一种快速判断压力传感器压力突变的方法与流程

本发明属于传感器的技术领域，特别涉及一种压力传感器的抗干扰方法。

背景技术：

随着电子产品的日益普及，电子信号干扰无处不在，特别是智能硬件兴起后，越来越多的硬件设备需要和手机来配合使用，因而受到干扰的机会也更大。对于一些有高精度测量功能的压力传感器等来说，射频信号干扰严重影响其测量精度，因此需要进行抗射频信号干扰的设计。传统的抗干扰设计一般是针对广谱的射频干扰，应对措施包括硬件和软件两大块，硬件上例如增加RC低通滤波器，将高频干扰信号滤除；软件上，也采用增加低通滤波器、陷波滤波器、中值滤波、剔除最大最小值等方法。以上手段可以对高频的射频干扰起到较好的抑制效果。但以上手段，若采用硬件办法，则容易增加成本。采用软件方法，则可能导致测量数据的刷新速度下降，将有效信号与干扰信号混淆滤除，造成秤重滞后等现象。目前一般的压力信号处理流程基本都是采集到传感器信号后进行滤波后输出显示，但这种方法如果滤波系数大的话，容易将有效的压力变化数据滤除。造成有效数据反应滞后现象，特别是在有射频干扰的同时有压力变化过程中、如果滤波系数小得话，容易将干扰信号放过，造成严重的射频干扰。

专利申请201410240293.0提供了一种流体微压力传感器及其制备与检测方法，传感器从上到下主要包括上薄板、中薄板和基底；其中，中薄板、上薄板以及上支柱形成上空腔，中薄板的上表面或上薄板的下表面设置有上绝缘层；中薄板、基底以及下支柱形成下空腔，中薄板的下表面或基底的上表面设置有下绝缘层。上薄板用作传感器压力敏感元件，中薄板用作传感器的谐振元件，上薄板、中薄板和基底同时用作传感器的上、中和下电极。压力测量时，压力引起的上薄板变形导致中薄板所受静电力发生改变，进而引起中薄板谐振频率发生变化，通过该谐振频率和压力变化之间的关系即可实现压力测量。该专利 申请虽然能够进行压力传感器的压力变化控制，但是其是通过硬件改进来实现的，大大增加了成本和制作的复杂度。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种快速判断压力传感器压力突变的方法，该方法可以有效区分来自外界射频干扰信号和有效压力变化信号，从而选择不同的滤波方法或滤波系数以达到快速响应有效信号而有效滤除干扰信号，且不增加硬件成本，不影响测量有效数据的响应速度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种快速判断压力传感器压力突变的方法，其特征在于该方法主要是对压力传感器采样数据进行判断，若信号变化为有效的压力变化数据，则进入压力变化数据处理，保证系统对有效压力数据的快速响应；若信号变化不是有效的压力变化数据，则进入滤波数据处理，以高效的滤除无效信号干扰，保证系统的抗干扰能力。

进一步，所述方法，其具体的实现步骤为：

101、传感器采集压力数据；

102、判断是否单边存在压力连续变化；如果是，则进行下一步，如果否，则进入105步骤；

103、将压力变化数据进行处理，滤波系数进行放大，以滤除干扰信号；

104、根据压力变化数据进行滤波，滤波后转入106步骤；

105、正常滤波；

106、数据输出。

更进一步，当单边上升下降判断压力连续单边变化时，该方法中主要对于新数据是否为有效压力变化数据进行判断。若为有效数据则进行压力变化数据处理，若不是则进入正常滤波程序处理。具体的方法如下：

步骤S101:读入新的一笔测量数据，并进行滑动滤波，不影响采样速度；

步骤S102：比较本次滑动滤波值与上次滑动滤波值的差值是否大于有效噪声。如果大于有效噪声，则说明有数据变化，则进入步骤S104；如果小于有效噪声，则说明是传感器正常热噪声，并没有数据变化，则进入步骤S103；噪声 是指测量的数据序列的最大噪声值，一般认为是有效噪声值RMS噪声的6.6倍，实际使用时有效噪声可以取一个比6.6倍RMS噪声更大一点的值；总之有效噪声是一个预设根据测量数据序列自身属性有关的噪声阈值。该值设得过大时，整个方法的抗外界干扰的效果会下降；但如果该值设得太小，则有可能丢失有用的数据；

