Працюємо з 09:00 до 20:00 без вихідних

Шум аналогового входа

Любой аналоговый датчик, соединительные провода, да и сам аналоговый вход контроллера вносят в результирующее измеренное значение множество шумов. Они мешают нам получить реальное значение параметра с повторяемой точностью.


Подключив датчик к контроллеру, увидим постоянно скачущие значения физической величины. Если нам нужно управлять каким-либо исполнительным механизмом в зависимости от величины такого прыгающего значения, то механизм может вести себя довольно неадекватно. Так что любой аналоговый сигнал рекомендуется сглаживать при помощи программного фильтра.

Давайте рассмотрим два интересных способа программной фильтрации этих шумов. 

Следующая программа для контроллера Arduino считывает аналоговый вход и выводит в монитор порта нефильтрованное значение, и два значения отфильтрованные двумя разными способами.

int sensorPin = A0; // номер аналогового входа

// функция считывает аналоговый вход заданное количество раз
// и возвращает отфильтрованное значение
int readMean(int pin, int samples){
// переменная для хранения суммы считанных значений
int sum = 0;
// чтение и складывание значений
for (int i = 0; i < samples; i++){
sum = sum + analogRead(pin);
}
// делим сумму значений на количество измерений
sum = sum/samples;
// возвращаем среднее значение
return sum;
}
// функция считывает аналоговый вход заданное количество раз
// и возвращает медианное отфильтрованное значение
int readMedian (int pin, int samples){
// массив для хранения данных
int raw[samples];
// считываем вход и помещаем величину в ячейки массива
for (int i = 0; i < samples; i++){
raw[i] = analogRead(pin);
}
// сортируем массив по возрастанию значений в ячейках
int temp = 0; // временная переменная
for (int i = 0; i < samples; i++){
for (int j = i; j < samples - 1; j++){
if (raw[j] > raw[j + 1]){
temp = raw[j];
raw[j] = raw[j + 1];
raw[j + 1] = temp;
}
}
}
// возвращаем значение средней ячейки массива
return raw[samples/2];
}
void setup(){
Serial.begin(9600);
}
void loop(){
// выводим значение на аналоговом входе в монитор порта
Serial.print(analogRead(sensorPin));
Serial.print(" ");
// выводим среднеизмеренное значение
Serial.print(readMean(sensorPin, 15));
Serial.print(" ");
// выводим медианное отфильтрованное значение
Serial.println(readMedian(sensorPin, 15));
delay(100);
}

Изобретено множество программных фильтров, но мы здесь рассматриваем два самых испоьзуемых типа: фильтр по среднему значению и медианный фильтр.

Первый - фильтр по среднеизмеренному значению

Данный алгоритм собирает несколько значений и вычисляет по ним среднее значение. Он довольно хорошо убирает шум, но требует больших затрат времени цикла от контроллера. Из-за того, что необходимо сделать несколько выборок сигнала с аналогового входа. Таким образом увеличивается время ответа при опросе входного значения главной программой. Но медленное получение значения лучше чем скачущее значение.

1) Объявляем функцию с двумя параметрами: первый содержит номер аналогового входа Arduino, куда подключен датчик; а второй задает количество выборок.

2) Далее мы циклически считываем значение аналогового входа и каждый раз прибавляем его к переменной sum
int sum = 0;
for (int i = 0; i < samples; i++){
sum = sum + analogRead(pin);
}

3) Дальше находим среднее значение. Сумму всех значений выборок делим на количество выборок
sum = sum/samples;

Второй фильтр - медианный

Алгоритм этого программного фильтра немного сложнее, но действеннее. Он не делает математических вычислений над выборками. Фильтр основан на допущении, что выбросы шума расположены равномерно как в позитивную сторону так и в негативную по отношению к реальному значению. Этот алгоритм считывает ряд значений с аналогового входа контроллера Arduino, сортирует их по возрастанию и выбирает значение, стоящее в центре полученного списка. В общем случае, если выбросы шума расположены равномерно с двух сторон от реального значения, то получим точную величину.

1) Объявляем функцию медианного фильтра, принимающую номер аналогового входа и количество выборок
int readMedian (int pin, int samples){
2) Дальше объявляем массив для хранения данных и в цикле заполняем этот массив считываемыми с аналогового входа данными
int raw[samples];
for (int i = 0; i < samples; i++){
raw[i] = analogRead(pin);
}

Дальше алгоритм делает сортировку массива по значению. Для этого используется так называемый пузырьковый алгоритм. Он выстроит ячейки массива по порядку от меньших значений до больших.

И в конце функции возвращаем значение средней ячейки отсортированного массива.

return raw[samples/2];

Основной цикл программы

В основном цикле программы мы просто циклически выводим полученные данные в монитор порта, чтобы проследить за изменениями измеряемого параметра во времени. В одну строку программа должна выводить нефильтрованное значение и два фильтрованных разными алгоритмами значения. Таким образом мы сможем оценить качество фильтрации разными способами.

