Q&A
一定波高の模擬入力パルスを入れているが、測定値がずれるのをなんとかしたいという話でしょうか? であれば、どのぐらいずれてますか?
前提・実現したいこと
dsPICのプログラムを用いてA/D変換された4000点の計測データの最大値と何点目で最大値であったかを求めようとしています。
発生している問題・エラーメッセージ
リアルタイムで前後のデータを比較し、値の高いデータを”山登り法”を用いて求めていますが、ノイズが混入しているため、時々異なる値が最大値として出力されてしまいます。
該当のソースコード
c言語
1void __attribute__((__interrupt__, __shadow__))_T2Interrupt(void)//割り込み処理関数 2{ 3 4 IFS0bits.T2IF=0;//割込みフラグクリア 5 dds_CTRL=1; 6 delay_ns(50); 7 dds_CTRL=0; 8 SigIn[0] = ReadADC12(0);// Input to A/D converter () 9 Data_new = SigIn[0]+0x8000;//0～FFFFで与える 10 n=n+1; 11 12 // 最大値検出(トーナメント) // 13 if(Data_new > TopDataV)//山登り法を用いた前後の計測値の比較 14 { 15 TopDataV = Data_new; 16 TopDataf = n; 17 } 18 19/*** 掃引終了判定* **/ 20 if(n>=4000)//4000点比較したら最大値を格納 21 { 22 count=count+1; 23 Vmin[count]=TopDataV;//最大値格納 24 fmin[count]=TopDataf;//最大値が何点目であったか格納 25 26 dds_Int=1; 27 delay_ns(50); 28 n=0; 29 dds_Int=0; 30 31 } 32}
試したこと
4000点をいったん配列に格納しようと試みましたが、メモリが足りませんでした。
補足情報（FW/ツールのバージョンなど）
dsPIC
C言語
MPLAB
回答3件
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とりあえず、異常値を捨てる という方針ではいかがでしょうか？
思い切って、以下のどれかで捨てては？
a. 2700 以上の値は捨てる。
b. 直前の値より300以上大きな値は捨てる。
c. 折角のDSPicなので、周波数成分を求めて、ハイパスフィルタする。
真剣に対策をとるなら、何が原因で大きく外れたように見える値が測定されるか分析したほうがいいです。
目立たないだけで小さい方にも異常値があるかもしれません。もともと全く測定できていないかもしれないです。（ランダムノイズを分析している）
素人でも思いつく外れる原因は、
a. 測定範囲オーバーフロー。
b. 計算途中でオーバー・アンダーフロー
c. データ取り込みのタイミングエラー
d. 電源などのノイズ。測定系の電圧が瞬間的に低くなっているなど。
投稿2018/06/07 14:43
総合スコア580
ノイズの計測データはVBを用いてエクセル出力したのもので、VBのプログラムでa,bのような考え方でノイズを無くすことには成功しました。
現在はdsPIC内でこのノイズを解消したいと思い、今回質問いたしました。
データ取り込みのタイミングエラーは考えられると思います。ありがとうございます。
0
こんにちは。
単に最大値ではダメなのでしょうか？
極大点を求めるわけでないのであれば、単なる最大値で良いはずです。
投稿2018/06/07 07:12
総合スコア23272
周波数掃引を行い共振点（グラフの最大地点）を求めたく、また最大値の共振周波数を求めたいので何点目かもわかることで周波数掃引の値から導き出しております。
したがって、最大値および何点目かの情報を得たいです。
ごめんなさい。何をおっしゃっているのか理解できません。
周期的な波形が有るように見えませんので「周波数」との関係が見えません。
ところで、ソースをみました。単なる最大値を求めるプログラムです。山登り法ではありません。
http://www.gifu-nct.ac.jp/elec/deguchi/sotsuron/oguri/node15.html
山登り法のWikipediaの記事は大嘘ですね。単なる最大値を求めるプログラムを提示しています。
↓意味不明ですし、判ってない人が記述してしまっているようです。
「極値を探索するアルゴリズムのため、評価関数の最小値･最大値の探索手法としては不完全である。しかし実装が単純なため、最小値･最大値の探索としても、しばしば用いられる。」
全く逆です。単なる最大値・最小値を求める方法では極値を求めることができないので、色々工夫して極値を求めるのですよ。