步骤S103:数据稳定，没有变化，热噪声数据计数器加1；结束，等待下次采样值；

步骤S104:判断热噪声数据计数器是否大于稳定数指定值，如大于稳定数指定值，则判断为噪声，进入步骤S105；如小于稳定数指定值，则进入步骤S106；

步骤S105:上升和下降计数器清零，结束，等待下次采样值；

步骤S106:判断目前是数据是上升趋势，还是下降趋势，如是上升趋势，则进入步骤S112，否则进入步骤S107；

步骤S107:判断本次滑动滤波值与上次滑动滤波值大小；如果本次滑动滤波值大于上次滑动滤波值，则进入步骤S108，如果本次滑动滤波值小于上次滑动滤波值，则进入步骤S109；

步骤S108:清零下降次数计数器，将标志置为数据上升趋势，结束，等待下次采样值；

步骤S109:将下降次数计数器加1，热噪声数据计数器清0，进入步骤S110；

步骤S110:判断下降次数计数器是否大于预设值，如果大于预设值，则进入步骤S111，如果小于预设值，则结束，等待下次采样值；

步骤S111:连续单边下降预设数量，将本次滑动滤波值输出，进入压力降低程序；

步骤S112:判断本次滑动滤波值与上次滑动滤波值大小，如果本次滑动滤波值小于上次滑动滤波值，则进入步骤S113，如果本次滑动滤波值大于上次滑动滤波值，则进入步骤S114；

步骤S113:清零上升次数计数器，将标志置为数据下降趋势，热噪声数据计数器清0，结束，等待下次采样值；

步骤S114:将上升次数计数器加1，热噪声数据计数器清0，进入步骤S115；

步骤S115:判断上升次数计数器是否大于预设值，如果大于预设值，则进入步骤S116，如果小于预设值，则结束，等待下次采样值；

步骤S116:连续单边上升预设数量，说明正在压力增加过程，将本次滑动滤波值输出，进入压力增加程序。

更进一步，当阻尼震荡判断压力增加时，该方法主要对于新数据是否为有效压力增加数据进行判断。若为有效数据则进行压力增加数据处理，若不是则进入正常滤波程序处理。具体的方法如下：

步骤S201:读入新的一笔测量数据，并进行滑动滤波，进入步骤S202；

步骤S202:将峰谷波计数器加1，并判断是否大于预设的峰谷周期数；峰谷周期数是指在设定的时间内有无发生峰谷拐点，如果峰谷拐点超时，则步入步骤S203，则进入步骤S204继续判断；

步骤S203:峰谷拐点超时，置测峰标志，清零峰谷值数量，清零峰谷波计数器，退出，等待下次采样值；

步骤S204:将最近2次滑动滤波值的平均值减去上2次滑动滤波值得平均值求的差值。如采集了2组数据，第一次采集的数据为D1，第一次采集的数据为D2，第三次采集的数据为D3，第四次采集的数据为D4，那么差值就是(D4+D3)/2-(D2+D1)/2；

步骤S205:将S204求到的差值与设置的阈值进行比较，如果小于阈值。则退出，等待下次采用数据；如大于阈值，说明有大数据进来，则进入步骤S206继续判断；

步骤S206:判断测峰标志，如果为1，则进入步骤S212，进行峰值判断，否则，进入步骤S207，进行谷值判断；

步骤S207:进入谷值判断，判断上次是上升状态还是下降状态，如果是上升状态，则进入步骤S210，等待下降状态，否则，进入步骤S208找出谷值；

步骤S208:当前是下降趋势，找出谷值拐点，如果本次滑动滤波值大于上次滑动滤波值，则说明变成上升趋势，谷值出现，进入步骤S209，否则说明继续下降趋势，进入步骤S217；

步骤S209:谷值出现，置测峰标志，置上升状态标志(上升状态标志为1)，清零峰谷波计数器，峰谷值数量加1；上次滑动滤波值为本次谷值，计算上次 峰值与本次谷值之间的峰谷差值，并保存，进入步骤S217；

步骤S210:当前是上升趋势，如果本次滑动滤波值大于上次滑动滤波值，则进入步骤S217，否则，则进入步骤S211；

步骤S211:进入了下降趋势，清空上升状态标志，进入步骤S217，等待谷值；

步骤S212:进入峰值判断，判断上次是上升状态还是下降状态(上升状态标志为1)，如果是下降状态，则进入步骤S215，等待上升状态，否则，进入步骤S213找出峰值；

