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).

Icon

Moving average - скользящее среднее (библиотека V3.0) 3.27 KB 11 downloads

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

Это может быть интересно


  • CAN – Controller Area NetworkCAN – Controller Area Network
    Controller Area Network (CAN) первоначально был создан немецким поставщиком автомобильных систем Робертом Бош в середины 1980-х для автомобильной промышленности как метод для обеспечения возможности надежной последовательной связи. Целью было сделать автомобили более надежными, безопасными и …
  • MCC PIC24 – модуль OUTPUT COMPARE – в режиме генератора звуковых сигналовMCC PIC24 – модуль OUTPUT COMPARE – в режиме генератора звуковых сигналов
    При проектировании простых устройств автоматики, часто необходимо иметь механизм звукового оповещения. Самый верхний уровень, это формирование голосовых сообщений, но об этом, как то по позже… В самом примитивном варианте можно …
  • HVLD модуль на примере PIC24FJ128GA204HVLD модуль на примере PIC24FJ128GA204
    HVLD модуль представляет собой простое устройство, для контроля напряжения питания микроконтроллера или внешнего напряжения (через делитель). Его задача при “выходе” напряжения за заданные пределы сформировать сообщение микроконтроллеру, что необходимо выполнить …
  • Датчик контроля протечки воды ch-c0020Датчик контроля протечки воды ch-c0020
    Как здорово летом под теплым дождем с тобою вдвоем оказаться. Как классно по лужам бежать босиком, с тобою играть и смеяться! Но совсем грустно оказаться под таким дождем, который течет с потолка…  И …
  • Униполярный шаговый двигатель – часть 2Униполярный шаговый двигатель – часть 2
    В этой части только итог и версия 2.0 универсальной, которая позволяет управлять шаговым двигателем во всех трех режимах и 3.0 специальной библиотеки только для одного полушагового режима. В этих библиотеках …
  • Инфракрасный датчик движения, PIR-sensorИнфракрасный датчик движения, PIR-sensor
    Домашняя автоматика предполагает наличие датчиков движения, которые способны контролировать движения человека. Самым простым и доступным устройством позволяющие контролировать изменения ИК-излучения, это ПИР-сенсоры. На текущий момент доступны не дорогие модели D203B, D204B, D205B. Все они позволяют …
  • Moving average – скользящее среднееMoving average – скользящее среднее
    Скользящая средняя, скользящее среднее (англ. moving average, MA) — 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 …
  • Гаджеты для домашней автоматики – Датчик приближенияГаджеты для домашней автоматики – Датчик приближения
    Управление светодиодным освещением – Датчик приближения. Данный гаджет предназначен для управления внутренним освещением мебели. Датчик позволяет определить закрытие или открытие дверцы или ящика и при этом включать или выключать освещение. …
  • Проект с использованием MCC часть 11Проект с использованием MCC часть 11
    Можно несколько облагородить программу вынести наши процедуры обработки нажатия кнопок в отдельные функции. Но вы должны понимать, что это хоть и не значительно, но будет тормозить общую скорость работы проекта, …
  • MPLAB® Harmony – или как это просто! Часть 3.MPLAB® Harmony – или как это просто! Часть 3.
    Часть третья – копнём немного глубже. Вы наверное заметили, что во второй главе, вроде сначала все шло как по маслу, а потом, что бы заморгали светики, я вставил в код …



 

Share →
Translate »

Copyright © Catcatcat electronics 2013-2020. Все права защищены.
Копирование разрешается только с указанием активной ссылки на правообладателя.

e-mail: catcatcat.electronics@gmail.com