Здесь задано считывание 15 выборок, но вы можете поэкспериментировать и с другим количеством, наблюдая за изменением качества фильтрации сигнала.

Serial.print(analogRead(sensorPin));
Serial.print(" ");
Serial.print(readMean(sensorPin, 15));
Serial.print(" ");
Serial.println(readMedian(sensorPin, 15));
delay(100);

Написать отзыв

Примечание: HTML разметка не поддерживается! Используйте обычный текст.
    Плохо           Хорошо
Ремень зубчатый 6 мм 200 мм

Ремень зубчатый 6 мм 200 мм

Зубчатый прорезиненный ремень для передачи механической энергии вращения от одного зубчатого колеса ..

36.30грн.

Компаратор сдвоенный LM393DR

Компаратор сдвоенный LM393DR

LM393DR в корпусе SOP-8 для поверхностного монтажа.Эти микросхемы разработчики всевозможных датчиков..

2.62грн.

Радиаторы для Orange PI или Raspberry PI

Радиаторы для Orange PI или Raspberry PI

Набор из трёх радиаторов охлаждения для процессора миникомпьютера и его микросхем памятиМатериал - а..

33.00грн.

Припой с канифолью 30г

Припой с канифолью 30г

Нить припоя для тонкой пайки мелких радиодеталей, содержащая флюсСвинца 40 %Олова 60 %Флюса 1,2 %Нап..

81.58грн.

Корпус под мини-компьютер Orange PI PC

Корпус под мини-компьютер Orange PI PC

Корпус прозрачныйМатериал - акрилл..

148.83грн.

Новое

Насос погружной 3 ... 6В 120л/ч

Насос погружной 3 ... 6В 120л/ч

Насос жидкостный погружного типа.Используется для полива домашних растений, для миниатюрных фонтанов..

Резистор подстроечный 1 кОм

Резистор подстроечный 1 кОм

Переменный резистор или потенциометр для установки на печатную плату. Сопротивление подстраивается п..

Прозрачная пленка А4 под принтер для изготовления печатных плат фоторезистом

Прозрачная пленка А4 под принтер для изготовления печатных плат фоторезистом

Пленка для нанесения рисунка дорожек на будущую печатную плату фоторезистивным методом.На пленке лаз..

Фильтрация шумов аналогового сигнала на Arduino

Фильтрация шумов аналогового сигнала на Arduino

Шум аналогового входаЛюбой аналоговый датчик, соединительные провода, да и сам аналоговый вход контр..

Штекер питания для Orange PI

Штекер питания для Orange PI

Разборный штекер для питания мини компьютеров Orange PI и Banana PIСодержит два вывода под пайку про..

Медный чулок для удаления припоя 2мм 1,5м

Медный чулок для удаления припоя 2мм 1,5м

Медная оплётка - применяется для залуживания дорожек печатной платы, а так же для удаления излишков ..

Модуль твердотельного реле 4-канальный

Модуль твердотельного реле 4-канальный

Модуль предназначен для коммутации нагрузок с переменным напряжением питания 75 ... 264 ВМаксимальны..

Оптопара EL817 SMD

Оптопара EL817 SMD

Оптопара с транзистором на выходеПрименяется для гальванической развязки дискретного сигнала, а так ..

Стабилизатор напряжения 5В 2А микросхема L78S05CV

Стабилизатор напряжения 5В 2А микросхема L78S05CV

Микросхема стабилизатор напряжения L78S05CVПрименяется для стабилизации пульсирующего напряжени..

Автоматическое реверсивное управление двигателем с ATtiny85

Автоматическое реверсивное управление двигателем с ATtiny85

Постановка задачи проекта Ставим задачу автоматически таскать двигателем постоянного тока полезный ..

Программатор AVR-контроллеров USBASP

Программатор AVR-контроллеров USBASP

Программатор для загрузки и отладки программ в микроконтроллеры компании ATMEL.Интерфейс програ..

Сдвиговый регистр 74HC595N

Сдвиговый регистр 74HC595N

Эту микросхему используют для управления светодиодными гирляндами и символьными индикаторами.Она поз..

Светодиод ультраяркий 3мм

Светодиод ультраяркий 3мм

Сверхяркий светодиод диаметром 3 ммКорпус прозрачный у светодиодов разного цвета свечения. То есть р..

Вентилятор для Orange PI толщиной 10мм

Вентилятор для Orange PI толщиной 10мм

Вентилятор для охлаждения процессора мини-компьютера Orange PI или Raspberry PIРаботает безшумноПита..

Терминальный разъемный коннектор угловой 4п

Терминальный разъемный коннектор угловой 4п

Разъемный 4-проводной коннектор для пайки на печатную платуПровода подводятся параллельно плате и со..

Шестерня для зубчатого ремня на 20 зубьев под ось 5 мм

Шестерня для зубчатого ремня на 20 зубьев под ось 5 мм

Используется для передачи и редукции крутящего момента от двигателяКоличество зубьев 20 шт.Диаметр о..