Скользящая средняя, скользящее среднее (англ. moving averageMA) — общее название для семейства функций, значения которых в каждой точке определения равны среднему значению исходной функции за предыдущий период. Скользящие средние обычно используются с данными временных рядов для сглаживания краткосрочных колебаний и выделения основных тенденций или циклов. Математически скользящее среднее является одним из видов свёртки (определение с вики).

А теперь конкретно о получении среднего значения.

Для чего это необходимо? Если вы выполняете, например, аналоговые измерения, то очень редко можно получить данные без, так называемого шума. Получая данные необходимо отфильтровать шум и получить реально действующее значение параметра. Для этого применяют среднее значение.


Вычисление среднего.

Как работает вычисление среднего знают все. Для вычисления среднего надо взять N измерений (т.е. взять несколько раз, 5-10-20), затем суммировать и разделить на N (на 5-10-20).

Т.е. выполняются последовательно N измерений, за заданное время, после чего всё суммируется и делиться на N полученное значение и есть средняя величина измеряемого параметра.

Недостатком такого вычисление среднего является, то, что для “стабилизации” показаний нужно делать иногда очень много измерений, что естественно приводит к торможению всего процесса изменения. Более того буфер большего объема сжирает память микроконтроллера, что не всегда есть хорошо. Тут и возникает проблема, как бы быстрее измерять, с меньшими ресурсами и получить “стабильные” показания.


Скользящее среднее.

Для этого придумали так называемое скользящее среднее, как это формулах и в математике описывать не будем, тут главное понять сам смысл. Для вычисления скользящего среднего нам так же понадобиться БУФЕР, но естественно на порядок меньшего размера, чем для вычисления обычного математического среднего. Берется отдельно параметр СУММА, который содержит общую сумму данных в буфере, а также мы имеем параметр УКАЗАТЕЛЬ, который будет показывать, с каким данными в буфере выполняются вычисления.

Простое скользящее среднее работает, так:

  1. При получении измерения, мы из параметра СУММА вычитаем значение параметра из БУФЕРА на который указывает УКАЗАТЕЛЬ.
  2. Полученный параметр, текущего измерения, записываем на место в БУФЕР на который указывает УКАЗАТЕЛЬ.
  3. Увеличиваем указатель и проверяем достиг ли он конца БУФЕРА если достиг устанавливаем его в начало.
  4. К параметру СУММА прибавляем текущее измерение, а для получения усредненного значения, делим на размер нашего буфера.

 


Как это все будет выглядеть в Си.

Опишем саму структуру буфера:

Также не забудем про константы, тут мы должны указать сколько нам таких фильтров нужно и какая глубина фильтра.

И сама функция вычисления скользящего среднего.

Как все это применять. Например, можно в прерывания АЦП вставить строку с функцией или вставить её в основном цикле работы программы:

В ней данные с АЦП обрабатываются в фильтре с номером 0. И помещаются в буфер отфильтрованных данных, которые можно в дальнейшем использовать для анализа работы или регулировки процесса.


Проблема медленно изменяющего параметра.

Когда параметр медленно изменяется, то в момент дискретизация когда значения находиться межу цифрами, мы можем видеть, то одно, то другое значение. Например, вы сделали спидометр и когда скорость медленно меняется, мы видим “то 7, то 8” и такое “блыманье” часто раздражает. Это можно устранить увеличив глубину фильтра вычисляющего среднее значение, но это приведет так называемой нежелательной “интеграции” параметра визуализации, например скорость уже 100, а показания спидометра медлен нарастают еще несколько секунд. Или вы уже остановись а спидометр еще “Едет”.

Частенько такую проблему решают дискретностью вывода параметра на индикатор, например раз в секунду. На многих индикаторах  (регуляторах) температуры, часто есть такой параметрах, который разрешает обновлять индикация, например, 1 раз в минуту, но это не всегда удобно и практично, а часто и неприемлемо.

Для этого я применяю такой прием, я для него придумал название итерационный фильтр. Суть заключается в том, что поступившие данные сравниваются с предыдущим значением и если значения равны, то счетчик итераций обнуляется. Если же не равны, то начинает работать счетчик итераций и когда достигает заданного значения, новые данные заменяют место старых. Для устранения влияния на работу на больших изменениях параметра, вводиться понятие порога, выше которого данный фильтр неактивен.

