本發(fā)明涉及一種用于控制滑動(dòng)平均濾波器的操作的方法，該方法能夠通過(guò)跟蹤速度相對(duì)于輸入值變化的合理控制來(lái)優(yōu)化應(yīng)對(duì)突波噪聲(surgenoise)的能力。

背景技術(shù)：

可以借助于換能器或傳感器將隨時(shí)間連續(xù)改變的信息(例如聲音、光、溫度、壓力、位置等)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)(電壓或電流)。被配置為通過(guò)放大、檢測(cè)和轉(zhuǎn)換由此獲得的模擬電信號(hào)的電壓、電流、頻率等來(lái)傳遞信息的電子電路被稱為模擬電路。

這種模擬電路可能包含噪聲。作為隨機(jī)變化的外部信號(hào)，噪聲由諸如原子的粒子的隨機(jī)熱振動(dòng)產(chǎn)生。噪聲主要由于使用設(shè)計(jì)不良的部件，用于遠(yuǎn)程傳輸?shù)男盘?hào)的重復(fù)輻射，外部電信號(hào)的引入等而產(chǎn)生。這樣的噪聲可以通過(guò)減小信號(hào)的不規(guī)則變化來(lái)降低原始信號(hào)的電平。

如果隨機(jī)外部噪聲被添加到模擬信號(hào)，則難以與原始信號(hào)區(qū)分開(kāi)。這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)適于處理這種困難的單獨(dú)電路或算法來(lái)解決。

噪聲濾波器通常用于阻擋噪聲。作為一種噪聲濾波器，滑動(dòng)平均濾波器(movingaveragefilter)在響應(yīng)速度和阻擋噪聲性能之間具有權(quán)衡關(guān)系。也就是說(shuō)，滑動(dòng)平均濾波器的較高響應(yīng)速度提供較低的阻擋噪聲性能。因此，為了提高阻擋噪聲性能，需要降低響應(yīng)速度。

因此，本發(fā)明提出了一種新穎的算法，其能夠高效地控制滑動(dòng)平均濾波器的響應(yīng)速度和阻擋噪聲性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提出本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題，并且本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種用于控制滑動(dòng)平均濾波器的操作的方法，其能夠通過(guò)跟蹤速度相對(duì)于輸入值變化的合理控制來(lái)優(yōu)化應(yīng)對(duì)突波噪聲的能力。

本發(fā)明不限于上述方面，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)以下描述將清楚地理解本發(fā)明的其它方面。通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的上述和/或其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚和更容易理解。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)在權(quán)利要求中闡述的特征及其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于控制滑動(dòng)平均濾波器的操作以阻擋噪聲的方法，包括：(a)設(shè)置穩(wěn)定性參考值和對(duì)應(yīng)的采樣間隔的步驟；(b)輸入測(cè)量數(shù)據(jù)的步驟；(c)通過(guò)應(yīng)用基本采樣間隔，使用在步驟(b)中輸入的測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算第一滑動(dòng)平均值的步驟；以及(d)如果第一滑動(dòng)平均值等于或大于穩(wěn)定性參考值，則通過(guò)應(yīng)用對(duì)應(yīng)于在步驟(a)中設(shè)置的穩(wěn)定性參考值的采樣間隔來(lái)計(jì)算針對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的第二滑動(dòng)平均值的步驟。

在一些實(shí)施例中，步驟(a)中設(shè)置的穩(wěn)定性參考值可以包括兩個(gè)或更多個(gè)不同的參考值，并且設(shè)置對(duì)應(yīng)于兩個(gè)或更多個(gè)不同參考值的兩個(gè)或更多個(gè)不同采樣間隔。

在一些實(shí)施例中，可以根據(jù)包括當(dāng)前噪聲情況的濾波環(huán)境來(lái)自動(dòng)設(shè)置在步驟(a)中設(shè)置的穩(wěn)定性參考值和采樣間隔。

在一些實(shí)施例中，如果第二滑動(dòng)平均值保持低于穩(wěn)定性參考值超過(guò)指定的參考時(shí)間，則步驟(d)可以返回到步驟(c)。

根據(jù)本發(fā)明，可以有效地改變滑動(dòng)平均濾波器的響應(yīng)速度和阻擋噪聲性能，以應(yīng)對(duì)輸入條件的變化。

此外，根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種能夠提供高響應(yīng)速度和改進(jìn)的阻擋噪聲性能的滑動(dòng)平均濾波器。

