MCU信号调理也有软硬结合
在MCU处理传感器信号时，面对 信号乱跳、数据不准的头疼问题，其实只要掌握硬件打基础+软件修细节+测试保稳定 的组合，就能让信号稳定。一、硬件调理 ,先调试信号，再实现MCU算法。
1. 放大电路 ,选合适的放大器是很关键的，为什么这么说很关键。信号太弱 mV级,用低噪声运放 AD8551 ，避免放大时把噪声一起放大。信号接近电源电压会失真 ,选轨到轨运放 OPA333 ，输出能顶到电源边儿，不截断信号。周围有电磁干扰 50Hz工频,选共模抑制比 CMRR 高的运放 LTC6081，CMRR>80dB ，像给信号加了干扰隔离罩。
2. 滤波电路 ,硬件先过滤一波噪声使用RC低通滤波 电阻+电容 ，比 对1kHz信号采样，截止频率设5kHz，避免高频噪声混进数据。或者对有源滤波 Sallen-Key二阶低通 ，截止频率更准，适合对信号要求高的场景。或者使用磁珠 BLM18PG121SN1 +陶瓷电容 0.1μF ，专治开关电源纹波等高频干扰。
3. 保护电路 ,防信号炸板防静电/浪涌 ,TVS二极管 SMAJ5.0A ，像给电路装安全气囊，瞬间过压直接钳位。防电机反电动势 ,RC缓冲电路 电阻+电容并联 ，吸收电机刹车时的尖峰电压，保护MCU。
4.屏蔽防止外面干扰带来的信号问题。
二、软件调理 ,算法精准修正
1. 数字滤波 ,低成本去噪简单平滑 ,移动平均滤波比取最近10个数据的平均值 ，但延迟大，适合温度这种慢变信号。计算量小版 ,IIR滤波 巴特沃斯 ，适合实时性要求高的场景，但相位会扭曲 比 100Hz截止频率的二阶IIR 。相位精准版 ,FIR滤波，线性相位不扭曲信号，但需要更多计算资源 可用MATLAB的fir1函数设计 。动态系统神器 ,卡尔曼滤波，适合四轴飞行器姿态估计等动态场景，能融合传感器数据和模型预测，但调参复杂。
2. 校准补偿 ,消除系统误差零点偏移 ,比 压力传感器无压力时输出不为0，记录此时的ADC值作为偏移量，后续数据减去它。温度影响 ,比 NTC热敏电阻随温度变化，用Steinhart-Hart方程或查表法修正读数。非线性补偿 ,比 热电偶输出和温度不是直线关系，用分段线性插值或多项式拟合掰直曲线。
3. 异常检测 ,防假数据捣乱，防止串扰阈值报警 ,比 加速度计输出超过±2g，可能是传感器松动或撞击，直接标记为异常。统计过滤 ,计算信号标准差，剔除偏离均值3倍标准差以上的离群点 比 3σ原则 。
三、实战案例
电机电流检测抖动问题 ,霍尔传感器在电机启动时输出信号剧烈波动，ADC采样值跳变，可以说很多人都会遇到这个问题，这也是我为什么要例出来的原因，我也遇到了，然后我们十几个人研究了一个多星期才解决。解决办法：硬件 ,传感器输出端并联0.1μF陶瓷电容+10μF钽电容，吸走高频噪声。软件 ,滑动平均滤波 窗口10 平滑数据，再用卡尔曼滤波动态调整权重。效果 ,信号波动从±15%降到±2%，电机控制稳定。
温湿度传感器漂移问题 ,SHT31在高温高湿环境下读数偏移 误差±5%RH 。解决办法：硬件 ,传感器供电端串磁珠，减少电源纹波干扰。软件 ,每24小时用25℃/50%RH和40℃/80%RH两点校准，更新补偿系数。效果 ,测量误差降到±1.5%RH，数据靠谱多了。温度电路
四、遇到问题的解决办法
ADC采样时机 ,别在MCU忙 PWM输出 时采样，时钟抖动会导致误差。
电源隔离 ,模拟地和数字地单点连接 用0Ω电阻或磁珠 ，避免数字信号干扰模拟电路。
布线 ,传感器信号线远离电源线，必要时用屏蔽双绞线 RS-485通信 。
运放供电 ,用LDO线性稳压器 AMS1117 给运放供电，避免电源波动导致输出失真。
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