CN111965379A - 一种基于电位计式传感器的速度信号滤波***和滤波方法 - Google Patents

一种基于电位计式传感器的速度信号滤波***和滤波方法 Download PDF

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吴兴校
王零超
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Abstract

本发明提供一种基于电位计式传感器的速度信号滤波***和滤波方法，滤波***包括依次串联连接在一起的AD采样电路、中值滤波器、均值滤波器和低通滤波器；滤波方法包括采用T测速法获取速度信号、通过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值、通过均值滤波器对速度信号进行平滑处理、通过低通滤波器滤除速度信号中的高频成分。采用本发明的技术方案，通过T测速法直接获取原始的速度信号，测速方法简单快捷，又先后通过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值、均值滤波器对速度信号进行滤波平滑处理、低通滤波器滤除速度信号中的高频成分，使最终获得的速度信号可靠性、抗干扰性、可性度更高，可以作为舵机的反馈速度信号使用。

Description

一种基于电位计式传感器的速度信号滤波***和滤波方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，特别是指一种基于电位计式传感器的速度信号滤波***和滤波方法。
背景技术
电位计式传感器是一种可以将位置信号转换为电压信号的低成本、高可靠的位置传感器，适合应用于对成本要求严格的民用工业产品领域，如机器人伺服舵机。然而在机器人伺服舵机中，不仅需要控制准确的位置，还需要控制其转动的速度。一般而言，由于电位计的原理特性，通常来说其具有可靠精度的转角范围有限，通常在300°范围以内。当角度从几百度转动到几度时，由于电压信号不能实现立即突变，会出现解算角度不对的情况，此时计算出的速度会出现较大波动，很难将其直接利用。
基于此，本专利旨在提出一种速度信号的滤波方法。采用T测速法，根据电位计解算位置信号，获取原始的速度信号。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电位计式传感器的速度信号滤波***。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供了一种基于电位计式传感器的速度信号滤波***，包括依次串联连接在一起的AD采样电路、中值滤波器、均值滤波器和低通滤波器；
AD采样电路：所述AD采样电路包括电位计式传感器，所述AD采样电路用于采集电位计式传感器信号，从而获取实时位置信号，采用T测速法获取速度信号；
中值滤波器：所述中值滤波器用于滤除来自于AD采样电路的速度信号中波动较大的异常值；
均值滤波器：所述均值滤波器用于对来自于所述中值滤波器的速度信号进行滤波平滑处理；
低通滤波器：所述低通滤波器用于滤除来自于所述均值滤波器的速度信号中的高频成分。
所述AD采样电路包括12位的主控芯片。
所述低通滤波器为一阶低通滤波器，其截止频率为100Hz。
此外，本发明还提供了一种使用前述的基于电位计式传感器的速度信号滤波***的滤波方法，包括以下步骤：
通过AD采样电路采集电位计式传感器信号，从而获取实时位置信号，采用T测速法获取速度信号，再使该速度信号依次经过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值、均值滤波器进行滤波平滑处理和低通滤波器滤除速度信号中的高频成分后结束。
所述采用T测速法获取速度信号是指：
通过所述AD采样电路内设的12位主控芯片采集电位计式传感器输出电压信号，控制输出电压信号范围为0V-5V，则读取的数字信号为0-4095，对应角度为0-359度，当读到的角度信号变化为10°时，读取相应的时间计数值Tcnt，则速度信号为V＝10°/Tcnt。
所述经过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值是指:
步骤1：设置中值滤波器的滤波窗口数k，k为正整数，然后将获取的速度信号存储为具有k个组员的速度数组；
步骤2：读取当前最新的速度信号，并依次对速度数组内的所有速度信号进行更新；
步骤3：对速度数组内所有数据进行备份；
步骤4：对速度数组内所有数据进行采用冒泡算法排序后输出所有数据的中间值。
所述滤波窗口数k＝19。
所述均值滤波器进行滤波平滑处理是指：
连续获取n个速度信号，n为自然数，并将n个速度信号存储为速度数组X[n]，通过算式
Figure BDA0002640605110000031
计算获得算术平均值。
所述速度信号的数量n＝20。
本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，通过T测速法直接获取原始的速度信号，测速方法简单快捷，又先后通过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值、均值滤波器对速度信号进行滤波平滑处理、低通滤波器滤除速度信号中的高频成分，使最终获得的速度信号可靠性、抗干扰性、可性度更高，可以作为舵机的反馈速度信号使用。
附图说明
图1是发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，本发明提供了一种基于电位计式传感器的速度信号滤波***，包括依次串联连接在一起的AD采样电路、中值滤波器、均值滤波器和低通滤波器；
AD采样电路：AD采样电路包括电位计式传感器，AD采样电路用于采集电位计式传感器信号，从而获取实时位置信号，采用T测速法获取速度信号；另外，优选AD采样电路包括12位的主控芯片。
中值滤波器：中值滤波器用于滤除来自于AD采样电路的速度信号中波动较大的异常值；
均值滤波器：均值滤波器用于对来自于中值滤波器的速度信号进行滤波平滑处理；
低通滤波器：低通滤波器用于滤除来自于均值滤波器的速度信号中的高频成分。低通滤波器为一阶低通滤波器，其截止频率为100Hz。
此外，本发明还提供了一种使用前述的基于电位计式传感器的速度信号滤波***的滤波方法，包括以下步骤：
通过AD采样电路采集电位计式传感器信号，从而获取实时位置信号，采用T测速法获取速度信号，再使该速度信号依次经过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值、均值滤波器进行滤波平滑处理和低通滤波器滤除速度信号中的高频成分后结束。
进一步地，采用T测速法获取速度信号是指：
通过AD采样电路内设的12位主控芯片采集电位计式传感器输出电压信号，控制输出电压信号范围为0V-5V，则读取的数字信号为0-4095，对应角度为0-359度，当读到的角度信号变化为10°时，读取相应的时间计数值Tcnt，则速度信号为V＝10°/Tcnt。
另外，经过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值是指:
步骤1：设置中值滤波器的滤波窗口数k，k为正整数，然后将获取的速度信号存储为具有k个组员的速度数组；优选滤波窗口数k＝19。
步骤2：读取当前最新的速度信号，并依次对速度数组内的所有速度信号进行更新；
步骤3：对速度数组内所有数据进行备份；
步骤4：对速度数组内所有数据进行采用冒泡算法排序后输出所有数据的中间值。
例如，当将设置中值滤波窗口数设置为19时，则速度存储数组为X[19]，具有19个组员，将窗口中的所有信号进行更新X[18-i]＝X[17-i]，读取当前最新速度信号X[0]＝V。再在缓冲区内对所有数据进行备份，Xcopy[i]＝X[i]。然后对备份的数据进行冒泡排序算法，最后即输出备份区数据的中间值Xcopy[10]。
另外，均值滤波器进行滤波平滑处理是指：
连续获取n个速度信号，n为自然数，并将n个速度信号存储为速度数组X[n]，通过算式
Figure BDA0002640605110000051
计算获得算术平均值。优选速度信号的数量n＝20。
采用本发明的技术方案，通过T测速法直接获取原始的速度信号，测速方法简单快捷，又先后通过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值、均值滤波器对速度信号进行滤波平滑处理、低通滤波器滤除速度信号中的高频成分，使最终获得的速度信号可靠性、抗干扰性、可性度更高，可以作为舵机的反馈速度信号使用。

