基于AMR和加速度傳感器的電子羅盤的抗干擾設(shè)計(jì)

3 軟件濾波算法的實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件濾波分析

根據(jù)軟件濾波設(shè)計(jì)思想，濾波子程序由主程序在信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)入中斷時(shí)調(diào)用，圖2給出了濾波程序流程。對(duì)照?qǐng)D1中4種Section來(lái)分析流程圖。當(dāng)有邊沿或干擾信號(hào)(信號(hào)周期大于計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期)到來(lái)時(shí)，VRS51L3074單片機(jī)的PWC計(jì)數(shù)停止條件滿足，系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)子程序。在中斷子程序中，首先重置脈寬計(jì)數(shù)條件，然后對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行采樣，采樣1次，狀態(tài)寄存器左移1位，采樣到高電平記為“1”，采樣到低電平記為“O”。如正常下降沿 Section B，前面處于高電平段，初始狀態(tài)變量Flag全為1，當(dāng)出現(xiàn)低電平，控制器進(jìn)入中斷，緊接著進(jìn)行16次采樣。前已提及系統(tǒng)處理的尖峰干擾約1～2 ms，每個(gè)采樣周期約為O.4 ms，其尖峰干擾脈寬達(dá)不到8個(gè)采樣周期。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采樣16次，只取最后8次的存儲(chǔ)狀態(tài)與原狀態(tài)進(jìn)行比較，如果最后采樣的狀態(tài)全為“O”則與原狀態(tài)相反，就可判斷出這是1個(gè)正常下降沿。如果是干擾信號(hào)引起計(jì)數(shù)中斷，前面8個(gè)采樣狀態(tài)不全為“1”，后面8個(gè)狀態(tài)全為“1”，最后采樣的狀態(tài)與原狀態(tài)相同，就可判斷出這是1個(gè)干擾信號(hào)，如Section A。在信號(hào)狀態(tài)采樣期間，計(jì)數(shù)條件滿足PWC繼續(xù)計(jì)數(shù)，直到真正的下降沿到來(lái)，計(jì)數(shù)停止并保存，計(jì)數(shù)寄存器還原為初始值，這樣干擾信號(hào)即被濾除。類似地，正常上升沿Section D，存儲(chǔ)器原狀態(tài)為“O”，上升沿來(lái)臨后存儲(chǔ)器狀態(tài)為“1”，與原狀態(tài)相反，PWC計(jì)數(shù)停止并保存，計(jì)數(shù)寄存器還原為初始值，退出中斷子程序。有干擾信號(hào)出現(xiàn)后采樣狀態(tài)與原狀態(tài)相同，干擾尖峰脈沖可被濾除。如果要使脈寬計(jì)數(shù)更精確，可判斷前8個(gè)采樣周期中系統(tǒng)不正常計(jì)數(shù)的周期，然后與最終計(jì)數(shù)周期相加即可。此時(shí)，程序流程體現(xiàn)出軟件濾波功能。

3.2 源程序代碼分析

對(duì)應(yīng)程序流程圖，給出了單片機(jī)通過(guò)P4.2口對(duì)ADXL202某一輸出通道采樣濾波并完成脈寬計(jì)數(shù)的源程序。源程序如下：

源程序中定義了3個(gè)變量，其中變量Flag存儲(chǔ)原狀態(tài)值;FlagReg存儲(chǔ)當(dāng)前采樣值;變量i記錄采樣次數(shù);改變i的值可控制濾除尖峰脈沖的等待時(shí)間。程序通過(guò)對(duì)原狀態(tài)與當(dāng)前采樣狀態(tài)異或之后的值來(lái)判斷當(dāng)前信號(hào)是有效信號(hào)還是干擾信號(hào)，從而對(duì)上升沿、下降沿的中間過(guò)度或尖峰脈沖干擾進(jìn)行相應(yīng)處理，退出中斷子程序。實(shí)現(xiàn)了對(duì)正常信號(hào)計(jì)數(shù)、濾掉尖峰脈沖干擾的目的。

4 測(cè)試結(jié)果

由于條件限制以及干擾的隨機(jī)性，對(duì)基于ADXL202構(gòu)成的車載電子羅盤進(jìn)行的測(cè)試，無(wú)法對(duì)所測(cè)量的角度以及方向角進(jìn)行精確標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)相同條件下同一物理量多次測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)對(duì)相應(yīng)算法進(jìn)行*估。測(cè)試結(jié)果如表1所列。

從實(shí)驗(yàn)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)差可以看出，經(jīng)過(guò)軟件濾波后σ小了很多，這種軟件濾波算法對(duì)濾除尖峰脈沖干擾是非常有效的。

結(jié)語(yǔ)

本文提出的軟件濾波算法速度快，代碼效率高，濾波效果理想，是一種實(shí)用的數(shù)字濾波設(shè)計(jì)方法，體現(xiàn)了將算法與具體硬件相結(jié)合的思想。另一方面，當(dāng)脈沖干擾較寬時(shí)可將存儲(chǔ)器變量適當(dāng)擴(kuò)展成多字節(jié)變量。這個(gè)算法還可以與FPGA結(jié)合，用于其他計(jì)數(shù)精度要求較高、易受尖峰脈沖干擾的應(yīng)用場(chǎng)合。