电机ADC滤波 - 递推平均滤波算法

原创已于 2023-12-26 16:10:10 修改 · 1.7k 阅读

19 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#算法 #单片机 #嵌入式硬件

于 2023-12-15 10:14:30 首次发布

文章讲述了作者在电机项目中如何通过ADC采集电机运行电流，遇到的不稳定问题，以及采用递推平均值滤波算法进行数据处理，以稳定ADC值并优化CPU资源利用。

1、创作灵感

最近在做一个电机项目，需要采集电机的运行电流，用来判断电机的运行状态。经过硬件电路转换后可以将电机的运行电流转化为电压，用单片机的ADC进行采集，即可获取电机的运行状态。

在项目过程中，由于ADC采样速度过快，使得采集到的电机ADC不稳定（启动瞬间ADC过高），加入滤波算法后可以大幅度降低误报风险，本次采取的算法是递推平均值滤波算法。

2、思路分析

电机ADC持续采样，将采集到的ADC值存到一个数组中（这里对20个数据进行运算。PS:太少容易不稳定，太多容易浪费CPU资源），用新数据不断覆盖老数据，最后将数据进行平均处理，可以得到稳定的ADC值。

3、代码实现

定义一个结构体：

struct average
{
	unsigned char new_data;//输入的数据
	unsigned char data_num;//替换哪一位的数据
	unsigned char data[20];//存放数据，最多放20个
	unsigned int sum;//总和
	unsigned char average_value;//平均值
};

平均值运算程序：

unsigned char average_run(struct average *object)
{
	object -> data[object -> data_num] = object -> new_data;//将新值覆盖掉数组中的一个数据
	
	if(object -> data_num >= 0 && object -> data_num < 19) object -> data_num++;
	else                                                    object -> data_num = 0;
	
	//计算平均值
	object -> sum = 0;//清空总和
	for(unsigned char loop = 0; loop < 20; loop++)
	{
		object -> sum += object -> data[loop];//计算总和
	}
	object -> average_value = (object -> sum / 20);//取平均值
	
	return (object -> average_value);
}

使用示范：

定义一个结构体对象：

struct average adc;

将采集到的数据给到结构体：

（说明：这里是测试代码，在while中不断让num自增，不断更新num的值，对其进行平均值运算。）

adc.new_data = ++num;//将取到的值赋给结构体
adc_average = average_run(&adc);//得到平均值

4、测试结果：

5、总结：

本次的算法只对最近采集到的20个数据进行平均处理，通过数据覆盖使数据不易进行突变而造成干扰，为了节约CPU资源，所以不进行浮点数的运算（浮点数运算更加准确，需要精确数据的可以进行程序修改）。

注意要点：由于电机采集到的ADC值一般不会超过255，所以采集的值用unsigned char类型的变量进行保存，如果单次输入的值大于255，则要将结构体中的 new_data 、 data[20] 、average_value三个变量的数据类型改成unsigned int。运算函数返回类型也要修改成unsigned int。