มีไลบรารีการปรับสัญญาณให้เรียบสำหรับ Arduino หรือไม่?

ฉันกำลังทำงานกับหุ่นยนต์มือถือที่ควบคุมผ่านลิงค์ไร้สาย 2.4 GHz ตัวรับสัญญาณเชื่อมต่อกับ Arduino Uno ซึ่งทำหน้าที่เป็นออนบอร์ดเป็นตัวควบคุมหลัก ช่องสัญญาณอินพุตที่สำคัญที่สุด (และหลัก) ที่มาจากเครื่องรับจะสร้างสัญญาณที่มีเสียงดังมากซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในเอาต์พุตของแอคทูเอเตอร์แม้ว่าจะไม่จำเป็นก็ตาม

                    พล็อตของอินพุตของ Arduino ในช่วงเวลา 30 วินาที

ฉันกำลังมองหาห้องสมุดที่สามารถทำงานได้อย่างราบรื่น มีไลบรารีการปรับสัญญาณให้เรียบสำหรับ Arduino (Uno) หรือไม่?

Microsmoothเป็นไลบรารี่ที่มีสัญญาณปรับขนาดเบาในขณะนี้ซึ่งฉันกำลังพัฒนา

มันยังคงทำงานต่อไปและเป้าหมายก็คือการทำให้มันมีน้ำหนักเบาในแง่ของหน่วยความจำและรวดเร็ว ห้องสมุดมีตัวกรองหลายตัวสำหรับการปรับให้เรียบ:

• ค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่อย่างง่าย
• ค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่ที่อธิบาย
• ค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่สะสม
• ตัวกรอง Savitzky Golay
• อัลกอริทึม Ramer Douglas Pecker
• ตัวกรอง Kalmogorov Zurbenko

หากต้องการใช้ไลบรารีให้ดาวน์โหลดและเพิ่มลงในไดเรกทอรีต้นทาง รวมทั้งเพิ่มบรรทัดต่อไปนี้ลงในไฟล์ต้นฉบับของคุณ:

#include "microsmooth.h"

ฉันคิดว่าฉันเห็นหนามแหลมเสียงตัวอย่างจำนวนมากในสัญญาณรบกวนของคุณ

มัธยฐานฟิลเตอร์ทำได้ดีกว่าในการกำจัดเสียงแหลมตัวอย่างเดียวมากกว่าตัวกรองเชิงเส้นใด ๆ (ดีกว่าฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ, ค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่, ค่าเฉลี่ยเคลื่อนที่แบบถ่วงน้ำหนัก ฯลฯ ในแง่ของเวลาตอบสนองและความสามารถในการเพิกเฉยต่อเสียงรบกวนตัวอย่างเดียว)

ในความเป็นจริงมีไลบรารีที่ปรับสัญญาณได้หลายแบบสำหรับ Arduino ซึ่งส่วนใหญ่จะมีตัวกรองแบบมัธยฐาน

ไลบรารี่สัญญาณที่ arduino.cc:

• Paul Badger: ตัวกรอง low-pass แบบดิจิตอลที่ราบรื่น
• Paul Badger: ตัวกรอง low-pass แบบดิจิทัล digitalSmooth แบบดิจิตอลที่มีการปฏิเสธค่าผิดปกติ
• David A. Mellis และ Tom Igoe: การสอนที่ราบรื่น
• Majenki: ห้องสมุดเฉลี่ย

ไลบรารี่สัญญาณที่ github:

• AsheeshR / Microsmooth
• jeroendoggen: Arduino-signal-filter-library
• karlward: ห้องสมุดกรองข้อมูล Arduino
• sebnil: FIR-filter-Arduino-Library
• daPhoosa: MedianFilter
• arc12: ชุดของตัวกรองสัญญาณดิจิตอล (สำหรับใช้กับ Arduino)
• sebnil: หุ่นยนต์ปรับสมดุลใน Arduino ดำเนินการกับตัวควบคุม PID ตัวกรอง FIR ตัวกรองเสริม

