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      一種基于狀態(tài)機的濾波方法

      文檔序號:6296360閱讀:351來源:國知局
      一種基于狀態(tài)機的濾波方法
      【專利摘要】一種應(yīng)用與檢測信號中的瞬態(tài)脈沖的數(shù)字濾波技術(shù),它是以CPLD作為硬件,在高頻時鐘驅(qū)動下,通過狀態(tài)機的方法檢測信號中瞬態(tài)脈沖寬度,濾除寬度短的脈沖,輸出寬脈沖。該方法首先選取合適的濾波寬度n,狀態(tài)機的狀態(tài)數(shù)為S0~Sn,若信號突變之后的寬度在濾波寬度范圍內(nèi),如果輸出的信號與輸入的不一致,則狀態(tài)機由狀態(tài)Sk-1轉(zhuǎn)換為Sk,即信號突變之后的累計寬度加1,否則回到狀態(tài)S0,此時輸出與歷史輸出保持一致。若信號突變之后的寬度不在濾波寬度范圍內(nèi),如果輸出信號與輸入信號不一致,狀態(tài)機由狀態(tài)Sn轉(zhuǎn)換為S0,此時輸出信號與輸入信號保持一致。本發(fā)明已應(yīng)用于某軍用車的速度檢測,并取得預(yù)期效果。
      【專利說明】一種基于狀態(tài)機的濾波方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】:
      [0001]本發(fā)明屬于一種數(shù)字濾波技術(shù),即在軟件中對采集到的數(shù)據(jù)進行消除干擾的處理。
      【背景技術(shù)】
      [0002]測試系統(tǒng)從外界獲取數(shù)據(jù)時,由于工作現(xiàn)場環(huán)境的惡劣,常常會有一些隨機干擾、噪聲信號的加入。有些干擾信號經(jīng)常是無規(guī)律的,這樣就給測試系統(tǒng)帶來了誤差。為了克服這些誤差,除了硬件濾波外,還有數(shù)字濾波,即通過一定的計算程序,對采集的數(shù)據(jù)進行某種處理,從而消除或減弱干擾噪聲的影響。數(shù)字濾波是由軟件算法來實現(xiàn)的,與硬件濾波相比,不需要增加硬件設(shè)備,只需在程序進入控制算法前加入一段數(shù)字濾波的程序。目前,基于單片機的數(shù)字濾波方法有很多種,經(jīng)典的有:算數(shù)平均值法,是在一個周期內(nèi)的不同時間取樣,然后求其平均值,這種方法可以有效的消除周期型的干擾;中值濾波法,是將采集到的若干個周期的變量值進行排序,然后取排好順序的值的中間值,這種方法可以有效的防止受到突發(fā)性干擾的數(shù)據(jù)進入。但是,目前這些方法都沒能有效的解決車速檢測中方波信號的濾波。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003]本發(fā)明提供了一種可用于工業(yè)控制軟件中的數(shù)字濾波技術(shù)。該技術(shù)在高頻時鐘驅(qū)動下,通過狀態(tài)機的方法檢測信號中瞬態(tài)脈沖寬度,濾除寬度短的脈沖,輸出寬脈沖。本發(fā)明已經(jīng)運用于某軍車的車速處理,并取得較好效果。
      [0004]在車速檢測中,為得到精確的車速,需處理采集到的信號周期。周期的測量不需得到外部信號的準確數(shù)值,只需當采集到的信號為高電平時輸出1,為低電平時輸出O。但是在實際采集過程中,由于采集設(shè)備自身的不足和環(huán)境的干擾,不可避免地會產(chǎn)生各種各樣的毛刺,使得周期的測量精度受到影響。為了解決這個問題,本發(fā)明提出了基于狀態(tài)機的濾波方法。該方法的思想是,假設(shè)毛刺的寬度小于濾波寬度n,當輸入信號未發(fā)生突變,認為輸入信號為真實信號;當輸入信號發(fā)生突變,采用計數(shù)器,對突變之后的信號寬度進行計數(shù)。若計數(shù)寬度小于濾波寬度,認為該突變由毛刺引起,對其濾波,若計數(shù)寬度大于濾波寬度,則認為該突變?yōu)檎鎸嵉男盘柾蛔?。該方法的技術(shù)方案是:引入信號突變之后的寬度變量St,假設(shè)該時序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在CP的上升沿。根據(jù)濾波寬度n,將St分為Stl到SnA狀態(tài)。輸入信號未發(fā)生突變時,St —直保持Stl狀態(tài)。