يمكن الحصول على معلومات حول حالة البيئة أو ، على سبيل المثال ، كائن تحكم معين عن طريق قياس القيم الحالية للمعلمات التي تميز خصائص معينة للبيئة أو الكائن. لاستلام ومعالجة وإرسال هذه المعلومات بالوسائل التقنية ، يجب تحويل قيمة المعلمة المقاسة بواسطة أجهزة القياس الأوتوماتيكية إلى إشارة لمعلومات القياس. للقيام بذلك ، قم بتنفيذ قناة قياس المعلومات (
IIC ) ، كمزيج من الوسائل التقنية ، كل منها ستفي بوظيفتها المحددة ، بدءًا من إدراك القيمة المقاسة وتنتهي باستلام معلومات القياس في شكل مناسب للإدراك البشري أو لمزيد من المعالجة. وسيكون كل شيء على ما يرام ، ولكن على طول مسار المعلومات ، يتم فرض التداخل
e (t) على الإشارة المفيدة
y (t) لمعلومات القياس - وهي وظيفة عشوائية للوقت يمكنها محاكاة الخطأ العشوائي لمحول القياس ، والشاحنات الكهربائية في أسلاك التوصيل ، والتموجات العشوائية المعلمة المقاسة ، وعوامل أخرى.
وبناءً على ذلك ، تنشأ المشكلة من المعالجة الأولية للمعلومات في IIC - تصفية الإشارة y (t) لمعلومات القياس من التداخل العشوائي e (t). في الأساس ، تعتمد طرق الترشيح على الاختلاف في أطياف التردد للوظائف y (t) و e (t) ، ويعتبر التداخل أكثر ترددًا.
إن توليف المرشح الأمثل الذي تم تنفيذه هو مهمة معقدة يتطلب حلها تحديدًا دقيقًا لخصائص الإشارة المفيدة والتداخل. لذلك ، في الممارسة العملية ، عادة ما يتم تحديد وظيفة التحويل للمرشح وتقتصر على التوليف المعياري باستخدام خوارزميات التصفية البسيطة.
يتم تنفيذ طرق الترشيح على مستوى البرامج وعلى مستوى الأجهزة. على سبيل المثال ، في مستشعر BMP280 (BOSCH) ، من الممكن توصيل مرشح IIR على مستوى الأجهزة ، وتغيير معامل المرشح k ، إذا لزم الأمر ، [1].
مرشح IIR
المرشحات ذات الاستجابة النبضية اللانهائية هي مرشحات متكررة وتحسب إشارة الخرج بناءً على قيم عينات المدخلات والمخرجات السابقة. من الناحية النظرية ، لا تصل الاستجابة النبضية لمرشح IIR إلى الصفر مطلقًا ، لذلك يكون الناتج غير محدود في المدة.
بشكل عام ، نكتب الخوارزمية لتصفية مرشح رقمي عددي أحادي البعد كـ [2]:
، (1) ،
حيث
T هي دالة قياسية لمتغير واحد.
تعتمد الوظيفة
T على إشارة الإدخال الحالية x [n] ، والسابقة: عينات M لإشارة الإدخال

وعينات N من إشارة الخرج

يوصف ناتج مرشح IIR بواسطة معادلة الفرق للصيغة:

(2)
حيث x [n]، y [n] هي المدخلات والمخرجات للمرشح ، على التوالي ، {
} هي مجموعة المعاملات المباشرة ، M هي عدد المعاملات المباشرة ، {
} عبارة عن مجموعة من المعاملات العكسية ، N هو عدد المعاملات العكسية.
بتطبيق التحويل z على طرفي المعادلة (2) نحصل على:

(3).
ثم ستبدو وظيفة التحويل للمرشح كما يلي:

(4)
خوارزمية لتصفية مرشح IIR أحادي البعد
بشكل عام ، تبدو خوارزمية التصفية لمرشح تعاودي ثابت أحادي البعد كما يلي:
. (5)
نكتب الآن معادلة الاختلاف لمرشح IIR في شكل [1]:

(6)
حيث k هو معامل المرشح ؛
أو
(7)
أين

هي معاملات المرشح العكسي والأمام ، على التوالي.
من (7) من الواضح أنه عند k = 1 ستعيد إشارة خرج المرشح الإدخال ، ومع زيادة معامل المرشح k ، يميل وزن الإشارة المرشحة السابقة إلى 1 ، ويميل وزن القيمة المقاسة إلى 0.
تم تنفيذ الخوارزمية (6) كمثال لقناة قياس معلومات الضغط الجوي المطلق لمستشعر BMP280 ، على مستوى البرنامج في بيئة تطوير برنامج Arduino (IDE) ، القائمة 1. يوضح الرسم التخطيطي للتوصيل الكهربائي لمكونات IIC. 1. يتم عرض نظرة عامة للنموذج الأولي IIC الضغط الجوي المطلق في الشكل. 2. يوفر النموذج الأولي القدرة على تغيير معامل الفلتر في نطاق 1 ... 50 بزيادات قدرها 1 ، عن طريق تدوير مقبض مقياس الجهد. تظهر علامة الشاشة البلورية السائلة قيمة الضغط المقاسة (لـ k = 1) أو القيمة المرشحة (لـ k = 2 ... 50) ، ومعامل المرشح k.
التين. 1 - مخطط الأسلاك لمكونات النموذج الأولي IIC
التين. 2 - نظرة عامة على النموذج الأولي IICنص Python للبحث عن عوامل تصفية IIR
تظهر القائمة 2 نص Python لفحص مرشحات IIR. تتم كتابة معامل التصفية k في البرنامج النصي. تتم قراءة قيم الضغط المقاسة بالتتابع من منفذ COM الظاهري ويتم تصفيتها. يتم عرض القيم المقاسة والمفلترة للمعلمة المقاسة في الوقت الفعلي في النافذة الرسومية وعلى وحدة التحكم. يتم تسجيل نتائج التجربة بواسطة الجدول في ملف ، ويتم عرض المخططات الزمنية للقيم المقاسة والمرشحة في نافذة الرسومات.
قائمة 2 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import serial from drawnow import drawnow import datetime, time k = 6.0
نتائج التجربة
: 33 : 6 : COM6 : n - ; P - , ; n P 0 100490.00 100490.00 1 100488.00 100489.71 2 100487.00 100489.33 3 100488.00 100489.14 4 100488.00 100488.97 … 30 100486.00 100488.14 31 100492.00 100488.70 32 100489.00 100488.74 : 16.028, c : 0.500875, c 275_count.txt Ctrl-C,


الاستنتاجات
إن خوارزمية التصفية المذكورة أعلاه بسيطة للغاية في تنفيذ البرامج ، وعمليًا ، يمكن استخدامها في IICs مشابهة لتلك التي تمت مناقشتها في هذه المقالة.
Losikhin D.A. ، s.v. مقهى CITYM .
مصادر المعلومات
- جهاز استشعار الضغط الرقمي BMP280
- مرشح استجابة نبضة لانهائي