多路高速开关信号采集中的一种软件消抖算法_图文

1、2002年2月第32卷第1期山东工业大学学报JOURNAL OF SHANTJONG UNIVERSITY OF TECHNOLoGVVol3:NO1F乩2002多路高速开关信号采集中的一种软件消抖算法郑来波(250061山东省济南市山东大学信息科学与工程学院李泰强(250011山东省济-壶市济南市公路管理局摘要总结了在测控系统中进行开关信号采集时常用的消抖方法,指出了它们用于多路高速开关信号采集时的不足之处井提出了一种基于概率统计方法的软件消抖算法.该算法具有很高的动作顺序分辨率和抗干扰能力,且不需要额外的硬件电路的支持,可广泛用于各种开关信号采集电路中关键词测量系统;控制系统;抖动(数据待

2、输;算法/开关信号中图分类号TM93.114文献标识码:A文章编号:looO一5323(2002ol一004804SOFlWARE ARITHMEllIC FOR JITTER ELIMINATl0N ONMULTIPLEX HIGH-SPEED SWITCH SIGNAL ACQUISITIONzHENG乙ik(Schcd of fnform.Sci.&Eng,Shandong Univ,Jinan City,Shandong Province250061,ChinaL,Taiqiang(Jinan Highway Management Bureau,Jinan City,Shand

3、ong Province250011,chinaABS'II/ACT Jitter elimination methods in cofn的n USe OD switch signa】acquisition in ohservatkm and CO/1 trol system are summarized.Their shortcomings used in multiplex highspeed switch signal acquisition;ll C proposed,and a kind of sotware arithmetic for jitters eliminatio

4、n based00probability statistic=is叫l forward This arithmetic,which has very11jgh action secluence resolution and go。d antijamming performance,¨|:ednt hardware support.cad be used on varied swilch signal acquisition circuits.KEY WORDS Measuring system.;Control systems;Jitter(data t ransmission;Al

5、gorithms/Switch signal0前言在工业测控系统中,需要对现场的各种信号进行采集和处理这些信号可以分为模拟信号、数字信号和开关信号三类,各需要不同的采集方法开关信号即只有两个状态的信号开关信号中有许多是由机械触点产生的,如电磁继电器、辅助开关等对这类开关信号进行采集时,为了保证系统对触点的次动作只采集一次,必须要消除触点抖动的影响,消抖的方法有硬件和软件两类,但将现有的消抖方法收稿日期:200l一07一13用于多路高速开关信号采集电路中时,或rM3复杂,或对触点动作肪序的分辨率低,不能满足系统要求为解决此问题,本文提出一种基于概率统计方、的软件消抖算法.1常用消抖方法1.1双稳

6、态消抖双稳态消抖电路的原理如图1昕示o1罔中用两个与非门构成一个RS触发器.当K与点接 山东工业大学学报电平的状态变化(如同3,且在时间t,时首先采集到低电平,则记录时间t,并继续对状态进行采集,直到t。(n=T/r,其中丁是本算法要求的为消除抖动而对输人状态采集的时间长度,T>T,设采集序列为L,一L。在抖动期,由于抖动脉冲的随机性,采到高电平和低电平是等概率的,即L,一L,中1和0各占5096.抖动期过后,输入状态稳定在低电平上,因此L,+lL。全部为0.假设LIL。中0的个数为"l,且r/=lYl/n*100%,则:.当目>50%时,输人状态发生了由高电平到低电平的

7、变化;当50时,出现了干扰信号.如果输入发生了由低电平到高电平的变化,处理过程与上类似,只不过是计算所有采集值中1所占的百分比.为了使系统运行可靠,实际编制算法程序时,往往不是以50%作为作为分界点来区分干扰和状态的变化,而是采用更高的百分比,如70%,这与采集时间T及测控系统中触点的抖动时间有关.实际应用发现,当T取12Ins,以70%作为分界点时,系统均可正常工作下面给出当系统有P路开关信号输入时,软件防抖的算法.系统每隔时间r采集一次P路开关信号的状态,并记录采集时问开辟一个状态采集缓冲区(组织成循环队列的形式,记录在时间段丁内采集的”次状态值及其发生时间(如图4当缓冲区满时,比较第一个

