單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中去除工頻干擾的快速實(shí)現(xiàn)

從圖1 A組可看出，該濾波器不僅對(duì)50 Hz有濾波效果，對(duì)所有頻率為50 Hz整數(shù)倍的信號(hào)都有濾波作用。因此，若采用自適應(yīng)相干模板法濾除工頻干擾，則當(dāng)有用信號(hào)頻帶范圍較寬，信號(hào)采樣率較高時(shí)，將對(duì)工頻干擾50 Hz及其各諧波信號(hào)都有很好的抑制作用。

因此不僅要求采樣率為50 Hz的整數(shù)倍，而且要求有用信號(hào)的最高頻率分量不超過100 Hz，否則，頻率為100 Hz的有用信號(hào)也和工頻干擾一樣被濾除。這樣，濾波后的信號(hào)將產(chǎn)生失真。

從圖1 B組可看出，濾波器的幅頻特性受M值影響較大。當(dāng)M值較大時(shí)，通頻帶的紋波系數(shù)較小，阻帶寬度也較窄。也就是說，M值越大對(duì)濾除理想的50 Hz來說效果越好；然而，實(shí)際工頻干擾具有一定的頻率變化范圍，當(dāng)M值大到超過某一值后將導(dǎo)致工頻干擾濾除效果下降，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，M值的選取要綜合考慮。一般M值可選256。

2 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)

用自適應(yīng)相干模板法去除工頻干擾，可以達(dá)到實(shí)時(shí)濾波，這由信號(hào)的采樣頻率、單片機(jī)的速度決定。若信號(hào)的采樣頻率不高，單片機(jī)速度較快，則在信號(hào)的采樣間隔時(shí)間內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)工頻干擾的濾除。因此，在使用該方法前，應(yīng)大概估計(jì)信號(hào)濾波所需的時(shí)間（與信號(hào)的通道數(shù)成正比），再適當(dāng)選擇采樣率和晶振。

為方便說明，下面以A/D采樣精度為16位、單片機(jī)為89C51、fs＝200 Hz、M＝256為例，來討論單通道信號(hào)中工頻干擾去除的快速實(shí)現(xiàn)問題。由于A/D精度為16位，因此，單片機(jī)中所涉及的運(yùn)算一般為雙字節(jié)或三字節(jié)加法或減法運(yùn)算，且由于M值取為256，使得除法運(yùn)算也變得極其簡單，直接簡化為甩掉低字節(jié)即可。

2.1 建立初始模板

如前所述，利用自適應(yīng)相干模板法去除工頻干擾的關(guān)鍵在于建立工頻干擾的模板，而為實(shí)現(xiàn)連續(xù)濾波，首先需建立一個(gè)初始模板。