基于一階遞推限幅濾波的中頻電療儀電源干擾解決方法

徐肖鯨+++趙宏才+++郭佳樂+++刁少文

摘 要：隨著智能化對各行各業(yè)的影響，傳統(tǒng)醫(yī)療行業(yè)也迎來了更先進的治療手段。在單片機作為控制核心的電療儀中，有可能遇到各種干擾，以至于在使用電療儀時使人體產(chǎn)生不適感。文章將對電療儀中可能出現(xiàn)的電源干擾進行分析，并研究出一種融合一階遞推數(shù)字濾波與限幅濾波的軟件抗干擾方法。

關鍵詞：中頻電療儀；單片機；軟件抗干擾；一階遞推濾波；限幅濾波

1 電療儀中可能出現(xiàn)的干擾與抗干擾手段

在如今智能化設備對傳統(tǒng)行業(yè)帶來巨大改變的情況下，傳統(tǒng)醫(yī)學的治療手段也得到了廣泛而全面的提升。而電療，作為一種古老的治療方式通過智能化設備的發(fā)展再次活躍起來。在電療儀器發(fā)展的過程中，單片機，作為嵌入式系統(tǒng)中性能與功耗均佳的一種選擇，得到最為廣泛的運用。

用戶可能在不同的環(huán)境下使用電療儀，以及儀器本身的一些原因，會產(chǎn)生很多不確定的因素對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行干擾。影響系統(tǒng)穩(wěn)定運行的干擾因素可能有來自于儀器內(nèi)部與外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計中各元器件之間的干擾、安裝制造過程中帶來的干擾以及外部的使用環(huán)境條件等。

單片機系統(tǒng)在設計時經(jīng)常采用的軟件抗干擾的解決方法有：通過某些算法使系統(tǒng)能濾去干擾波形從而恢復系統(tǒng)的正常運行。在這方面可以使用數(shù)字濾波器、輸入口信號重復檢測、輸出口信號刷新、軟件攔截、指令冗余、軟件陷阱和程序監(jiān)視技術等軟件抗干擾方法。

而本文將要研究的干擾是來自于電源的，電源的干擾是單片機系統(tǒng)中最嚴重的干擾來源之一，電源干擾主要是由電源與電源引出線所產(chǎn)生的，在電療儀的電源開關通電的一剎那，在電極貼片輸出端，會輸出一個比較大的干擾波形，給患者帶來明顯的電擊感。

2 常用的數(shù)字濾波器介紹

在軟件抗干擾中，由于軟件可以根據(jù)代碼的不同，更加靈活的作用于實際運用，節(jié)省了大量的硬件資源，這使得軟件抗干擾在如今得到更多青睞，不過由于軟件抗干擾需要CPU進行運算，占用時間比硬件抗干擾更多，所以軟件抗干擾程序不宜設計過長。而數(shù)字濾波器作為一種最為常見抗干擾方法，有著高效的抗干擾能力，可以更好的解決許多實際問題，得到人們的重視。

數(shù)字濾波法是指通過將一組數(shù)字序列輸入到單片機中進行一定的運算，然后輸出成另一組數(shù)字序列的方法。

2.1 一階遞推數(shù)字濾波法

一階遞推數(shù)字濾波法是一種軟件抗干擾手段，在應對來自電源的干擾時能有效的濾除高頻及低頻干擾信號。其遞推公式為Yn=QXn+（1+Q）Yn-1。其中Q為時間常數(shù)，Xn為第n次采樣時的濾波器輸入，Yn為第n次采樣時的濾波器輸出。一階遞推數(shù)字濾波法適合作用于變化較慢的系統(tǒng)，并不適用于變化較快的系統(tǒng)。

2.2 限幅濾波法

限幅濾波通常是為了克服系統(tǒng)中竄入的隨機脈沖干擾信號。其原理是比較兩個相鄰采樣值，然后根據(jù)系統(tǒng)所需輸出設定允許的最大偏差，如果兩次采樣的差值并不大于最大偏差值，則取本次采樣值； 若兩次采樣的差值大于最大偏差值，則可認為系統(tǒng)中竄入了隨機脈沖干擾，應刪除這次采樣值，并用上次采樣值作為替代。

3 一階遞推限幅數(shù)字濾波法的抗干擾工作過程

在電療儀的使用過程中，為了應對可能的電源干擾，在系統(tǒng)中同時使用限幅濾波與一階遞推限幅濾波可以最大限度地使儀器有更強的軟件抗干擾能力。在應對來自通斷電源造成的隨機脈沖干擾，限幅濾波可以做到有效抑制，而在正常使用過程中，一階遞推限幅數(shù)字濾波可以保證系統(tǒng)不受外界的高頻與低頻信號干擾，保證了中頻電療的正常輸出治療波。圖2為融合一階遞推與限幅的數(shù)字濾波法的抗干擾過程。

參考文獻

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作者簡介：徐肖鯨（1991-），性別：男，碩士，青島理工大學，研究方向：智能體控經(jīng)絡電療儀的研發(fā)。

趙宏才（1958-），性別：男，研究生導師，副教授，青島理工大學。

郭佳樂（1990-），性別：男，碩士，青島理工大學，研究方向：康復機器人。

刁少文（1989-），性別：男，碩士，青島理工大學。