しろうさぎのblog

元ロボカッパー(Bオープン)で現在はレスコンに参加しています。気が向いたときにいろいろ書いていきます。

簡易的デジタルフィルタを実装してみる

どうもしろうさぎです。世間はクリスマスですね。私は関係ないですねぇ。実家に帰って組み込みやってます。

そんなことは置いておいて、去年ポテンショの角度データをアナログをSTMで読んでその値でアームを制御していたのですが、ノイズまみれで精度が出ず、さらには時々ぴょこっとしたノイズ(スパイクノイズ)によってアームが瞬間的に動き危険なことがありました。そこで去年は移動平均をすることで何とか押さえつけていたのですが、それでも取り切れずアームがピクピク動く場面が多々ありました。
そして今年はそれを何とかしようと思いつき、ちょうど大学の計測の講義でノイズの話を聞き続けていたのでその担当教員の先生に波形を見せてどうすればいいか聞いてみました。

その時の波形がこれ。ポテンショを取り付けて角度を一定に保ったままサンプリングをして一番最初のデータとの差分をプロットしてグラフ化したものです。またこの時はmbedのanalogreadつかっていました(後述ではCubeHALでやってます)
IMG_4799
これを見て一言「あーこれ2つのノイズ成分がありますねぇ。一つはスパイクノイズでもう一つはホワイトノイズですねぇ。スパイクノイズはメディアンフィルタがかなり効果的で、ホワイトノイズはローパスでそこそこきれいになるでしょう」と。
やっぱプロの人はすごいなと思いましたよ。(後述しますが実際このフィルタ2個でかなりきれいになりました)


まずそれぞれのフィルタについて
・メディアンフィルタ
いわゆる中央値フィルタでサンプリングを取ってきてそれの平均などを取るのではなく中央値をデータとして取ります。これによってスパイク的に急に変化したのは除外することができます。
・ローパスフィルタ
わざわざ記述するほどでもないかもしれませんが、低周波を通すフィルタです。

詳しくはここを見てください。(これの4ページ目くらい)

それでもって実験。

IMG_4800[1]


このようにNucleoにポテンショを一個とりつけデータを取ります。そしてこのポテンショは触らず角度が一定になるようにして常に同じ電圧が入力されるようにしています。

メディアンフィルタではサンプルを5個取り、その中央値を取りました。このサンプリングですが配列を5個用意して一回のサイクルでひとつづつリング的に変更していくようにしました。これにより連続的にデータを得ることができます。実際STM32のAD変換は早いのであまり遅さについては考える必要がないですが、一応ということで。そのデータの配列を違う配列にコピーしてその配列をソートしてその中央値をフィルタ後の値として使用することにしました。サンプルが多ければおおいほど変化は遅くなり連続でスパイクが来ても耐えれますがあんまり多いととソートにも時間がかかるうえ、編かあ遅くなりすぎると思ったので適当な5個ということにしました。さらにソートにはクイックソートを利用しました。実際5個程度ではバブルソートとかほかのソートでもそこまで速度の差は出ませんが一応ということでクイックソートを採用しています。

ローパスフィルタは簡易的ということで一次ローパスフィルタを作成しました。
1次ローパスフィルタは
出力=(入力)×r+(一個前の入力)×(1-r)
で求めます。このrが小さいほど滑らかに変わっていきます。今回このrは0.2としました。
ソースコード上では、
#define rate 0.2
として定数で変化できるようにさせておきました。

とりあえず結果。
キャプチャ


それぞれのデータの平均を取りそこからの差分をプロットしました(ノイズ成分を比較するためにとりあえずこうしました)。
メディアンフィルタを通すことでかなりスパイクノイズが抑えられていることがわかり、1次ローパスを通すことでかなりきれいになっています。

キャプチャ1
この時グラフを作るのに使った生データです。
一番左から生データ(AD変換まんま)、メディアンフィルタ後、1次ローパス後です。

感覚的には生データだと3桁目まで動くことがあるのに対してメディアンフィルタを通すことで2桁がちらつくという感じで、1次ローパスを通すことで変化するのは最小の1桁目だけでしかもその動きもちょっとです。

結果としてかなりいい感じのフィルタで実用的ではないかなといったところです。このフィルタなどにかかる時間を測定したところ1200クロックくらいで収まっていたので、メインクロックが180MHzで動いているので6μ秒くらいで処理が終わっていることになります。そして、ポテンショを動かして応答性なども見てみましたが遅すぎることもなくちゃんと追従してくれる感じでした(去年は50個の移動平均を取っていたので動きが結構ゆっくりついてくる感じでした)。
マスタースレーブのマスター側で使うのであえてゆっくり動かしてアームに急激な負荷をかけないようにするのに逆に有効だったのかもしれませんが、高速にフィルタをできればそのゆっくり出力を変化させることはいくらでもできるので良いのではないかなといった感じです。


