基于一阶递推限幅滤波的中频电疗仪电源干扰解决方法

徐肖鲸+++赵宏才+++郭佳乐+++刁少文

摘 要：随着智能化对各行各业的影响，传统医疗行业也迎来了更先进的治疗手段。在单片机作为控制核心的电疗仪中，有可能遇到各种干扰，以至于在使用电疗仪时使人体产生不适感。文章将对电疗仪中可能出现的电源干扰进行分析，并研究出一种融合一阶递推数字滤波与限幅滤波的软件抗干扰方法。

关键词：中频电疗仪；单片机；软件抗干扰；一阶递推滤波；限幅滤波

1 电疗仪中可能出现的干扰与抗干扰手段

在如今智能化设备对传统行业带来巨大改变的情况下，传统医学的治疗手段也得到了广泛而全面的提升。而电疗，作为一种古老的治疗方式通过智能化设备的发展再次活跃起来。在电疗仪器发展的过程中，单片机，作为嵌入式系统中性能与功耗均佳的一种选择，得到最为广泛的运用。

用户可能在不同的环境下使用电疗仪，以及仪器本身的一些原因，会产生很多不确定的因素对系统的稳定性进行干扰。影响系统稳定运行的干扰因素可能有来自于仪器内部与外部的各种电气干扰，以及系统结构设计中各元器件之间的干扰、安装制造过程中带来的干扰以及外部的使用环境条件等。

单片机系统在设计时经常采用的软件抗干扰的解决方法有：通过某些算法使系统能滤去干扰波形从而恢复系统的正常运行。在这方面可以使用数字滤波器、输入口信号重复检测、输出口信号刷新、软件拦截、指令冗余、软件陷阱和程序監视技术等软件抗干扰方法。

而本文将要研究的干扰是来自于电源的，电源的干扰是单片机系统中最严重的干扰来源之一，电源干扰主要是由电源与电源引出线所产生的，在电疗仪的电源开关通电的一刹那，在电极贴片输出端，会输出一个比较大的干扰波形，给患者带来明显的电击感。

2 常用的数字滤波器介绍

在软件抗干扰中，由于软件可以根据代码的不同，更加灵活的作用于实际运用，节省了大量的硬件资源，这使得软件抗干扰在如今得到更多青睐，不过由于软件抗干扰需要CPU进行运算，占用时间比硬件抗干扰更多，所以软件抗干扰程序不宜设计过长。而数字滤波器作为一种最为常见抗干扰方法，有着高效的抗干扰能力，可以更好的解决许多实际问题，得到人们的重视。

数字滤波法是指通过将一组数字序列输入到单片机中进行一定的运算，然后输出成另一组数字序列的方法。

2.1 一阶递推数字滤波法

一阶递推数字滤波法是一种软件抗干扰手段，在应对来自电源的干扰时能有效的滤除高频及低频干扰信号。其递推公式为Yn=QXn+（1+Q）Yn-1。其中Q为时间常数，Xn为第n次采样时的滤波器输入，Yn为第n次采样时的滤波器输出。一阶递推数字滤波法适合作用于变化较慢的系统，并不适用于变化较快的系统。

2.2 限幅滤波法

限幅滤波通常是为了克服系统中窜入的随机脉冲干扰信号。其原理是比较两个相邻采样值，然后根据系统所需输出设定允许的最大偏差，如果两次采样的差值并不大于最大偏差值，则取本次采样值； 若两次采样的差值大于最大偏差值，则可认为系统中窜入了随机脉冲干扰，应删除这次采样值，并用上次采样值作为替代。

3 一阶递推限幅数字滤波法的抗干扰工作过程

在电疗仪的使用过程中，为了应对可能的电源干扰，在系统中同时使用限幅滤波与一阶递推限幅滤波可以最大限度地使仪器有更强的软件抗干扰能力。在应对来自通断电源造成的随机脉冲干扰，限幅滤波可以做到有效抑制，而在正常使用过程中，一阶递推限幅数字滤波可以保证系统不受外界的高频与低频信号干扰，保证了中频电疗的正常输出治疗波。图2为融合一阶递推与限幅的数字滤波法的抗干扰过程。

参考文献

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作者简介：徐肖鲸（1991-），性别：男，硕士，青岛理工大学，研究方向：智能体控经络电疗仪的研发。

赵宏才（1958-），性别：男，研究生导师，副教授，青岛理工大学。

郭佳乐（1990-），性别：男，硕士，青岛理工大学，研究方向：康复机器人。

刁少文（1989-），性别：男，硕士，青岛理工大学。