Структура данных для фильтра имеет следующий вид:

Для его работы нужны две функции, инициализации (задания параметров) и сам фильтр.

Использовать следующим образом, сначала инициализация:

Затем в рабочем цикле (или в прерываниях процесса измерения) вставляем фильтр:


Библиотека с расширенными параметрами, описание в комментах. В этой библиотеке есть расширение которое позволяет использовать скользящее среднее с изменяемыми параметрами в программе, только не забудьте при изменении глубины фильтра необходимо инициализировать указатель, сумму и сам буфер обнулить!!! (смотри описание в библиотеке).


Это может быть интересно


  • Проект с использованием MCC часть 14Проект с использованием MCC часть 14
    С выводом данных на дисплей мы справились (но могу сразу сказать библиотеку графики к этой статьи пришлось доработать, поэтому в этом проекте она обновлена). У нас на текущем этапе имеется …
  • Индикатор температурыИндикатор температуры
    Проект для начинающих, на демо плате BB-2T3D-01. Простой индикатор температуры. Проект никак не задумывался, просто на витрину магазин Ворон нужна была демонстрационная модель на макетной плате, чего нибудь работающего. Остановились на индикаторе температуре. Нужен был какой нибудь выводной …
  • ch-светомузыка от теории до реализацииch-светомузыка от теории до реализации
    Сразу оговоримся технология или теория ch-светомузыки, это постоянно развивающийся процесс и то что будет сказано сегодня завтра может быть опровергнуто и считаться ошибочным. Назовем само решение проблемы автоматического преобразования или …
  • REFERENCE CLOCK OUTPUT MODULEREFERENCE CLOCK OUTPUT MODULE
    REFERENCE CLOCK OUTPUT MODULE Модуль формирования опорного тактового сигнала Модуль опорного тактового сигнала обеспечивает возможность посылать сигнал синхронизации на тактовый опорный выходной контакт или контакты (CLKR) в зависимости от конфигурации выводов …
  • Бегущие огни на WS2812BБегущие огни на WS2812B
    В настоящее время большой популярностью стали пользоваться светодиоды со встроенным драйвером WS2812B. Текущий проект предназначен показать возможность использования и управления этими светодиодами. Это и проект и исследование по работе с …
  • AD9833 – Programmable Waveform Generator – part twoAD9833 – Programmable Waveform Generator – part two
    Прошло время и появилась тема, что-бы закончить проект AD9833 – Programmable Waveform Generator. Приехали печатные платы. В этот раз я печатные платы заказывал в https://jlcpcb.com/ делал это в первый раз …
  • Дисплей KD035C-3A подключение и управлениеДисплей KD035C-3A подключение и управление
    Дисплей KD035C-3A производиться компанией SHENZHEN STARTEK ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD его характеристики Параметр Спецификация Единицы измерения Размер дисплея 70.08(H)*52.56(V) (3.5inch) mm Тип дисплея TFT active matrix Цветовая гамма 65K/262K colors Разрешение 320(RGB)*240 dots …
  • Стабилизатор тока на SN3350, часть 2Стабилизатор тока на SN3350, часть 2
    Если вам необходимо разработать устройство с применением мощных светодиодов, то никак не обойтись без применения стабилизатора тока. На настоящий момент стабилизаторы тока являются самым эффективным механизмом, для питания светодиода в течение всего его цикла …
  • Индикатор кода – RC-5 Protocol PhilipsИндикатор кода – RC-5 Protocol Philips
    Индикатор кода – RC-5 Protocol Philips При конструировании дистанционного управления на инфракрасных лучах для контроля удобно иметь индикатор кодов передаваемых пультом. Плата ch-c3000 позволяет изготавливать устройства с возможностью установки фото …
  • ESP32-первое знакомствоESP32-первое знакомство
    Музыкальная тема к статье, слушаем: Настало время познакомиться c ESP32 и для меня, для этого я приобрел в ГАММЕ отладочную плату с модулем ESP-WROOM-32 (ESP32-DevKitC). Первая задача, как он подключается, …



 

Share →
Translate »

Copyright © Catcatcat electronics 2013-2019. Все права защищены.
Копирование разрешается только с указанием активной ссылки на правообладателя.

e-mail: catcatcat.electronics@gmail.com