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).

Значок

Moving average - скользящее среднее (библиотека V3.0) 3.27 KB 13 downloads

Скользящая средняя, скользящее среднее (англ. moving...
Login Required Message:

Это может быть интересно


  • 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 …
  • CCP – модуль в режиме Compare на примере PIC18CCP – модуль в режиме Compare на примере PIC18
    CCP – модуль можно использовать в трех режимах: Capture – позволяет захватывать входной сигнал и определять его параметры (длительность или частоту). Дополнительно управлять внутренними модулями. Compare –  позволяет формировать импульсы …
  • Trimax – кодирование и декодирование ИК-командTrimax – кодирование и декодирование ИК-команд
    Первое, что надо понять назначение кнопок клавиш пульта, а также, что за кодирование реализовано в ИК- пульте. Для назначения клавиш обратимся к описанию, а для взлома кодирования воспользуемся старым и …
  • Ссылки на интересные источникиСсылки на интересные источники
    Сбор 3D моделей от André L’Hérault конденсаторы, резисторы, индуктивности dropbox IPC-SM-782 Surface Mount Design and Land Pattern Standard Видео уроки по Altium designer Alexey Sabunin https://www.youtube.com/channel/UCG7N5CqXpyK8nQjr1EmMgng Сергей Булавинов https://www.youtube.com/channel/UCISAMXRnN_Qw9UTjUwZI1Jw Robert Feranec https://www.youtube.com/user/matarofe Самый быстрый, …
  • Акриловый корпус для платы ch-4000Акриловый корпус для платы ch-4000
    Плата ch-4000 подходит для монтажа в корпуса на дин рейку, но для домашней автоматики необходимо что-то другое, поэтому был разработан корпус из акрила который позволит создавать настольные и настенные устройства. Корпус состоит из …
  • Счетчики посетителейСчетчики посетителей
    Вас сосчитали!? или счетчики посетителей.   Для чего нужны счетчики посетителей? Какие они бывают? ТОРГОВЛЯ. Подсчитайте, сколько ваш магазин посещает человек за день. Кок много человек приходит утром, какое количество вечером. …
  • Простой оптический сенсор приближенияПростой оптический сенсор приближения
    Оптический сенсор, назначение оптический концевик, для автоматики, бесконтактный выключатель с функцией автоматического отключения...
  • Просто о структурах и объединениях в СиПросто о структурах и объединениях в Си
    Какие задачи нам позволяют решать структуры и объединения? Для разработчика встроенных систем эффективность и компактность кода всегда на первом месте. Если программировании на Ассемблере ты сам определяешь как и где …
  • LED модуль P10C4V12LED модуль P10C4V12
    LED панели на обычных регистрах типа 74HC595. Они выпускаются как монохромные так двух и полно цветные, особенность, что они предназначены для текстовой информации и имеют один уровень яркости. Общую яркость панелей легко …
  • 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, …



 

Catcatcat

от catcatcat

Development of embedded systems based on Microchip microcontrollers.

Translate »