步骤S213:当前是上升趋势，找出峰值拐点；如果本次滑动滤波值小于上次滑动滤波值，则说明变成下降趋势，峰值出现，进入步骤S214，否则说明继续上趋势，进入步骤S217；

步骤S214:峰值出现，清测峰标志(开始测谷)，清上升状态标志，清峰谷波计数器，峰谷值数量加1，上次滑动滤波值为本次峰值，并保存，进入步骤S217；

步骤S215:当前是下降趋势，如果本次滑动滤波值小于上次滑动滤波值，则说明还是下降趋势，进入步骤S217，否则，说明变成上升趋势，则进入步骤S216；

步骤S216:进入了上升趋势，置上升状态标志，进入步骤S217，等待峰值；

步骤S217:峰谷值数量有没有到达6次,没有6次则退出，等待下次采样值。如果达到6次，则进入步骤S218进行判断是否有效阻尼震荡上称；

步骤S218:置测峰标志，清峰谷值数量，准备测量下组波形；

步骤S219:判断第一个峰谷值差值是否比第二个峰谷值差值大(最早保存的峰谷值差值为第一个，最近保持的峰谷值差值为第三个)，如果比第二个大，进入步骤S220继续判断，否则，说明波形异常，进入步骤S223处理；

步骤S220:判断第二个峰谷值差值是否比第三个峰谷值差值大(最早保存的峰谷值差值为第一个，最近保持的峰谷值差值为第三个)，如果比第三个大，说明波形正常，进入步骤S221处理，否则说明波形异常，进入步骤S223处理；

步骤S221:连续3个峰谷值均为衰减状态，则可以认定为阻尼震荡压力增加，判断有无阻尼震荡压力增加标志，如有，则进入压力增加程序，否则进入 步骤S222；

步骤S222:置阻尼震荡压力增加标志，进入压力增加程序；

步骤S223:连续3个峰谷值不为衰减状态，将峰谷值数量等于4，丢掉最近保存的峰谷值差值，将第二个峰谷值差值保存为第一个，第三个峰谷值差值保存为第二个，退出，等待下次采样值。

所述步骤S219、220中，所述峰谷值差值是取三个时间点的峰谷值差值，最早保存时间点的峰谷值差值为第一个，中间保持时间点的峰谷值差值为第二个，最近保持时间点的峰谷值差值为第三个。

本发明所述的快速判断压力传感器压力突变的方法，能够快速判断压力传感器的信号变化是正常的压力变化过程还是无效数据干扰，可以很快分辨出压力信号变化与干扰信号，可以有选择性的进行滤波操作，使系统能够加强抗干扰的能力同时又能对有效压力数据有很快的响应速度，且不增加成本。

附图说明

图1是压力增加时的单边上升曲线。

图2是压力增加时的阻尼震荡方式曲线。

图3是压力下降时的单边上升曲线。

图4是手机射频的干扰波形。

图5是本发明所实施快速判断压力突变的流程图。

图6是本发明所实施单边上下降时判断压力突变的流程图。

图7是本发明所实施阻尼上升时判断压力突变的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

通常情况下，根据实验看到根据增加压力的时间不同和增加的压力值大小的不同，传感器输出的数据波形会有2种，一种是比较平滑的单边上升曲线(如图1所示)，一种是以阻尼震荡方式的曲线(如图2所示)。压力降低时都是 比较平滑的单边下降曲线(如图3所示)。那么以手机射频干扰为例，其干扰波形如图4所示。

从图中可以看出，目前使用的软件滤波方式要么会将干扰信号输出，造成压力值采集不稳定，要么会将增加或减小压力过程中的有效压力信号当成干扰信号滤除，直到压力信号稳定才会输出正常压力值，这样就照成压力有效数据的反应滞后。

所以要从传感器输出数据中分离出连续上升或阻尼震荡曲线认为是有效压力增加数据，连续下降曲线为有效压力减少数据，以便快速响应，这正是本发明产生的原因。

参见图5，所示的快速压力传感器压力突变的方法主要是对压力传感器采样数据进行判断，若信号变化为有效的压力变化数据，则进入压力变化数据处理保证系统对有效压力数据的快速响应。若信号变化不是有效的压力变化数据，则进入滤波数据处理，以高效的滤除无效信号干扰。保证系统的抗干扰能力。其具体的实现步骤为：