山登り法はノイズに弱いのでローパスフィルタ（移動平均等）を用いてノイズ除去して処理することが多いです。y_waiwaiさんの回答も恐らくその意味でのノイズ除去の提案と思います。
追加されたグラフのようなスパイクノイズに対しては、ローパスフィルタはあまり適切ではないです。スパイクノイズにはメディアンフィルタが有効です。通常は画像のような２次元データで用いますが、前後3点を使ったメディアンフィルタで対処してみるのも有りと思います。他にも適切なフィルタがありそうな気がしますが、把握していません。
回答が不適切で申し訳ありませんでした。
メディアンも検討しておりますが、まずはプログラムが容易な移動平均を利用できればと思いプログラムを書き換えております。
ひょっとして、質問の最初の画像はスペクトルアナライザのスクリーンだったりしますか？ スペクトルアナライザなら「周波数掃引」と関係が深いですが、高々2048バイトしかSRAMが無いdsPICにリアルタイムFFTは荷が重いような。
最初の画像はオシロスコープで得た波形になります。
思った以上に複雑なフィルタを作れないと痛感しております。
> 山登り法のWikipediaの記事は大嘘
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B1%B1%E7%99%BB%E3%82%8A%E6%B3%95
こちら確認してみましたが、プログラムはきちんと山登り法のもので最大値を求めるようなことはありませんね。
(そもそも最大値が求められれば苦労しない)
> 全く逆です。単なる最大値・最小値を求める方法では極値を求めることができないので、色々工夫して極値を求めるのですよ。
失礼ながら、1次元などの全数探索が容易な場合だけを考えていらっしゃいませんか?
ikadzuchiさん、コメントありがとうございます。
Wikipediaのコードを良く見てみました。確かに山登り法になっていますね。私の見方が甘かったようです。訂正ありがとうございます。（WikipediのプログラムのcurrentNodeはbestNodeの間違いですね。）
> 失礼ながら、1次元などの全数探索が容易な場合だけを考えていらっしゃいませんか?
全くその通りです。
当たり前と思いますが、最大値を求める時は全数探索します。どうしても全数探索が困難な場合に限って極値で代用することもあるかもしれませんが、それは一般的ではないと思います。特に説明がない以上一般的なケースを想定するのが適切と思います。
なるほど。私は山登り法(など局所探索法)を使うのは次元数が多く全数探索が現実的でない場合が一般的かなと思ったもので。
currentNote・bestNodeは確かにおかしいですね。
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ベストアンサー
４０００点の配列を、ローカル変数で確保せずに、グローバル変数（関数の外）で確保してみましょう
イマドキのPCでは数万点程度ではびくともしませんぜ
って、PICなの？それじゃ無理やねー
せいぜい十数点程度のバッファを持って、移動平均しながら最大値求める、ってテですかね
投稿2018/06/07 07:00
編集2018/06/07 07:03
総合スコア87749
PICなんです。
移動平均ですか。
候補として考えてみます。
メディアンフィルタとどちらが良いでしょうか
１６点とか３２点のバッファを持っといて、これをリングバッファにしといて、そいつでの移動平均を求めていく、ってテですね。
移動平均の分ピーク値はずれるけど、その分補正してやればいいってことで。
PICだと計算量だいじょうぶ？＜メディアンフィルタ
って、最近のPICはでかなってるかｗ
まあ、いろいろやってみればいいかと
簡単に移動平均の際のプログラムを教えていただけませんか。
１６点分の計測値を積算しといてそれを１／１６すれば、１６点の平均値が取れますね
これをリアルタイムでやればいいはなしです
問題は、１６点分積算した変数があって、次の値が入ってきたとき、単に加算すると１７点分の値になってしまうので、一番古い点の値を引いてから次の値を加算して平均するってことですね
このために、１６点分のバッファを設けておいて、順繰りに計測値を入れていく必要があります
＃最新の値と１６個前の値だけあればいい
ありがとうございます。
プラスして、その最大値の点が4000点のうちの何点目かを把握するためにはどうしたらよいでしょうか。