附圖說(shuō)明

圖1是用于說(shuō)明滑動(dòng)平均值的含義和計(jì)算滑動(dòng)平均值的過(guò)程的概念圖。

圖2a至圖3b是用于說(shuō)明傳統(tǒng)滑動(dòng)平均濾波器的操作過(guò)程的曲線圖。

圖4是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于控制滑動(dòng)平均濾波器的操作的方法的流程圖。

圖5a和圖5b是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的滑動(dòng)平均濾波器的操作的過(guò)程的曲線圖。

圖6a和圖6b是用于說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例所應(yīng)用到的滑動(dòng)平均濾波器的響應(yīng)速度的曲線圖。

具體實(shí)施方式

通過(guò)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地理解和實(shí)踐本發(fā)明的技術(shù)思想。在本發(fā)明的以下詳細(xì)描述中，如果認(rèn)為功能和/或構(gòu)造可能不必要地模糊本發(fā)明的要點(diǎn)，則將省略對(duì)相關(guān)功能或構(gòu)造的具體描述。

在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。

圖1是用于說(shuō)明滑動(dòng)平均值的含義和計(jì)算滑動(dòng)平均值的過(guò)程的概念圖。

滑動(dòng)平均值意味著對(duì)某一數(shù)量(平均數(shù)量)的輸入值的實(shí)時(shí)平均值。參照?qǐng)D1，在平均數(shù)量(1)被設(shè)置為4的情況下，為了計(jì)算滑動(dòng)平均值，對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)計(jì)算最近四個(gè)輸入值的平均值。

滑動(dòng)平均濾波器使用計(jì)算的滑動(dòng)平均值來(lái)執(zhí)行噪聲濾波操作。也就是說(shuō)，滑動(dòng)平均濾波器具有以下算法，其通過(guò)平均數(shù)量(l)累積輸入值并且在每個(gè)采樣點(diǎn)輸出累積輸入值的和的平均值。換句話說(shuō)，滑動(dòng)平均濾波器具有通過(guò)ad轉(zhuǎn)換器等將輸入的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成的ad轉(zhuǎn)換值(數(shù)字值)作為輸入，并且生成對(duì)應(yīng)于ad轉(zhuǎn)換值的輸出值。這里，平均數(shù)量(l)被稱為滑動(dòng)平均濾波器值。因此，在圖1中，滑動(dòng)平均濾波器值為4。

下面的等式1是基于滑動(dòng)平均濾波器使用滑動(dòng)平均濾波器值(l)來(lái)計(jì)算輸出值(滑動(dòng)平均值)的滑動(dòng)平均值計(jì)算等式。

[等式1]

輸入濾波器輸出值[n]＝(ad轉(zhuǎn)換值[n]+ad轉(zhuǎn)換值[n-1]+...ad轉(zhuǎn)換值[n-l+1])/l

其中l(wèi)表示平均數(shù)量，并且n>1。

根據(jù)由等式1表示的滑動(dòng)平均值計(jì)算等式，可以通過(guò)將(l-1)個(gè)先前輸入值與當(dāng)前輸入值(等式1中的ad轉(zhuǎn)換值[n])相加，然后除以滑動(dòng)平均濾波器值的總和(平均數(shù)量(l))而計(jì)算輸出值。

圖2a至圖3b是用于說(shuō)明傳統(tǒng)滑動(dòng)平均濾波器的操作過(guò)程的曲線圖。在這些曲線圖中，y軸表示諸如電壓、權(quán)重等的測(cè)量數(shù)據(jù)，而x軸表示除以特定間隔單位的時(shí)間。例如，如果諸如電壓、權(quán)重等的輸入數(shù)據(jù)的測(cè)量周期為一秒，則x軸的標(biāo)度單位可以表示一秒的時(shí)間，其可以表示為‘采樣周期’。

具體地，圖2a和圖2b分別示出當(dāng)輸入值(由藍(lán)色信號(hào)表示)從0瞬時(shí)改變到100時(shí)滑動(dòng)平均濾波器值為100和50的情況下的輸出值(由紅色信號(hào)表示)，以及圖3a和圖3b分別示出在當(dāng)8個(gè)采樣間隔期間輸入諸如突波噪聲的外部電信號(hào)(由藍(lán)色信號(hào)表示)時(shí)滑動(dòng)平均濾波器值為100和50的情況下的輸出值(由紅色信號(hào)表示)。

