的新数据从队
数字滤波ｍ，就是通过一定的计算程序，对采集的数据进行某种处理，从而消除或减弱干扰噪声的影响，提高测量的可靠性和精度。为了得到准确的电磁阀加速度信号和磁信号，有必要对采样后的数据进行处理，以便使数据更加准确。数字滤波便是一种有效的方法。
１数字滤波的优点
数字滤波与传统的硬件滤波相比具有以下优点：
１）只要在程序进入数据处理和控制算法之前，增加一段数字滤波程序即可，不需要硬件，因此不存在阻抗匹配的问题；
２）数字滤波可以多个通道共用，因而降低了成本；３）只要适当改变滤波程序参数。就能方便地改变滤波特性，这对低频、脉冲干扰以及随机噪声干扰特别有效，因而使用灵活方便。
・】５２・
万方数据
张志利等：基于ＪＮ５１２１单片机的电磁闽信号数字滤波算法实现
第１０期
尾依次进入队列，与此同时，旧数据从队头出队，这样始终保持队列中元素的个数不变，以便对其进行运算。其优点在于：不必等到检测Ｓ个数据后才进行运算，每采样一个数据后就可对前面的Ｓ个数据进行计算，这便于单片机编程，且可通过移位进行快速除法运算。
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图１先进先出的ＦＩＦＯ队列
图２滤波程序流程图
万方数据
２）加权处理采样数据［３］数据ｎ加权平均公式为：
Ｄｉ一—ＤＫ—＋—Ｄ了（ｒＮ一－－Ｋ）
式中：Ｋ为滤波数。
２．２采样数据比较［４］
新采样的数据Ｄ与Ｄ。。进行比较的过程如下：１）若Ｄ与Ｄ。。之差的绝对值大于最大限度值Ｄｒ。（该值根据实际信号背景确定。针对检测的电磁阀磁信号，当Ｄ与Ｄ。，之差的绝对值大于２３时，Ｄ很可能是错误测量值，因此取Ｄ一为２３），则认为这完全是干扰造成的，Ｄｉ—Ｄ，这时并不丢弃数据，而是用均值代替。主要是考虑保证ＦＩＦＯ队列中的数据个数不变，使单片机程序简单。
２）若Ｄ与Ｄ卜。之差的绝对值小于最大限度值ｎ。，采用公式（１）计算处理，使其受到均值的牵制。若滤波系数Ｋ值较大，新值对均值影响就大；若滤波系数Ｋ值较小，新性，其数据对测量效果影响很小；如果数据是正常的增加，由于具有持续性，会对均值产生影响，使后续数据落在Ｄ上下，成为正常数据。其中滤波系数Ｋ是根据信号动态自
动调整的。
动态调整滤波系数的算法主要是为了实现以下功能：１）当数据快速变化时，滤波结果能及时跟进（灵敏度２）当数据趋于稳定，并在一个固定的点上下振荡时，滤波结果能趋于平稳（平稳度优先）；
３）当数据稳定后，滤波结果能逼近并最终等于采样数１）当两次数据变化方向不一致（当连续两次的采样值２）当数据持续向一个方向变化时，逐渐提高滤波系数（每次提高△Ｋ），提高本次新采样值的权，△Ｋ的选取是根３）当数据变化较快（差值＞消抖计数加速反应阈值）为验证这种自适应、加权、限幅综合滤波法在电磁阀・１５３・
值对均值影响就小。若是偶然因素引起的，由于没有持续２．３动态调整滤波算法的功能
优先），并且数据变化越快，灵敏度应该越高；
据（消除因小数舍弃带来的误差）。２．４滤波系数调整原理
都比其上次滤波结果大，视为变化方向一致，否则视为不一致）时，说明有抖动，将滤波系数置为初始值，一般Ｋ的初始值为Ｎ／２；
据信号动态的变化随着Ｋ值调整的；
时，要加速提高滤波系数。消抖计数加速反应阈值根据实际信号背景确定。针对项目中检测的电磁阀磁信号，消抖计数加速反应阈值选为１１．５。
３滤波效果检验
状态监测中的实际效果，应用该滤波算法对液压电磁阀状态监测系统检测到的某一电磁阀磁信号进行滤波，并将其滤波结果与ＭＡＴＬＡＢ工具箱中数字滤波器的滤波效果进
行比较。
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・１５４・
万方数据
闰５线性ＦＩＲ滤波麟滤波磬购波形
４结论
谈滤波算法魁撩学电磁嬲状态监测黪糙焘，势宠努剩熙单背撬黔特性搜诗赡，霞魏，窀楚单、寨懋，爨予犟冀楗实瑰，懑僦予黠幕榉数据进行快邃滤浚鲢溪。
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滤波器韵设计与应髑槲究［Ｍ］．糯代电子拽术，
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张悫剃。捞，海南濮戮入，谗±生譬黼；教授，孛匡系然髂囊学会爨事，陕嚣密系统访蒸学会毽攀，主要研巍蠢藏努基瓣发射袋统薅囊舅趣赭检测。
郭溅举，１９８３年嫩生，男，棚落阳泉入。张读硕士。熬婺骈究方融内矮器发瓣系缝謇澍捻溅。
基于JN5121单片机的电磁阀信号数字滤波算法实现
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
张志利， 郭进军， Zhang Zhili， Guo Jinjun
第二炮兵工程学院兵器发射理论与技术国家重点学科实验室,西安,710025电子测量技术
ELECTRONIC MEASUREMENT TECHNOLOGY2008，31(10)1次
参考文献(6条)
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引证文献(1条)
1.马英民.潘国锋.李艳洁.王银玉 水泥浆密度与流动度自动测量技术[期刊论文]-电子测量技术 2010(3)
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下载时间：2010年11月20日