一種對于頻率量的圓周采樣濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對于頻率量的圓周采樣濾波方法，屬于控制系統(tǒng)采樣的濾波【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明依據(jù)測速齒輪不論是否偏心其在勻速旋轉(zhuǎn)一周時輸出的頻率量的周期之和為一定值的原理，通過對一周或一周的整數(shù)倍進行連續(xù)采樣，得出當(dāng)量頻率，從而實現(xiàn)對由于振動而造成的頻率量突變信號的濾波，使采樣到的頻率量信號真實可信。
【專利說明】一種對于頻率量的圓周采樣濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)采樣的濾波【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種對于頻率量的圓周采樣濾波方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)控制、工程機械控制、汽車電子中存在大量的頻率量信號需要采集。傳感器的頻率量信號輸出的應(yīng)用十分廣泛，在實際應(yīng)用中主要有轉(zhuǎn)速信號(如發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、車輪轉(zhuǎn)速信號、電機轉(zhuǎn)速信號等)、流量信號(主要是蝸輪流量傳感器輸入信號)、編碼器角度信號等。一般來說，頻率量是快速變化的開關(guān)量，其變化的頻率一般是幾赫茲至幾萬頻茲，因此控制系統(tǒng)采樣時重點是高低電平的切換速率，通過兩個電平之間的切換時間來測量頻
曰.牟里。
[0003]為了得到真實的頻率信號，控制系統(tǒng)在采樣時一般通過硬件和軟件兩種方法實現(xiàn)對頻率量采樣的濾波。在硬件濾波上是通過硬件電路實現(xiàn)對干擾的頻率信號的濾除，如通過阻容濾波、高通濾波、低通濾波、帶通濾波等到各種形式得到真實的頻率信號。硬件電路進行濾波的缺點是電路設(shè)計復(fù)雜、增加了硬件成本和控制器的體積。而軟件濾波則有配置靈活等優(yōu)點，因此軟件濾波得以廣泛應(yīng)用。在軟件濾波上可以模擬硬件濾波實現(xiàn)阻容濾波、高通濾波、低通濾波、帶通濾波等形式，還能夠利用求平均值、去除異常值、歷史數(shù)據(jù)累加等形式實現(xiàn)濾波。軟件中計算頻率的方法常用的有三種，測頻法、測周期法、和測頻測周法。測頻法是在一定測量時間T內(nèi)，測量傳感器脈沖產(chǎn)生的脈沖數(shù)來測量頻率量；測周期法是頻率可以用兩脈沖產(chǎn)生的間隔寬度Tp來決定。測頻測周法即是綜合了測頻法和測周期法分別對高、低頻率具有的不同精度，利用各自的優(yōu)點而產(chǎn)生的方法，精度位于兩者之間。
[0004]但在實際的使用過程中，如圖1所示，在工作環(huán)境振動較劇烈的條件下，往往會造成提供頻率輸出的旋轉(zhuǎn)軸偏心，進而造成安裝間距變化，從而造成頻率信號輸出會發(fā)生跳變，這是原有算法難以解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何實現(xiàn)對由于振動而造成的頻率量突變信號的濾波，使采樣到的頻率量信號真實可信。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種對于頻率量的圓周采樣濾波方法，包括以下步驟:
[0009]S1、進入輸入捕捉中斷，此時若有頻率量輸入，則觸發(fā)中斷，禁止當(dāng)前的輸入捕捉中斷；將中斷次數(shù)變量IntTimes加I，將當(dāng)前輸入捕捉定時器的值TCO賦予本次中斷時刻變量 TCountl ；
[0010]S2、計算所測頻率量的周期T:判斷本次中斷時刻變量值TCountl是否大于或等于上次中斷時刻變量值TCountO，如果判斷為是，則本次所測的頻率量周期T=TCOUntl-TCOUnt0，如果判斷為否，則判斷中斷所用的自由度數(shù)器發(fā)生了溢出，之后更新上次中斷時刻變量值TCountO=TCountl，從而為下一次中斷的頻率量周期T的計數(shù)做準(zhǔn)備；
[0011]S3、計算齒輪一周的中斷的頻率量周期當(dāng)量，從而確定圓周采樣濾波后的頻率量FC:
[0012]首先進行如下判斷:如果中斷次數(shù)變量IntTimes=I,則表示這是開始齒輪一周的頻率量測量后，第I齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，則將圓周采樣變量清零，這表示開始了圓周采樣的濾波；第I齒形頻率量的周期當(dāng)量Tl為T/N，N表示齒輪齒數(shù)；