首先，如圖2a和圖2b所示，當(dāng)輸入值從0瞬時(shí)改變?yōu)?00時(shí)，隨著滑動(dòng)平均濾波器值變小，該變化的響應(yīng)速度(跟蹤速度)變得高。換句話說(shuō)，如圖2a所示，在滑動(dòng)平均濾波器值為100的情況下，濾波器輸出值為100，其等于幾乎在120個(gè)采樣點(diǎn)處的輸入值，而在圖2b中，在滑動(dòng)平均濾波器值為50的情況下，濾波器輸出值為100，其等于幾乎在70個(gè)采樣點(diǎn)處的輸入值。也就是說(shuō)，滑動(dòng)平均濾波器的響應(yīng)速度與滑動(dòng)平均濾波器值成反比。

接下來(lái)，參考圖3a和圖3b，當(dāng)在約8個(gè)采樣間隔期間輸入噪聲時(shí)，如果滑動(dòng)平均濾波器值為100(圖3a)，則在約90至100個(gè)采樣間隔期間輸出值約為8，而如果滑動(dòng)平均濾波器值為50(圖3b)，在約40至50個(gè)采樣間隔期間輸出值約為16。

換句話說(shuō)，當(dāng)采用這種滑動(dòng)平均濾波器的系統(tǒng)基于輸出值10(例如，10v或10db)來(lái)確定是否允許噪聲等的誤差時(shí)，在滑動(dòng)平均濾波器值為100(圖3a)的情況下，不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這是因?yàn)檩敵鲋翟谌魏伍g隔中都不超過(guò)10。相反，在滑動(dòng)平均濾波器值為50(圖3b)的情況下，可能發(fā)生諸如系統(tǒng)關(guān)閉等的問(wèn)題，這是因?yàn)樵谝恍╅g隔中的輸出值為16，其在誤差范圍之外。也就是說(shuō)，滑動(dòng)平均濾波器對(duì)突波噪聲等的阻擋性能與滑動(dòng)平均濾波器值成比例。

因此，由于較小的滑動(dòng)平均濾波器值提供較低的阻擋噪聲性能(盡管其提供滑動(dòng)平均濾波器的較高響應(yīng)速度)，所以難以確定適當(dāng)?shù)幕瑒?dòng)平均濾波器值。因此，本發(fā)明提出了一種用于控制滑動(dòng)平均濾波器的操作的方法，其能夠提供高響應(yīng)速度和高阻擋噪聲性能。

圖4是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于控制滑動(dòng)平均濾波器的操作的方法的流程圖。圖5a和圖5b是用于說(shuō)明圖4所示的滑動(dòng)平均濾波器的操作過(guò)程的曲線圖。

首先，參考圖4，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于控制滑動(dòng)平均濾波器的操作的方法包括：設(shè)置穩(wěn)定性參考值和對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)平均濾波器值的步驟s410、輸入測(cè)量數(shù)據(jù)的步驟s420、通過(guò)應(yīng)用基本滑動(dòng)平均濾波器值來(lái)計(jì)算輸出值的步驟s430、比較輸出值和穩(wěn)定性參考值的步驟s440以及如果在步驟s430中計(jì)算的輸出值等于或大于穩(wěn)定性參考值，則通過(guò)應(yīng)用在步驟s410中設(shè)置的滑動(dòng)平均濾波器值來(lái)計(jì)算輸出值的步驟s450。

設(shè)置穩(wěn)定性參考值和對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)平均濾波器值的步驟s410是如果滑動(dòng)平均濾波器的輸出值等于或大于預(yù)定參考值則將基本滑動(dòng)平均濾波器值調(diào)整為第一滑動(dòng)平均濾波器值的步驟。也就是說(shuō)，步驟s410是以下步驟：如果滑動(dòng)平均濾波器輸出了具有比正常時(shí)穩(wěn)定的輸出值的變化寬度更大的變化寬度的輸出值，則進(jìn)行設(shè)置使得滑動(dòng)平均濾波器的輸出值可以通過(guò)將滑動(dòng)平均濾波器值設(shè)置為小于正常時(shí)的基本設(shè)置值而對(duì)輸入值具有快速響應(yīng)。因此，為了改變滑動(dòng)平均濾波器的響應(yīng)速度，穩(wěn)定性參考值可以是考慮了根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等的噪聲容許范圍而設(shè)置的某個(gè)參考值，但不意味著特定數(shù)字或有限范圍。

