单片机应用系统中去除工频干扰的快速实现
从图1 A组可看出,该滤波器不仅对50 Hz有滤波效果,对所有频率为50 Hz整数倍的信号都有滤波作用。因此,若采用自适应相干模板法滤除工频干扰,则当有用信号频带范围较宽,信号采样率较高时,将对工频干扰50 Hz及其各谐波信号都有很好的抑制作用。
因此不仅要求采样率为50 Hz的整数倍,而且要求有用信号的最高频率分量不超过100 Hz,否则,频率为100 Hz的有用信号也和工频干扰一样被滤除。这样,滤波后的信号将产生失真。
从图1 B组可看出,滤波器的幅频特性受M值影响较大。当M值较大时,通频带的纹波系数较小,阻带宽度也较窄。也就是说,M值越大对滤除理想的50 Hz来说效果越好;然而,实际工频干扰具有一定的频率变化范围,当M值大到超过某一值后将导致工频干扰滤除效果下降,因此,在实际设计滤波器时,M值的选取要综合考虑。一般M值可选256。
用自适应相干模板法去除工频干扰,可以达到实时滤波,这由信号的采样频率、单片机的速度决定。若信号的采样频率不高,单片机速度较快,则在信号的采样间隔时间内就能实现工频干扰的滤除。因此,在使用该方法前,应大概估计信号滤波所需的时间(与信号的通道数成正比),再适当选择采样率和晶振。
为方便说明,下面以A/D采样精度为16位、单片机为89C51、fs=200 Hz、M=256为例,来讨论单通道信号中工频干扰去除的快速实现问题。由于A/D精度为16位,因此,单片机中所涉及的运算一般为双字节或三字节加法或减法运算,且由于M值取为256,使得除法运算也变得极其简单,直接简化为甩掉低字节即可。
2.1 建立初始模板
如前所述,利用自适应相干模板法去除工频干扰的关键在于建立工频干扰的模板,而为实现连续滤波,首先需建立一个初始模板。
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