[0013]如果中斷次數(shù)變量IntTimes=i,則表示這是開始齒輪一周的頻率量測量后,第i齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，第i齒形頻率量的周期當(dāng)量Ti=T/N，i=2, 3，…，N-1;
[0014]如果中斷次數(shù)變量IntTimes=N,則表示這是開始齒輪一周的頻率量測量后,第N齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，第N齒形頻率量的周期當(dāng)量TN=T/N;并且測量的頻率量當(dāng)量周期為TC=T1+T2+T3+…+TN，進而求得當(dāng)時頻率量FC，F(xiàn)C=Rt X 1/TC，Rt為時間系數(shù)，此時使圓周采樣變量置為1，表示已完成一周的采樣，同時使中斷次數(shù)變量清零，為下一次采樣準(zhǔn)備。
[0015]優(yōu)選地，所述時間系數(shù)根據(jù)單片機的總線時鐘和齒輪齒數(shù)N求得。
[0016](三)有益效果
[0017]本發(fā)明依據(jù)測速齒輪不論是否偏心其在勻速旋轉(zhuǎn)一周時輸出的頻率量的周期之和為一定值的原理，通過對一周或一周的整數(shù)倍進行連續(xù)采樣，得出當(dāng)量頻率，從而實現(xiàn)對由于振動而造成的頻率量突變信號的濾波，使采樣到的頻率量信號真實可信。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為頻率量輸出脈沖波形的裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2為頻率量輸出脈沖波形的周向分布分析圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的頻率量圓周采樣濾波方法流程圖；
[0021]圖中:1.測速齒輪、2.測速傳感器、3.安裝支架、d.安裝間距、4.采集系統(tǒng)?！揪唧w實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細(xì)描述。
[0023]如圖1、圖2所示，測速齒輪I在勻速s旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)由于振動而造成測速齒輪旋轉(zhuǎn)偏心時，從而造成安裝間距的變化，則應(yīng)輸出的均勻的脈沖頻率量會發(fā)生跳變，時而頻率大、時而頻率小。但通過分析可知，在勻速下，無論測速齒輪I是否偏心旋轉(zhuǎn)，其發(fā)生的脈沖的個數(shù)N是一定的，一周的所有脈沖周期之和是一定的。因此可以通過對旋轉(zhuǎn)齒輪的一周的脈沖頻率量進行采樣，將所有脈沖周期進行累加，并除以測速齒輪的一周的齒數(shù)N，即得到濾波后的當(dāng)量頻率周期TC，進而可以求得當(dāng)量的頻率值，從而通過轉(zhuǎn)換計算，可得到真實的物理量(如流量、 轉(zhuǎn)速等)的值。
[0024]本發(fā)明利用上述原理設(shè)計的對于頻率量的圓周采樣濾波方法的具體實現(xiàn)過程如圖3所示。對于頻率量的采樣，本發(fā)明應(yīng)用的是單片機的I/O 口的輸入捕捉功能，利用輸入捕捉中斷，即頻率量的上升沿(或下降沿)進入I/o端口后，即觸發(fā)中斷，圖3中應(yīng)用的中斷捕捉定時器是TCO。在程序中，應(yīng)提前使能中斷。具體過程如下:
[0025](I)進入輸入捕捉中斷。此時有頻率量輸入，則觸發(fā)中斷，進入處理程序，禁止當(dāng)前的輸入捕捉中斷，以防在處理過程中再觸發(fā)中斷；中斷次數(shù)變量IntTimes自動加1，其初始值為O ;將當(dāng)前輸入捕捉定時器的值賦與本次中斷時刻變量TCountl=TC0。
[0026](2)計算所測得的頻率量的周期T。判斷本次中斷時刻變量值是否大于或等于上次中斷時刻變量值，即判斷TCountD=TCountO?, TCountO的初始值為O。如果判斷為是，則本次所測的頻率量周期T=TCount 1-TCountO。如果判斷為否，是由于中斷所用的自由度數(shù)器發(fā)生了溢出，假定其最大溢出值為65535，則本次所測的頻率量周期T=65535-TCountO+TCountl。之后更新上次中斷時刻變量值TCountO=TCountl，從而為下一次中斷的頻率量周期T的計數(shù)做好準(zhǔn)備。 [0027](3)齒輪一周的中斷的頻率量周期當(dāng)量的計算。
[0028]進行如下判斷,如果中斷次數(shù)變量IntTimes=I,則表示這是開始齒輪I周的頻率量測量后，第I齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，則圓周采樣變量清零，CirSampleTimes=O,這表示開始了圓周采樣的濾波；第I齒形頻率量的周期當(dāng)量T1=T/N。