101、首先，传感器采集压力数据。

102、判断是否单边存在压力连续变化；如果是，则进行下一步，如果否，则进入105步骤。

103、将压力变化数据进行处理，滤波系数进行放大，以滤除干扰信号。

104、根据压力变化数据进行滤波，滤波后转入106步骤。

105、正常滤波。

106、数据输出。

参见图6所示，为单边上升下降判断压力连续单边变化的控制流程图，该方式中主要对于新数据是否为有效压力变化数据进行判断。若为有效数据则进行压力变化数据处理，若不是则进入正常滤波程序处理。具体的方法如下：

步骤S101:读入新的一笔测量数据，并进行滑动滤波，不影响采样速度。

步骤S102：比较本次滑动滤波值与上次滑动滤波值的差值是否大于有效噪声。如果大于有效噪声，则说明有数据变化，则进入步骤S104。如果小于有效噪声，则说明是传感器正常热噪声，并没有数据变化，则进入步骤S103；噪声是指测量的数据序列的最大噪声值，一般认为是有效噪声值RMS噪声的6.6倍， 实际使用时有效噪声可以取一个比6.6倍RMS噪声更大一点的值。总之有效噪声是一个预设根据测量数据序列自身属性有关的噪声阈值。该值设得过大时，整个方法的抗外界干扰的效果会下降；但如果该值设得太小，则有可能丢失有用的数据。

步骤S103:数据稳定，没有变化，热噪声数据计数器加1；结束，等待下次采样值。

步骤S104:判断热噪声数据计数器是否大于指定值。如大于稳定数指定值，则进入步骤S105；如小于稳定数指定值，则进入步骤S106。

步骤S105:清上升下降计数器。结束，等待下次采样值。

步骤S106:判断目前是数据是上升趋势，还是下降趋势。如是上升趋势，则进入步骤S112。否则进入步骤S107。

步骤S107:判断本次滑动滤波值与上次滑动滤波值大小。如果本次滑动滤波值大于上次滑动滤波值，则进入步骤S108。如果本次滑动滤波值小于上次滑动滤波值，则进入步骤S109。

步骤S108:清下降次数计数器，将标志置为数据上升趋势。结束，等待下次采样值。

步骤S109:将下降次数计数器加1。热噪声数据计数器清0。进入步骤S110

步骤S110:判断下降次数计数器是否大于预设值。如果大于预设值，则进入步骤S111。如果小于预设值，则结束，等待下次采样值。

步骤S111:连续单边下降预设数量。将本次滑动滤波值输出，进入压力降低程序。

步骤S112:判断本次滑动滤波值与上次滑动滤波值大小。如果本次滑动滤波值小于上次滑动滤波值，则进入步骤S113。如果本次滑动滤波值大于上次滑动滤波值，则进入步骤S114。

步骤S113:清上升次数计数器，将标志置为数据下降趋势。热噪声数据计数器清0。结束，等待下次采样值。

步骤S114:将上升次数计数器加1，热噪声数据计数器清0，进入步骤S115。

步骤S115:判断上升次数计数器是否大于预设值，如果大于预设值，则进 入步骤S116。如果小于预设值，则结束，等待下次采样值。

步骤S116:连续单边上升预设数量，说明正在压力增加过程，将本次滑动滤波值输出，进入压力增加程序。

参见图7所示，为阻尼震荡判断压力增加时的控制方法，该方法主要对于新数据是否为有效压力增加数据进行判断。若为有效数据则进行压力增加数据处理，若不是则进入正常滤波程序处理。具体的方法如下：

步骤S201:读入新的一笔测量数据，并进行滑动滤波，不影响采样速度；进入步骤S202。

步骤S202:将峰谷波计数器加1，并判断是否大于预设的峰谷周期数；峰谷周期数是指在设定的时间内有无发生峰谷拐点，如果峰谷拐点超时，则步入步骤S203。则进入步骤S204继续判断。

步骤S203:峰谷拐点超时，置测峰标志，清峰谷值数量，清峰谷波计数器。退出，等待下次采样值。

步骤S204:将最近2次滑动滤波值的平均值减去上2次滑动滤波值得平均值求的差值。如采集了2组数据，第一次采集的数据为D1，第一次采集的数据为D2，第三次采集的数据为D3，第四次采集的数据为D4.那么就是(D4+D3)/2-(D2+D1)/2。

