基于A(yíng)VR單片機的數字濾波器濾除工頻干擾的快速算法

工頻干擾廣泛存在各種工業(yè)現場(chǎng)中，其產(chǎn)生的途徑主要包括輸電饋線(xiàn)、照明設備、發(fā)動(dòng)機以及各種電子儀器設備等。一般可以通過(guò)濾波電路消除工頻干擾，但這必將增加硬件結構的復雜程度。實(shí)際上，還可以采用數字信號處理的相關(guān)算法，通過(guò)軟件濾波器濾除工頻干擾。軟件濾波算法的采用，無(wú)疑會(huì )在簡(jiǎn)化電路結構的同時(shí)，使系統的硬件資源得到更加充分的利用，并達到降低產(chǎn)品成本的要求。

AVR 單片機是Atmel 公司生產(chǎn)的8位精簡(jiǎn)指令集(RISC)單片機。與同類(lèi)單片機相比，在運算速度、外設資源、靈活性等方面性能均衡，性?xún)r(jià)比較高。 AVR 單片機適合C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，Mega 系列AVR 單片機還有一個(gè)內部硬件乘法器單元。這些特點(diǎn)都為軟件濾波器的實(shí)現提供了極大的便利。

1 濾波算法

常用的單片機濾波算法包括中值濾波、均值濾波、滑動(dòng)平均以及復合濾波算法等。工頻干擾的頻率范圍在50Hz附近，可以采用一個(gè)截止頻率遠低于50Hz的低通濾波器來(lái)濾除工頻干擾。

假設輸入信號為x(t)，輸出信號為y(t)，則一個(gè)RC低通濾波器表達式為:，其中t為時(shí)間常數。

連續時(shí)間信號經(jīng)過(guò)采樣后成為離散時(shí)間信號，低通濾波器的表達式也變?yōu)椋?img onload="if(this.width>620)this.width=620;" onclick="window.open(this.src)" style="cursor:pointer" id=imgddiv57803 alt="基于A(yíng)VR單片機的數字濾波器濾除工頻干擾的快速算法 " src="http://editerupload.eepw.com.cn/fetch/20140120/216170_1_1.jpg" border=0>

為采樣時(shí)間間隔，k為歸一化時(shí)間。

由(1)式可得：

所以系統的傳遞函數為：

假設采樣頻率Fs=500Hz,a分別取0.8, 0.85, 0.9, 0.95, 代入(4)式,利用matlab 畫(huà)出頻率響應曲線(xiàn),如圖1。其中50Hz頻率對應的幅度衰減見(jiàn)表1。