[0029]如果中斷次數(shù)變量IntTimes=2,則表示這是開始齒輪一周的頻率量測量后,第2齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，第2齒形頻率量的周期當(dāng)量T2=T/N。
[0030]如果中斷次數(shù)變量IntTimes=3,則表示這是開始齒輪一周的頻率量測量后,第3齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，第3齒形頻率量的周期當(dāng)量T3=T/N。
[0031]如此規(guī)律,直至IntTimes=N。
[0032]如果中斷次數(shù)變量IntTimes=N,則表示這是開始齒輪一周的頻率量測量后,第N齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，第N齒形頻率量的周期當(dāng)量TN=T/N;并且測量的頻率量當(dāng)量周期為TC=T1+T2+T3+…+TN。進而可求得當(dāng)時頻率FC，F(xiàn)C=(時間系數(shù))Rt X 1/TC。時間系數(shù)Rt綜合單片機的總線時鐘、齒輪齒數(shù)N而得到的，綜合單片機相關(guān)知識與現(xiàn)有物理公式即可求出。由于不同單片機總線時鐘設(shè)置不同，因此無法給出統(tǒng)一的計算公式。此時使圓周采樣變量置為I，CirSampleTimes=I,表示已完成一周的采樣，同時使中斷次數(shù)變量清零，為下一次采樣準(zhǔn)備，IntTimes=O。
[0033](4)退出中斷處理程序。退出之前，一定要先使能輸入捕捉中斷。
[0034]圖3所示的是進行連續(xù)I周頻率采樣的流程，當(dāng)然也可以進行I周的整數(shù)倍進行采樣濾波，則得到的頻率值更穩(wěn)定。
[0035]由以上實施例可以看出，本發(fā)明依據(jù)測速齒輪不論是否偏心其在勻速旋轉(zhuǎn)一周時輸出的頻率量的周期之和為一定值的原理，通過對一周或一周的整數(shù)倍進行連續(xù)采樣，得出當(dāng)量頻率，從而實現(xiàn)對由于振動而造成的頻率量突變信號的濾波，使采樣到的頻率量信號真實可信。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種對于頻率量的圓周采樣濾波方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、進入輸入捕捉中斷，此時若有頻率量輸入，則觸發(fā)中斷，禁止當(dāng)前的輸入捕捉中斷；將中斷次數(shù)變量IntTimes加1，將當(dāng)前輸入捕捉定時器的值TCO賦予本次中斷時刻變量TCountl ； 52、計算所測頻率量的周期T:判斷本次中斷時刻變量值TCountl是否大于或等于上次中斷時刻變量值TCountO，如果判斷為是，則本次所測的頻率量周期T=TCount1-TCountO，如果判斷為否，則判斷中斷所用的自由度數(shù)器發(fā)生了溢出，之后更新上次中斷時刻變量值TCountO=TCountl,從而為下一次中斷的頻率量周期T的計數(shù)做準(zhǔn)備； 53、計算齒輪一周的中斷的頻率量周期當(dāng)量，從而確定圓周采樣濾波后的頻率量FC: 首先進行如下判斷:如果中斷次數(shù)變量IntTimes=I,則表示這是開始齒輪一周的頻率量測量后，第I齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，則將圓周采樣變量清零，這表示開始了圓周采樣的濾波；第I齒形頻率量的周期當(dāng)量Tl為T/N，N表示齒輪齒數(shù)； 如果中斷次數(shù)變量IntTimes=i，則表示這是開始齒輪一周的頻率量測量后，第i齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，第i齒形頻率量的周期當(dāng)量Ti=T/N，i=2, 3，…，N-1; 如果中斷次數(shù)變量IntTimes=N,則表示這是開始齒輪一周的頻率量測量后,第N齒形的輸出脈沖觸發(fā)了中斷，第N齒形頻率量的周期當(dāng)量TN=T/N ;并且測量的頻率量當(dāng)量周期為TC=T1+T2+T3+…+TN，進而求得當(dāng)時頻率量FC，F(xiàn)C=Rt X 1/TC，Rt為時間系數(shù)，此時使圓周采樣變量置為I，表示已完成一周的采樣，同時使中斷次數(shù)變量清零，為下一次采樣準(zhǔn)備。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述時間系數(shù)根據(jù)單片機的總線時鐘和齒輪齒數(shù)N求得。`
【文檔編號】G01D3/028GK103776470SQ201410033792
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】宋慧新, 邵春鳴, 馬明, 金昊龍, 王超 申請人:中國北方車輛研究所