最後に使ったソースコードをまるまる貼っておきます。
配列に十分データがたまって値が安定するまでwhileのまえでforで回してからデータのサンプリングを行っています。

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "xprintf.h"
#include "stdlib.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
ADC_HandleTypeDef hadc1;
DMA_HandleTypeDef hdma_adc1;

UART_HandleTypeDef huart2;

/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
#define ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE   ((uint32_t)  1)
static uint16_t   aADCxConvertedData[ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE];
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig;
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_DMA_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);

/* USER CODE BEGIN PFP */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/

/* USER CODE END PFP */

/* USER CODE BEGIN 0 */
uint16_t tempdata[5];
uint16_t sortdata[5];
uint16_t out_lowpass;
uint32_t count;
uint16_t medianfilter_out;
uint16_t out_lowpass_temp;
int int_sort( const void *p, const void *q ) {
    return *(uint16_t*)p - *(uint16_t*)q;
}
#define data_cnt  sizeof(sortdata)/sizeof(uint16_t)
#define rate 0.2
/* USER CODE END 0 */

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_USART2_UART_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  init_xpritf(&huart2);
  xdev_out(uart_putc);
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
  Error_Handler();
  }
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
  Error_Handler();
  }
   if (HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *)aADCxConvertedData,ADC_CONVERTED_DATA_BUFFER_SIZE) != HAL_OK)
   {
      Error_Handler();
   }
   count=0;
   for(uint16_t start_wait_delay=0;start_wait_delay<50;start_wait_delay++){
   tempdata[count]=aADCxConvertedData[0];
      for(uint8_t i=0;i<5;i++){
      sortdata[i]=tempdata[i];
      }
      qsort(sortdata,data_cnt,2,int_sort );
      medianfilter_out=tempdata[2];
      out_lowpass=(float)((float)rate*medianfilter_out+(float)(1-rate)*out_lowpass_temp);
      out_lowpass_temp=out_lowpass;
      xprintf("start");
      xprintf(" raw=%d",aADCxConvertedData[0]);
      xprintf(" medianfilter=%d",medianfilter_out);
      xprintf(" lowpass=%d",out_lowpass);
      xprintf("\r\n");
      if(count>=4){
      count=0;
      }
      else{
      count++;
      }
   }
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
  tempdata[count]=aADCxConvertedData[0];
  for(uint8_t i=0;i<5;i++){
  sortdata[i]=tempdata[i];
  }
  qsort(sortdata,data_cnt,2,int_sort);
  medianfilter_out=tempdata[2];
  out_lowpass=(float)((float)rate*medianfilter_out+(float)(1-rate)*out_lowpass_temp);
  out_lowpass_temp=out_lowpass;
  xprintf("raw=%d",aADCxConvertedData[0]);
  xprintf(" medianfilter=%d",medianfilter_out);
  xprintf(" lowpass=%d",out_lowpass);
  xprintf("\r\n");
  if(count>=4){
  count=0;
  }
  else{
  count++;
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
}

/** System Clock Configuration
*/
void SystemClock_Config(void)
{

  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;

    /**Configure the main internal regulator output voltage 
    */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();

  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

    /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
    */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 180;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = 2;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }

    /**Activate the Over-Drive mode 
    */
  if (HAL_PWREx_EnableOverDrive() != HAL_OK)
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }

    /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
    */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }

    /**Configure the Systick interrupt time 
    */
  HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000);

    /**Configure the Systick 
    */
  HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);

  /* SysTick_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
}

/* ADC1 init function */
static void MX_ADC1_Init(void)
{


    /**Configure the global features of the ADC (Clock, Resolution, Data Alignment and number of conversion) 
    */
  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
  hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;
  hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }

    /**Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time. 
    */
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
  sConfig.Rank = 1;
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_28CYCLES;
  if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }

}

/* USART2 init function */
static void MX_USART2_UART_Init(void)
{

  huart2.Instance = USART2;
  huart2.Init.BaudRate = 115200;
  huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK)
  {
    _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
  }

}

/** 
  * Enable DMA controller clock
  */
static void MX_DMA_Init(void) 
{
  /* DMA controller clock enable */
  __HAL_RCC_DMA2_CLK_ENABLE();

  /* DMA interrupt init */
  /* DMA2_Stream0_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA2_Stream0_IRQn, 1, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA2_Stream0_IRQn);

}

/** Configure pins as 
        * Analog 
        * Input 
        * Output
        * EVENT_OUT
        * EXTI
*/
static void MX_GPIO_Init(void)
{

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void _Error_Handler(char * file, int line)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  while(1) 
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */ 
}

#ifdef USE_FULL_ASSERT

/**
   * @brief Reports the name of the source file and the source line number
   * where the assert_param error has occurred.
   * @param file: pointer to the source file name
   * @param line: assert_param error line source number
   * @retval None
   */
void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
    ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */

