基于AVR單片機(jī)的數(shù)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(xiàn)場(chǎng)中，其產(chǎn)生的途徑主要包括輸電饋線(xiàn)、照明設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)以及各種電子儀器設(shè)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(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。實(shí)際上，還可以采用數(shù)字信號(hào)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(jié)構(gòu)的同時(shí)，使系統(tǒng)的硬件資源得到更加充分的利用，并達(dá)到降低產(chǎn)品成本的要求。

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

1 濾波算法

常用的單片機(jī)濾波算法包括中值濾波、均值濾波、滑動(dòng)平均以及復(fù)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(yuǎn)低于50Hz的低通濾波器來(lái)濾除工頻干擾。

假設(shè)輸入信號(hào)為x(t)，輸出信號(hào)為y(t)，則一個(gè)RC低通濾波器表達(dá)式為:，其中t為時(shí)間常數(shù)。

連續(xù)時(shí)間信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后成為離散時(shí)間信號(hào)，低通濾波器的表達(dá)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AVR單片機(jī)的數(shù)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(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

假設(shè)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(yīng)曲線(xiàn),如圖1。其中50Hz頻率對(duì)應(yīng)的幅度衰減見(jiàn)表1。