SRAMが1KB(dsPIC30F2011,dsPIC30F2012)とか2KB(dsPIC30F3012,dsPIC30F3013)しかないPICマイコンで、12bit A/Dコンバータで値(2バイト)を収集するのですから、計測できる(SRAMに収納できる）のは512点か1024点が上限です。「4000点の計測データ」というところで破綻してませんか？ また、割り込みのタイミングと、計測しているデータは同期しているのですか？ 同期していなければ、"何点目で最大値であったか"が無秩序に変動すると思いますが、それで良いのですか？
１６点分の平均だとすると、その真ん中８点目の値だと推定されるので、実際の結果から８を引けばいいかと。
まあ、これが３２点の移動平均だったら１６引くという話になりますねー
どんだけの幅の平均にするかってのは実際のデータでやってみて、いい感じのところを探してください
乗っているノイズの幅以上の平均幅がないとちゃんとした値は出てこないでしょうし、あんまし平均幅を大きく取りすぎると、これまた誤差が大きくなります
割り込みは現状、適切であると考えます。
何点目かもだいたいで大丈夫なので、アドバイスを参考に作成したいと思います。
/*** Grobal変数定義 ***/
unsigned int Data[16];
unsigned int t=0;
unsigned int cnt=0;
unsigned long sum=0;
unsigned int average_new=0;
unsigned int average_old=0;
/*** タイマ2 割り込み処理関数 ***/
void __attribute__((__interrupt__, __shadow__))_T2Interrupt(void)
{
IFS0bits.T2IF=0;//割込みフラグクリア
dds_CTRL=1;
delay_ns(50);
dds_CTRL=0;
SigIn[0] = ReadADC12(0);// Input to A/D converter ()
Data_new = SigIn[0]+0x8000;//0～FFFFで与える 0x8000=32768
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー変更点
if(n=0)//初期設定
{
for(t=0;t<16;t++)
{
Data[t] = Data_new;
}
}
n=n+1;
if(cnt > 15){cnt=0;}
sum = sum - Data[cnt];
Data[cnt] = Data_new;
sum = sum + Data[cnt];
cnt = cnt +1;
average_old = average_new;
average_new = sum / 16;
// 最大値検出(トーナメント) //
if((average_new > average_old))
{
TopDataV = average_new;
}
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
/*** 掃引終了判定* **/
if(n>=4000)
{
Green=1;
count=count+1;
Vmin[count]=TopDataV;
fmin[count]=TopDataf;
TopDataV=0;
TopDataf=0;
dds_Int=1;
delay_ns(50);
n=0;
dds_Int=0;
}
}
変更してみたのですが計測が行えなくなってしまいました。
何が問題なのでしょうか、、、。
> if(cnt < 16){cnt=0;}
これまちがってますぜ
何でもかんでも割り込みルーチンの中でさせずに初期化ぐらいはメインルーチンの中でさせようよｗ
分かりました。失礼いたしました。
それと、sum変数は変換結果（１６ビット？）を１６個積算してオーバーフローしないか注意ね。
int とlong のビット幅を把握しておこう
オーバーフローは問題なさそうです。
先ほどの指摘部分を改善してみましたがやはり動作が確認できません。
あとは何が考えられますでしょうか。
最大値の時の位置を求めるなら、ｎの値をとってこないといかんのでは。
開発環境はなんか知らんけど、デバッグ機能はないの？
途中でプログラム止めて変数の内容をモニタできるとかできればいいんだけど。
この質問からはちと外れるけど、アドバイスをいくつか。
タイマ割り込みルーチンの中では、時間のかかる処理をしないようにしよう
・A/Dの起動後、データを取るまでウェイトしてるけど、これをデータとった後、A/Dの起動をかけるようにすればウェイトはいらなくなります（次のタイマ割り込みでデータ取得）
・変数の初期化はメインルーチンで実行すれ。
・バッファの容量を１６とか３２みたいな数字にしてるのはちゃんと理由があります
cnt &= ~0xf; // if がいらない
average_new = sum >>4; // 割り算いらない
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