8、采集到的状态值(队头,即L。.,L2.卜_.L¨与系统存储的当前状态值是否一致.若一致,输入状态无变化,删除队头;若不一致,则输入状态有可能发生变化,进行如下的处理(以作为区分干扰与状态变化的临界点:队头第1路输入:1,L,第2路输入:f2,上27第3路输入:L。、厶,队尾1.1,1。 (12.1L,.L2州一,。Lj L3.3"3.第J路输入:L,.L.,L.。,.一。第p路输:L。,L。2厶".L旷、。,。“L图4状态采集值序列Fig4Status value acquired分别将各路输入的采集状态与存储的当前状态进行比较,假设第i路发生了变化(以0到1的变

9、化为例,计算L¨一Lj.。中l占的百分比7.如果_>,认为发生了状态的变化,将L¨一L全部写为1,以消除抖动信号;如果_e,认为是干扰信号的影响,将L¨一L。全部写为O,以消除干扰信号;对p路输入状态分别进行上述处理后,重新比较队头与存储的当前状态是否一致若一致.认为此次处理是由于干扰信号引起,将队头从队列中删除;若不一致,认为确实是发生了输入状态的变化,将队头作为当前状态存储,并将此状态和其发生的时间作为一次事件记录并交由系统处理然j将队头从队列中删除当缓冲区再次满(即队列长度达到¨时,重新执行上述过程.由上面给出的算法过程可以看出,对于触点动作

10、顺序(即各路输入的状态变化顺序的分辨,瞽是由采集时间间隔r决定的,因此只要系统速度允许,可以很容易地做到1nls以下当然追求过高的分辨力有时并无实际意义实际编程时.可以用一个定时中断采集输入状态的值,连同采集时间一并放人缓冲区上程序查询缓冲区的数据以决定是否需要执行消抖算法为了防止主程序在执行其他任务时来不及查询缓冲区引起的数据丢失,一般将缓冲区设得比实际的”值大.主程序在查询缓冲区时,只要仔储的采集值数量不小于n即执行消抖算法.4软件消抖算珐对干扰信号的抑制作用在现场的信号采集过程中,总会有各种各样的瞬时干扰信号存在(一般为交变信号较强的干扰信号有可能被系统误认为是状态的变化因此在实际的系统

11、设计中应该考虑对干扰信号的抑制卒文给出的软件消抖算法对干扰信号有很强的抑制作用,且不需要额外硬件的支持如图5,假设某路输入现处于高电平状态,且有干扰信号窜人(为方便和明显计,以最强的十扰脉冲信号表示干扰信号时间有长有短,但干扰信号过后,输入总会稳定在高电平上.不管干扰期丁相对第1期郑来波等:多路高速开关信号采集中的一种软件消抖算法采集时问段,隹二二i罚i厂刊Ik一剖千扰期,。m罔5干扰信号示意图Fig 5Schclnaticdiemam for interfcrencc signal与采集时间段T是长还是短,在丁内采集到的状态值j1一j。中0的数量从概率统计上总小于等于50%按照上面给出的消抖

12、算法,这种干扰总会被消除的5结论本文提出了一种基于概率统计方法的软件消抖 算法,该算法具有很高的动作顺序分辨率和很强的抑制干扰信号能力,且不需要额外硬件电路的支持,可广泛用于各种开关信号采集电路中.该算法已被用于作者设计的多个测控系统中,实际应用证明是非常稳定可靠的.参考文献t王福瑞单片微机测控系统设计大全M北京:北京航空航天大学出版杜.19982何立民.单片机应用系统t殳il-M北京:北京航空航天大学出版社.20003赵志祥,周德邻数据测量和评价工作中的数学处理51【M北京:原子能出版社,19944石玮.机械开关抖动次散的测定及消抖冉法lj宴暄室研究与探,1999,(1:3538作者简介郑来

13、渡,男,】96"1年生.讲帅,工:聿硕1.毕业于山东工业大学信号与信息处理专业主要研究方向:多媒体通信,工业测控系统李泰强,男.1969生,工程师,工学学上,毕业于山东工业大学电子工程系主要研究方向:无线电通信,工业测控系统.m一 多路高速开关信号采集中的一种软件消抖算法作者:郑来波, 李泰强作者单位:郑来波(250061,山东省济南市山东大学信息科学与工程学院, 李泰强(250011,山东省济南市济南市公路管理局刊名: 山东工业大学学报英文刊名:JOURNAL OF SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY年,卷(期:2002,32(1被引用次数:3次参考文献(4条1.石玮机械开关抖动次数的测定及消抖方法期刊论文-实验室研究与探索 1999(012.赵志祥;周德邻数据