例如，圖5a示出了設(shè)置為8的穩(wěn)定性參考值，圖5b示出了設(shè)置為16的穩(wěn)定性參考值。即，圖5a示出了基本滑動(dòng)平均濾波器值為100，穩(wěn)定性參考值為8，并且第一滑動(dòng)平均濾波器值為50的情況，而圖5b示出基本滑動(dòng)平均濾波器值為100，穩(wěn)定性基準(zhǔn)值為16，并且第一滑動(dòng)平均濾波器值為50的情況。在每個(gè)圖中，y軸表示諸如電壓、權(quán)重等的測(cè)量數(shù)據(jù)，x軸表示除以特定間隔單位的時(shí)間，如前所述。

接著，在測(cè)量數(shù)據(jù)輸入步驟s420中，輸入借由單獨(dú)的測(cè)量?jī)x器測(cè)量的諸如電壓、權(quán)重等的測(cè)量數(shù)據(jù)。此后，在步驟s430中，滑動(dòng)平均濾波器通過(guò)應(yīng)用基本滑動(dòng)平均濾波器值來(lái)計(jì)算輸出值。

接下來(lái)，在步驟s440中，將輸出值與穩(wěn)定性基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。作為比較的結(jié)果，如果輸出值等于或大于穩(wěn)定性參考值，則在步驟s450中，通過(guò)應(yīng)用第一滑動(dòng)平均濾波器值來(lái)計(jì)算輸出值。重復(fù)步驟s430和s450，直到在測(cè)量數(shù)據(jù)輸入步驟s420中不再輸入數(shù)據(jù)為止。

參考圖5a和圖5b，當(dāng)在測(cè)量數(shù)據(jù)輸入步驟s420中輸入突波噪聲時(shí)，圖5a的滑動(dòng)平均濾波器首先使用基本滑動(dòng)平均濾波器值100來(lái)計(jì)算輸出值，然后，在輸出值達(dá)到穩(wěn)定性參考值8的時(shí)刻(p1)，使用第一滑動(dòng)平均濾波器值50來(lái)計(jì)算輸出值。此后，在輸出值再次低于穩(wěn)定性參考值8的時(shí)刻(p2)，滑動(dòng)平均濾波器使用基本滑動(dòng)平均濾波器值100來(lái)計(jì)算輸出值。

此時(shí)，當(dāng)滑動(dòng)平均濾波器的輸出值改變?yōu)樾∮诜€(wěn)定性參考值8時(shí)，僅當(dāng)在特定參考采樣間隔期間連續(xù)地計(jì)算小于穩(wěn)定性參考值的輸出值時(shí)，可以提供用于調(diào)整滑動(dòng)平均濾波器值的附加配置。這里，可以通過(guò)來(lái)自系統(tǒng)管理員等的輸入或優(yōu)選地自動(dòng)地根據(jù)系統(tǒng)環(huán)境等而實(shí)現(xiàn)特定參考采樣間隔的設(shè)置。

接下來(lái)，圖5b的滑動(dòng)平均濾波器繼續(xù)使用基本滑動(dòng)平均濾波器值100來(lái)計(jì)算輸出值。也就是說(shuō)，由于輸出值沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定性參考值16，所以圖5b的滑動(dòng)平均濾波器可以僅使用基本滑動(dòng)平均濾波器值100來(lái)計(jì)算輸出值，而不需要使用第一滑動(dòng)平均濾波器值50來(lái)計(jì)算輸出值。

例如，當(dāng)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為確定基于輸出值10(例如，10v或10db)對(duì)于圖5a和圖5b的滑動(dòng)平均濾波器是否允許噪聲等時(shí)，圖5a的滑動(dòng)平均濾波器示出了在約15個(gè)采樣間隔期間超過(guò)噪聲可允許范圍的輸出值16，而圖5b的滑動(dòng)平均濾波器在整個(gè)采樣間隔期間實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)脑肼曌钃酢?/p>