}

#endif

コードはここまで。

それでは。メリークリスマス。



KiCADのインタラクティブドラッグ

どうもしろうさぎです。

電磁気の中間近くてやばい(やばい)のですが現実逃避中です。

KiCADnightlyを普段使っているわけですが7月中旬くらいで今まで「M」で配線の移動(インタラクティブドラッグ)ができていたのがそれ以降できなくなって焦っていました。

スクリーンショット (24)
スクリーンショット (25)

今まではこんな感じに使えていたんです。

それが8月中旬以降使い方変わったみたいです。

とりあえず「M」の時、
M
M()
こんな感じに配線が移動します。配線がつながらない感じになります。
(なんで配線外れるんや‼‼‼‼‼‼‼‼ってなってたわけです)

それで「D」でやると、
D
D()
いままでのインタラクティブドラッグになります。

ちなみに「G」とかいうのも増えてました。
G
G()

配線の端っこをつまんでびよーんとゴムみたいに伸ばす感じに動きます(使うんかこれ・・・・?)



まとめ
・とりあえずいままでMでやっていたことがDに変更になってた。
・Mだと配線が外れる。
・使うかわからないGってコマンドが増えてた。


ちなみに・・・・。
今までにもDってやつあったんですがMと動作が全く一緒でした。(だからMで全部やってたせいで急に仕様変更になって焦ったのか・・・と)
スクリーンショット (22)
スクリーンショット (23)


それでは今日はこの辺で。



Eclipse(Atollic)をOneDrive等で共有する

どうもしろうさぎです。

先日のRCJ浜松ノード、名古屋ノード、東海ブロック大会のスタッフとしていきました。とりあえず今年分は終わりかなってところです。

そんなこんなで今回はEclipse(Atollic)をOneDrive等で共有することについて書きます。特にスクリプトファイルを共有できるようにします。
私が所属しているサークルでは普段機構班と大会書類等はDropBoxで、ソフト・組み込みはOneDriveで共有を行っています。そこで、ワークスペースをOneDrive上で指定して私が使っていたのですが、ほかの部員のPC上でインポートして使ったらパスが全部書き換わってしまい家に帰ってから開発を再開したところビルドできないというアクシデントに出会いました。その時はとりあえず私以外がそのコードを院ぽーしないよう、コードがみたけりゃ直接Cファイルをメモ帳やらVSで開いてみるようにしてもらっていました。
しかしながらそれではソースコードの全体が見にくい、緊急でプログラムの書き換えが必要になった時私がPCを持ち合わせていなかったときに不便などの理由でどうにか共有することはできないかと思いいろいろ試行錯誤をしていました。まぁGitHubと連携してやれよという突っ込みがあるかとは思いますが、なにせ私情弱なせいでGitHub全く使えないんですよ。STM32基板を一緒につくったがれすた兄貴とはbitbucket使っていたのですがどうも要領を得なくて・・・・。

ということでOneDriveでどうにか共有することができるようにしました。

とりあえず今回はスクリプトファイルを共有します。ほかのImcファイルやらほかのファイルもありますがCubeで吐き出したプロジェクトでビルドに関係するところでスクリプトファイル以外書き換えることはほぼないのでスクリプトファイルのみということにします。今回記述する方法でいくらでもそれらのファイルを共有することは可能かとは思いますが。

それでは方法。まず管理者側のすること。
①SrcファイルをOnedrive上の新しいフォルダを立ててそこにコピーをしておいた上でプロジェクト内のSrcファイルを削除する。
図1
②プロパティを開く
③C/C++General→Path and Symbolsを開く
図2
④Link Folderを押してフォルダ名を指定する。(無難にSrcとする)
図3
⑤ファイルシステム内のフォルダをリンクにチェックを入れ、参照から①で作成したフォルダを指定してあげる。
⑥OKを押す。
⑦元のプロジェクトをZip等で固めてアーカイブファイルシステムでインポートできるようにする。

これでこうなっていれば完璧です。
図4
なんかショートカットマークみたいなのが付いていれば完璧です。

それでは共有される側のすること。
①ファイルをインクルードする。この時rootではなくアーカイブファイルシステムでインポートする。
図5

②管理者がすることの①~⑥をやる。(なんか設定ファイルにうまく書かれているとこの操作をすでに完了されていることがある。)

以上。

これで、共有された側もビルドできたそうです。そして私(管理者)側もパスが変わるなどの問題もなくできました。

Cubeで設定を大きく変えたとき(ペリフェラル増やしたとかそんなとき)にはIncファイルが書き換わったりするのでその時は管理者側はプロジェクトを固めたZipフォルダを再度作り直して、それ以外の人(共有される側)は、もう一度インポートからしてもらってください。

それでは今日はこの辺で。

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