步骤S205:将S204求到的差值与设置的阈值进行比较，如果小于阈值。则退出，等待下次采用数据。如大于阈值，说明有大数据进来，则进入步骤S206继续判断。

步骤S206:判断测峰标志，如果为1，则进入步骤S212，进行峰值判断。否则，进入步骤S207，进行谷值判断。

步骤S207:进入谷值判断，判断上次是上升状态还是下降状态(上升状态标志为1，则为上升状态)，如果是上升状态，则进入步骤S210，等待下降状态。否则，进入步骤S208找出谷值。

步骤S208:当前是下降趋势，找出谷值拐点。如果本次滑动滤波值大于上次滑动滤波值，则说明变成上升趋势，谷值出现，进入步骤S209，否则说明继续下降趋势。进入步骤S217。

步骤S209:谷值出现。置测峰标志，置上升状态标志，清峰谷波计数器， 峰谷值数量加1。上次滑动滤波值为本次谷值。计算上次峰值与本次谷值之间的峰谷差值，并保存。进入步骤S217。

步骤S210:当前是上升趋势，如果本次滑动滤波值大于上次滑动滤波值，则进入步骤S217。否则，则进入步骤S211。

步骤S211:进入了下降趋势，清上升状态标志，进入步骤S217，等待谷值。

步骤S212:进入峰值判断，判断上次是上升状态还是下降状态(上升状态标志为1，则为上升状态)，如果是下降状态，则进入步骤S215，等待上升状态。否则，进入步骤S213找出峰值。

步骤S213:当前是上升趋势，找出峰值拐点。如果本次滑动滤波值小于上次滑动滤波值，则说明变成下降趋势，峰值出现，进入步骤S214，否则说明继续上趋势。进入步骤S217。

步骤S214:峰值出现。清测峰标志(开始测谷)，清上升状态标志，清峰谷波计数器，峰谷值数量加1。上次滑动滤波值为本次峰值，并保存。进入步骤S217。

步骤S215:当前是下降趋势，如果本次滑动滤波值小于上次滑动滤波值，则说明还是下降趋势，进入步骤S217。否则，说明变成上升趋势，则进入步骤S216。

步骤S216:进入了上升趋势，置上升状态标志，进入步骤S217，等待峰值。

步骤S217:峰谷值数量有没有到达6次，没有6次则退出，等待下次采样值。如果达到6次，则进入步骤S218进行判断是否有效阻尼震荡上称。

步骤S218:置测峰标志，清峰谷值数量。准备测量下组波形。

步骤S219:判断第一个峰谷值差值是否比第二个峰谷值差值大(取三个时间点的峰谷值差值，最早保存时间点的峰谷值差值为第一个，中间保持时间点的峰谷值差值为第二个，最近保持时间点的峰谷值差值为第三个)。如果比第二个大，进入步骤S220继续判断，否则，说明波形异常，进入步骤S223处理。

步骤S220:判断第二个峰谷值差值是否比第三个峰谷值差值大(取三个时间点的峰谷值差值，最早保存时间点的峰谷值差值为第一个，中间保持时间点的峰谷值差值为第二个，最近保持时间点的峰谷值差值为第三个)。如果比第三个大，说明波形正常，进入步骤S221处理，否则说明波形异常，进入步骤S223处理。

步骤S221:连续3个峰谷值均为衰减状态，则可以认定为阻尼震荡压力增加。判断有阻尼震荡压力增加标志，如有，则进入压力增加程序，否则进入步骤S222。

步骤S222:置阻尼震荡压力增加标志，进入压力增加程序。

步骤S223:连续3个峰谷值不为衰减状态，将峰谷值数量等于4，丢掉最近保存的峰谷值差值，将第二个峰谷值差值保存为第一个，第三个峰谷值差值保存为第二个，退出，等待下次采样值。

总之，本发明所述的快速判断压力传感器压力突变的方法，能够快速判断压力传感器的信号变化是正常的压力变化过程还是无效数据干扰，可以很快分辨出压力信号变化与干扰信号，可以有选择性的进行滤波操作，使系统能够加强抗干扰的能力同时又能对有效压力数据有很快的响应速度，且不增加成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。