CODESYS 实战：算术平均滤波器的实现

引言

在工业自动化和控制系统中，数据噪声是一个常见的问题。为了平滑输入信号，提高数据的稳定性和可靠性，常使用滤波器技术。本文将介绍如何在 CODESYS 中实现一个简单的算术平均滤波器。

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程序设计思路

算术平均滤波器通过计算一组采样值的平均值来平滑输入信号。我们的函数块接收一个输入值和采样次数，并输出计算后的平均值。为了适应不同的应用需求，我们允许用户设置采样次数。

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程序代码

FUNCTION_BLOCK PM_ArithmeticMeanFilter
VAR_INPUT
    InputValue : REAL; (* 待处理值 *)
    SampleCount : INT := 5; (* 采样次数 *)
END_VAR
VAR_OUTPUT
    FilteredValue : REAL; (* 处理后的值 *)
END_VAR
VAR
    Samples : ARRAY [1..100] OF REAL; (* 存储输入样本值的数组，假设最多100次采样 *)
    Total : REAL; (* 样本值的总和 *)
    I : INT; (* 循环变量 *)
    Initialized : BOOL := FALSE; (* 初始化标志 *)
END_VAR

(*
版本记录：
版本          日期          作者
 V1         2024-5-10     工控老王
*)

// 初始化样本数组 
IF NOT Initialized THEN
    FOR I := 1 TO 100 DO
        Samples[I] := 0.0;
    END_FOR
    Initialized := TRUE;
END_IF

// 采样次数限制在1到100之间
IF SampleCount < 1 THEN
    SampleCount := 1;
ELSIF SampleCount > 100 THEN
    SampleCount := 100;
END_IF

// 将输入值存入样本数组
FOR I := SampleCount TO 2 BY -1 DO
    Samples[I] := Samples[I-1];
END_FOR
Samples[1] := InputValue;

// 计算样本值的总和
Total := 0.0;
FOR I := 1 TO SampleCount DO
    Total := Total + Samples[I];
END_FOR

// 计算算术平均值
FilteredValue := Total / SampleCount;

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代码解释

输入输出变量：

• InputValue：需要处理的输入信号。
• SampleCount：用于计算平均值的样本数量。
• FilteredValue：输出的平滑信号。

内部变量：

• Samples：用于存储最近的输入值。
• Total：计算过程中样本值的总和。
• Initialized：用于标记样本数组是否已初始化。

初始化：

• 样本数组在首次运行时初始化为 0。

样本处理：

• 确保SampleCount在 1 到 100 之间。
• 更新样本数组，将最新输入值插入，并移除最旧的样本。

计算平均值：

• 计算样本值的总和并求平均，以得到平滑后的输出。

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应用场景

算术平均滤波器广泛用于信号处理、数据采集系统和自动化控制中，以减少噪声对测量和控制的影响。它特别适合用于稳定慢速变化的信号。

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拓展思考

除了算术平均，其他滤波技术如加权平均、中值滤波等也可以结合使用。进一步的优化可以通过动态调整SampleCount或者引入更复杂的算法来提高滤波效果。

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开源说明

该程序遵循开源原则，任何人都可以使用、修改和分发此代码。在使用前应进行充分的测试，修改代码时，请秉持分享精神，将您的改进和成果进行分享，以便更多人受益。

总结

我们通过一个简单的算术平均滤波器，展示了如何在 CODESYS 中平滑输入信号。这种方法不仅适用于多种应用场景，还能通过简单的调整满足不同的需求。希望本文能为工程师们提供一个有效的解决方案。

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