換句話說(shuō)，對(duì)于與圖3a和圖3b所示的相同的輸入信號(hào)，在圖5a和圖5b的滑動(dòng)平均濾波器可以等效地穩(wěn)定地執(zhí)行噪聲阻擋或者減小超過(guò)噪聲可容許范圍的間隔。

以這種方式，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于控制滑動(dòng)平均濾波器的操作的方法中，可以根據(jù)穩(wěn)定性參考值的設(shè)置水平和對(duì)應(yīng)的第一滑動(dòng)平均濾波器值確定阻擋噪聲性能。另外，穩(wěn)定性基準(zhǔn)值和對(duì)應(yīng)的第一滑動(dòng)平均濾波器值可以通過(guò)直接輸入通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等從系統(tǒng)管理員確定的特定值來(lái)設(shè)置，但是更優(yōu)選地可以根據(jù)系統(tǒng)安裝環(huán)境、對(duì)應(yīng)的噪聲情況等自動(dòng)設(shè)置。

在這種情況下，可以提供其中穩(wěn)定性參考值和對(duì)應(yīng)的第一滑動(dòng)平均濾波器值隨著噪聲狀況等的變化而改變的配置。此外，通過(guò)在附加的幾個(gè)步驟中設(shè)置穩(wěn)定性參考值以及對(duì)應(yīng)的第二和第三滑動(dòng)平均濾波器值，可以維持滑動(dòng)平均濾波器的響應(yīng)速度和阻擋噪聲性能的最佳平衡狀態(tài)。

也就是說(shuō)，盡管在這些圖中未示出，但通過(guò)設(shè)置不同于上述穩(wěn)定性參考值的另一穩(wěn)定性參考值，并指定與所設(shè)置的不同于第一滑動(dòng)平均值的另一穩(wěn)定性參考值相對(duì)應(yīng)的第二滑動(dòng)平均濾波器值，可以根據(jù)滑動(dòng)平均濾波器的輸出值的水平來(lái)應(yīng)用各種滑動(dòng)平均濾波器值。

圖6a和圖6b是用于說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的滑動(dòng)平均濾波器的響應(yīng)速度的曲線圖。如圖5a、圖6a示出了基本滑動(dòng)平均濾波器值為100，穩(wěn)定性參考值為8，且第一滑動(dòng)平均濾波器值為50的情況。圖5b、圖6b示出了基本滑動(dòng)平均濾波器值為100，穩(wěn)定性參考值為16，且第一滑動(dòng)平均濾波器值為50的情況。

也就是說(shuō)，參考圖6a，在滑動(dòng)平均濾波器的輸出值達(dá)到穩(wěn)定性參考值8的時(shí)刻(p1)，滑動(dòng)平均濾波器值被改變?yōu)?0，這示出較高的響應(yīng)速度。參考圖6b，在滑動(dòng)平均濾波器的輸出值達(dá)到穩(wěn)定性參考值16的時(shí)刻(p2)，滑動(dòng)平均濾波器值改變?yōu)?0，這示出較高的響應(yīng)速度。

因此，從圖6a和圖6b和圖2a和圖2b的曲線圖之間的比較可以看出，對(duì)于傳統(tǒng)滑動(dòng)平均濾波器的操作，本發(fā)明的滑動(dòng)平均濾波器操作控制方法可以大大增加滑動(dòng)平均濾波器的響應(yīng)速度。也就是說(shuō)，當(dāng)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的滑動(dòng)平均濾波器操作控制方法時(shí)，滑動(dòng)平均濾波器的響應(yīng)速度示出類(lèi)似于滑動(dòng)平均濾波器值為小(例如50)的情況的結(jié)果，并且滑動(dòng)平均濾波器的阻擋噪聲性能示出類(lèi)似于滑動(dòng)平均濾波器值為大(例如100)的情況的結(jié)果。

換句話說(shuō)，本發(fā)明可以提供一種滑動(dòng)平均濾波器，其能夠提供高響應(yīng)速度和改進(jìn)的阻擋噪聲性能。

雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。提供示例性實(shí)施例是為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是限制性的。因此，本發(fā)明旨在覆蓋本發(fā)明的修改和變化，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)。