หุ่นยนต์ของคุณใช้งานสิ่งนี้ได้ไหม (ค่ามัธยฐานของ 3 นั้นใช้พลังงาน CPU น้อยมากและเร็วมาก):

/*
median_filter.ino
2014-03-25: started by David Cary
*/

int median_of_3( int a, int b, int c ){
    int the_max = max( max( a, b ), c );
    int the_min = min( min( a, b ), c );
    // unnecessarily clever code
    int the_median = the_max ^ the_min ^ a ^ b ^ c;
    return( the_median );
}

int newest = 0;
int recent = 0;
int oldest = 0;

void setup()
{
    Serial.begin(9600);
    // read first value, initialize with it.
    oldest = random(200);
    recent = oldest;
    newest = recent;
    Serial.println("median filter example: ");
}

void loop()
{
    // drop oldest value and shift in latest value
    oldest = recent;
    recent = newest;
    newest = random(200);

    Serial.print("new value: ");
    Serial.print(newest, DEC);

    int median = median_of_3( oldest, recent, newest );

    Serial.print("smoothed value: ");
    Serial.print(median, DEC);
    Serial.println("");

    delay(5000);
}

คุณลองใช้ตัวกรองความถี่ต่ำหรือไม่ ผมพบว่าตัวอย่างที่นี่อีกคนหนึ่งที่นี่

ห้องสมุดทั้งสองแห่งนี้มีรายการข้อมูลที่อ่านจากเซ็นเซอร์อะนาล็อกที่คุณเลือกซึ่งเป็นค่าเฉลี่ย ค่าเซ็นเซอร์ใหม่ทุกค่าจะถูกเพิ่มเข้าไปในรายการและค่าสุดท้ายจะถูกโยนออกมาเช่นนี้

List: 3 4 3 3 4 3 5 3 2 3 4 3 
new reading added. old one thrown out
      /--                     /--
List: 5 3 4 3 3 4 3 5 3 2 3 4
list averaged

คุณสามารถกรองสิ่งนี้ด้วยระบบดิจิตอลโดยใช้ตัวกรองผ่านความถี่ต่ำ:

int valueFilt = (1-0.99)*value + 0.99*valueFilt;

เปลี่ยน 0.99 เพื่อเปลี่ยนความถี่ตัด (ใกล้ถึง 1.0 คือความถี่ต่ำกว่า) การแสดงออกที่แท้จริงสำหรับค่านั้นคือ exp (-2 * pi * f / fs) โดยที่ f คือความถี่ cutoff ที่คุณต้องการและ fs คือความถี่ที่ข้อมูลถูกสุ่มตัวอย่างที่

"ตัวกรองดิจิทัล" ประเภทอื่นคือตัวกรองเหตุการณ์ มันทำงานได้ดีกับข้อมูลที่มีค่าผิดปกติ เช่น 9,9,8,10,9,25,9 ตัวกรองเหตุการณ์คืนค่าบ่อยที่สุด สถิตินี้เป็นโหมด

ค่าเฉลี่ยทางสถิติเช่นค่าเฉลี่ยโหมด ฯลฯ .. สามารถคำนวณได้โดยใช้ห้องสมุดเฉลี่ย Arduino

ตัวอย่างที่นำมาจากหน้า Arduino Library ที่อ้างถึง:

#include <Average.h>
#define CNT 600
int d[CNT];

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  int i;

  for(i=0; i<CNT; i++)
  {
    d[i] = random(500);
  }  

  Serial.print("Mean: ");
  Serial.print(mean(d,CNT),DEC);
  Serial.print(" Mode: ");
  Serial.print(mode(d,CNT),DEC);
  Serial.print(" Max: ");
  Serial.print(maximum(d,CNT),DEC);
  Serial.print(" Min: ");
  Serial.print(minimum(d,CNT),DEC);
  Serial.print(" Standard deviation: ");
  Serial.print(stddev(d,CNT),4);
  Serial.println("");
  Serial.println("");

  delay(5000);
}