Unruhige Anzeige bei Drehzahlmesser für Zweitaktmotor

[Klebwax]

Filter hab ich noch nicht gemacht.

Doch, sicher. Einen Buffer mit Messwerten füllen und daraus den Mittelwert bilden, ist ein Filter. Ich hatte in meinem vorigen Beitrag schon ein einfaches Tiefpassfilter angedeutet. Ich will das hier noch mal etwas ausführlicher beschreiben.

Damit das folgende besser verständlich ist, erläutere ich hier mal die von mir verwendeten Begriffe. Erstens der Messwert. Dieses ist das ungefilterte Ergebnis einer Messung: ein ADC-Wert (Spannung), der Temperaturwert aus einem digitalen Sensor, die Messwerte aus einem Accelerometer oder Gyrosensor oder, wie hier, die Zeit aus einem Input Capture. Und zweitens der Anzeigewert. Dies ist der Wert nach dem Filter und hat die selbe Einheit und Skalierung wie der Messwert. Der Messwert wird regelmäßig ermittelt, hier im Capture-Interrupthandler. Es könnte genausogut ein ADC im Timerinterrupt sein.

Die allgemeine Formel für einen Tiefpass ist: (neuer) Anzeigewert = k * (alter) Anzeigewert + (1 - k) * Messwert

k ist ein Koeffizient zwischen 0 und 1. Da einmal mit k und einmal mit 1-k multipliziert wird, bleibt die Skalierung von Messwert und Anzeigewert gleich. Der neue Anzeigewert ist also ein gewichtetes Mittel aus dem alten Anzeigewert und dem aktuellen Messwert.

Zur Abschätzung, was diese Formel bewirkt, kann man mal Extremwerte für k wählen: für k = 0 erhält man immer den aktuellen Messwert, das Filter hat keine Wirkung. Für k = 1 erhält man den Anzeigewert und der bleibt konstant. Zusammen mit der Frequenz, mit der die Messungen erfolgen, gibt k die Grenzfrequenz des Filters. Siro hat das dargestellt und ausgerechnet, ich kneife mir typisch die Rechnung und probiere einfach.

Wie kann man die Rechnung eines solchen Filters für einen µC leicht gestalten? Nun man verwendet Intergermathematik. Damit kann man k im Bereich 0 - 1 aber nicht darstellen. Wenn ich die Formel aber so schreibe : (k * Anzeigewert + (k - 1) * Messwert) / 1, kann man diesen Bruch so erweitern, daß sich sowohl das erweiterte k als auch (erweitert) 1 - k als Integer darstellen lassen. Wenn ich dann auch noch mit einer Potenz von 2 erweitere, wird aus dem Teilen ein Rightshift. Ein besonders einfacher Fall egibt sich für k = 0,5: (Anzeigewert + Messwert)/2. Ähnlich einfach ist auch k = 0,75: (3 * Anzeigewert + Messwert) / 4. Wobei man für µC, die keine HW-Multiplikation haben auch (Anzeigewert + Anzeigewert + Anzeigewert + Messwert) / 4 schreiben kann. Wie man hier auch erkennen kann, tragen bei k = 0,75 die alten Messwerte stärker zum Ergebnis bei als der neue Wert. Die Grenzfrequenz liegt also tiefer.

Da bei diesem Filter alle alten Messwerte (hier Anzeigewert genannt) zum neuen Wert beitragen, nennt man diese Filter IIR (Infinite Impulse Response). Infinite daher, weil jeder Messwert "für immer" mit im Anzeigewert steckt, jedoch entsprechend gering gewichtet. Wenn man im Gegensatz dazu auf einem Buffer rechnet, nennt man das ein FIR (Finite Impulse Response) Filter. Dabei kann der Buffer gleitend oder hintereinander gefüllt werden. Die Filtertypen haben unterschiedliche Eigenschaften. Ich zeig mal ein Bild, das ich aus dem Mikrocontroller.net Forum habe. Da hat Yalu X, der von digitaler Signalverarbeitung viel mehr Ahnung als ich hat, den Frequenzgang der beiden Filter mal geplottet.



In der roten Kurve erkennt man den klassischen Tiefpass, das IIR Filter. Den gleitenden Mittelwert (grüne Kurve) benutzt man gerne, um feste Störfrequenzen wie 50Hz auszublenden. Man dimensioniert es dann mit Bufferlänge und Samplingrate so, daß z.B. das erste Minimum auf diese 50Hz fällt und diese Störsignal nur sehr gering zum Ergebnis beiträgt. Da ein solcher Fall hier nicht vorliegt, sind die aufwändigere Rechnung und der größere Speicher für ein FIR nicht nötig.

Mit der Anzeige der Messwerte hat das nichts zu tun. Wenn die serielle Ausgabe kürzer ist, als die Zeit zwischen zwei Capture-Interrupts, wie du berechnet hast, kann die Ausgabe aus dem Capture-Interrupt selbst erfolgen. Das vermeidet jeglichen Konflikt. Da der Mensch nicht mehr als ca. 5 Werte pro Sekunde wirklich erfassen kann, muß man die Anzeige nicht bei jedem Interrupt updaten.

MfG Klebwax

P.S. irgendwie ist das Bild nicht angekommen, versuche es nochmal