Claims (9)

1.一种基于电位计式传感器的速度信号滤波***，其特征在于：包括依次串联连接在一起的AD采样电路、中值滤波器、均值滤波器和低通滤波器；
AD采样电路：所述AD采样电路包括电位计式传感器，所述AD采样电路用于采集电位计式传感器信号，从而获取实时位置信号，采用T测速法获取速度信号；
中值滤波器：所述中值滤波器用于滤除来自于AD采样电路的速度信号中波动较大的异常值；
均值滤波器：所述均值滤波器用于对来自于所述中值滤波器的速度信号进行滤波平滑处理；
低通滤波器：所述低通滤波器用于滤除来自于所述均值滤波器的速度信号中的高频成分。
2.如权利要求1所述的基于电位计式传感器的速度信号滤波***，其特征在于：所述AD采样电路包括12位的主控芯片。
3.如权利要求1所述的基于电位计式传感器的速度信号滤波***，其特征在于：所述低通滤波器为一阶低通滤波器，其截止频率为100Hz。
4.一种使用如权利要求1至3任一项所述的基于电位计式传感器的速度信号滤波***的滤波方法，其特征在于：包括以下步骤：
通过AD采样电路采集电位计式传感器信号，从而获取实时位置信号，采用T测速法获取速度信号，再使该速度信号依次经过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值、均值滤波器进行滤波平滑处理和低通滤波器滤除速度信号中的高频成分后结束。
5.如权利要求4所述的基于电位计式传感器的速度信号滤波方法，其特征在于：所述采用T测速法获取速度信号是指：
通过所述AD采样电路内设的12位主控芯片采集电位计式传感器输出电压信号，控制输出电压信号范围为0V-5V，则读取的数字信号为0-4095，对应角度为0-359度，当读到的角度信号变化为10°时，读取相应的时间计数值Tcnt，则速度信号为V＝10°/Tcnt。
6.如权利要求4所述的基于电位计式传感器的速度信号滤波方法，其特征在于：所述经过中值滤波器滤除速度信号中波动较大的异常值是指:
步骤1：设置中值滤波器的滤波窗口数k，k为正整数，然后将获取的速度信号存储为具有k个组员的速度数组；
步骤2：读取当前最新的速度信号，并依次对速度数组内的所有速度信号进行更新；
步骤3：对速度数组内所有数据进行备份；
步骤4：对速度数组内所有数据进行采用冒泡算法排序后输出所有数据的中间值。
7.如权利要求6所述的基于电位计式传感器的速度信号滤波方法，其特征在于：所述滤波窗口数k＝19。
8.如权利要求4所述的基于电位计式传感器的速度信号滤波方法，其特征在于：所述均值滤波器进行滤波平滑处理是指：
连续获取n个速度信号，n为自然数，并将n个速度信号存储为速度数组X[n]，通过算式
Figure FDA0002640605100000021
计算获得算术平均值。
9.如权利要求8所述的基于电位计式传感器的速度信号滤波方法，其特征在于：所述速度信号的数量n＝20。
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