當信號發(fā)生突變時,假設(shè)當前輸出為低電平CLKA_f ilt=0,而輸入為高電平時CLKA=1,St由狀態(tài)Stl變成狀態(tài)S1,物理意義為突變之后的信號累計寬度為1,小于濾波寬度,此時輸出仍保持低電平CLKA_filt=0。當?shù)诙€時鐘上升沿到達,輸入仍為高電平時CLKA=1,St由狀態(tài)S1變成狀態(tài)S2,物理意義為突變之后信號累計寬度為2,小于濾波寬度,輸出低電平CLKA_filt=0 ;若這時的輸入為低電平CLKA=O,則St由狀態(tài)S1變成狀態(tài)Stl,物理意義為該突變的信號寬度小于濾波寬度,判斷為毛刺信號,進行濾波,輸出低電平CLKA_filt=0。以此類推,在第k (I?η)個時鐘上升沿到達時,若當前輸入為高電平,則St由狀態(tài)Slri變成狀態(tài)sk,輸出低電平;若當前輸入為低電平,則St由狀態(tài)Sk變成狀態(tài)Stl,輸出低電平。當St已為Sn狀態(tài),若下一個時鐘上升沿到來時,輸入仍為高電平,則St由狀態(tài)Sn變成狀態(tài)Stl,輸出高電平,物理意義為信號突變之后的累計寬度大于濾波寬度,判斷為真實突變,否則回到Stl狀態(tài),輸出低電平。該狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表見表(一)。
      [0005]表一:狀態(tài)轉(zhuǎn)移表(CLKA_filt為輸出,CLKA為輸入)
      [0006]
      【權(quán)利要求】
      1.一種應(yīng)用與檢測信號中的瞬態(tài)脈沖的數(shù)字濾波技術(shù),其特征是以CPLD作為硬件,在高頻時鐘驅(qū)動下,通過狀態(tài)機的方法檢測信號中瞬態(tài)脈沖寬度,濾除寬度短的脈沖,輸出寬脈沖。該狀態(tài)機具有記憶功能,即它任一時刻的輸出,不僅僅與當前的輸入有關(guān),還與上一時刻的狀態(tài)有關(guān)。使用該狀態(tài)機首先選取合適的濾波寬度,當信號突變之后的寬度小于濾波寬度,則認為是毛刺,進行濾波,若信號突變之后的寬度大于濾波寬度,則認為是真實信號,并輸出。
      2.如權(quán)利要求1所述,其特征在于應(yīng)用于檢測信號中的瞬態(tài)信號,濾掉寬度短的脈沖,輸出寬脈沖。
      3.如權(quán)利要求1所述,其特征在于它是一個由程序算法實現(xiàn)的數(shù)字濾波技術(shù),該程序由高頻時鐘驅(qū)動,根據(jù)實際需要,可在時鐘的上升沿或下降沿處運行程序,實現(xiàn)濾波功能。
      4.如權(quán)利要求1所述,其特征在于該狀態(tài)機記憶功能,它任一時刻的輸出,不僅僅與當前的輸入有關(guān),還與上一時刻的輸出有關(guān)。
      5.如權(quán)利要求1所述,該狀態(tài)機的狀態(tài)數(shù)由濾波寬度η決定,狀態(tài)為Stl~Sn。狀態(tài)Sk(k=0,l,…η)的定義為,輸入信號突變之后的累計寬度為k。
      6.如權(quán)利要求4、5所述,狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)則為: 當時鐘上升沿/下降沿到來 步驟一:判斷是否有復(fù)位信號,若有,則狀態(tài)回歸Stl狀態(tài),輸出清零,等待下一時鐘沿,否則進入步驟二; 步驟二:判斷當前輸出是否是高電平(低電平);` 步驟三:若輸出是高電平(低電平),判斷輸入是否為高電平(低電平); 步驟四:若輸入是高電平(低電平),則當前狀態(tài)Sk轉(zhuǎn)換為次態(tài)為Stl,輸出高電平(低電平); 步驟五:若輸入為低電平(高電平),則判斷當前狀態(tài)是否為Sn,若是,則Sn轉(zhuǎn)換為次態(tài)Stl,輸出低電平,(高電平),否則當前狀態(tài)Sk轉(zhuǎn)換為次態(tài)為sk+1,輸出高電平(低電平)。
      【文檔編號】G05B19/04GK103631161SQ201310424881
      【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
      【發(fā)明者】王建群, 吳清揚, 曹寧, 薛曉卿, 柴瑞 申請人:北京理工大學(xué)
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