Ардуино цифровой фильтр, частотомер, декодер и нейронные сети

Сущеструют аналоговые фильтры для аналоговых сигналов которые могут быть пассивными или активными и одной из важнейших проблем таких фильтров является повышение крутизны их АЧХ (амплитудно частотной характеристики). Если например фильтр используется в составе частотного декодера сигналов то чем лучше эта характеристика и чем лучше добротность тем больше можно сделать каналов декодера при равном выделенном диапазоне частот по сравнению с фильтром у которого данные характеристики будут хуже. И в целом фильтр с более крутой характеристикой будет более надежным и избирательным. Для улучшения данной характеристики, у аналоговых фильтров может быть повышен порядок, путем усложнения схемы. Однако усложнение схемы также увеличивает вес и габариты готового устройства, усложняет его изготовление и настройку, повышает цену. Существуют также цифровые фильтры. Такие фильтры работают не с аналоговыми а с цифровыми сигналами и имеют идеальную куртизну т.е. с такими фильтрами как бы возможны только два варианта. Либо сигнал пропускается либо нет. Например варианта что он пропускается наполовину, как в случае с аналоговым фильтром, быть не может. Поэтому такие фильтры очень хороши для изготовления на их основе, частотных декодеров сигналов. Такие фильтры могут быть изготовлены например на логических микросхемах и обычных деталях а также на программируемых микроконтроллерах. Второй вариант значительно улучшает массогабаритные показатели готового устройства, уменьшает себестоимость и трудоемкость его изготовления. Первый вариант конечно тоже интересен. Например в качестве интересной головоломки или ради спортивного или культурно исторического интереса. Но второй также тоже м.б. интересен даже в этом плане, как минимум это тоже какая ни какая головоломка и задача для развития. После того как получилось определиться с элементной базой и был выбран микроконтроллер. Остается решить такую задачу как программирование этого микроконтроллера и превращение его т.о. в цифровой фильтр, частотомер, декодер. Однако эту задачу можно значительно упростить если выбрать популярный микроконтроллер и дать такую задачу какому нибудь сервису искусственного интеллекта например deepseek (или grock, chat gpt, и т.д. и т.п.). deepseek например выдал такой результат:

const int inputPin = 2; // Pin to monitor for pulses (use interrupt-capable pin for best results) const int outputPin = 13; // Pin to set high/low based on frequency const float minFreq = 1.0; // Minimum frequency in Hz to trigger (adjust as needed) const float maxFreq = 10.0; // Maximum frequency in Hz to trigger (adjust as needed) volatile unsigned long riseTime = 0; volatile unsigned long fallTime = 0; volatile unsigned long lastPulseWidth = 0; volatile unsigned long lastPeriod = 0; volatile bool pulseDetected = false; void setup() { pinMode(inputPin, INPUT); pinMode(outputPin, OUTPUT); digitalWrite(outputPin, LOW); // Start with output low // Attach interrupt for both rising and falling edges attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(inputPin), pulseISR, CHANGE); Serial.begin(9600); // For debugging (optional) } void loop() { static unsigned long lastCheckTime = 0; const unsigned long checkInterval = 250; // Check frequency every 250ms if (millis() - lastCheckTime >= checkInterval) { lastCheckTime = millis(); // Calculate frequency if we have valid pulse data if (pulseDetected && lastPeriod > 0) { float frequency = 1000000.0 / lastPeriod; // Convert period in μs to frequency in Hz Serial.print("Detected frequency: "); Serial.print(frequency); Serial.println(" Hz"); if (frequency >= minFreq && frequency <= maxFreq) { digitalWrite(outputPin, HIGH); Serial.println("Frequency in range - setting output HIGH"); } else { digitalWrite(outputPin, LOW); Serial.println("Frequency out of range - setting output LOW"); } } else { // No pulses detected digitalWrite(outputPin, LOW); Serial.println("No pulses detected - setting output LOW"); } pulseDetected = false; // Reset for next measurement period } } void pulseISR() { static unsigned long lastEdgeTime = 0; unsigned long currentTime = micros(); if (digitalRead(inputPin) == HIGH) { // Rising edge detected riseTime = currentTime; if (lastEdgeTime > 0) { lastPeriod = riseTime - lastEdgeTime; pulseDetected = true; } } else { // Falling edge detected fallTime = currentTime; if (riseTime > 0) { lastPulseWidth = fallTime - riseTime; } } lastEdgeTime = currentTime; }

Данный ИИ попытался решить задачу не самым простым способом без злоупотребления специальными библиотеками и функциями (что возможно хорошо для возможности переноса кода на другой микроконтроллер). Попытался использовать внешние прерывания. А также снабдил код комментариями и пояснениями. У меня он, к сожалению, не заработал. Но думаю что используя данный код как заготовку, можно на его основе сделать работающий вариант + важно понимать что всю эту кучу текста, нейросеть сгенерировала очень быстро, буквально за минуту. Что обычному человеку, как мне кажется, будет повторить либо совсем трудно либо нереально. + Важным дополнением от deepseek оказалось то что он понял запрос, классифицировал и дал название "Arduino Frequency Detector with Output Control" по которому уже искусственный интеллект от гугл, сделал рабочий код:

const int signalPin = 2; // Input signal pin const int ledPin = 13; // Output LED pin unsigned long duration; float frequency; void setup() { pinMode(signalPin, INPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { // Measure the duration of one pulse (high or low) duration = pulseIn(signalPin, HIGH); // Calculate frequency (assuming a square wave) if (duration > 0) { frequency = 1000000.0 / duration; // Assuming duration is in microseconds Serial.print("Frequency: "); Serial.print(frequency); Serial.println(" Hz"); // Simple output control: Turn LED on for frequencies above 1000 Hz if (frequency > 1000) { digitalWrite(ledPin, HIGH); } else { digitalWrite(ledPin, LOW); } } }

Данный код значительно проще, короче и понятнее. В нем Используется функция pulseIn() для измерения длительности импульса в микросекундах а также фильтр высоких частот или вернее детектор высоких частот а не полосно пропускающий. Если внимательно посмотреть на код то можно заметить что он работает неправильно т.к. частота обратно пропорциональна периоду колебаний а не длительности импульса. Однако эту ошибку легко исправить если добавить дополнительно измерение длительности паузы и сложить длительность паузы с длительностью импульса для получения периода. Также можно заодно сделать фильтр (или вернее детектор) полосно пропускающим:

const int signalPin = 2; // Input signal pin const int ledPin = 13; // Output LED pin unsigned long duration; unsigned long duration_low; float frequency; void setup() { pinMode(signalPin, INPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { // Measure the duration of one pulse (high or low) duration = pulseIn(signalPin, HIGH); duration_low = pulseIn(signalPin, LOW); // Calculate frequency (assuming a square wave) if (duration > 0) { frequency = 1000000.0 / (duration + duration_low); // Assuming duration is in microseconds Serial.print("Frequency: "); Serial.print(frequency); Serial.println(" Hz"); // Simple output control: if (frequency > 10 && frequency < 50) { digitalWrite(ledPin, HIGH); } else { digitalWrite(ledPin, LOW); } } }

Данный детектор реагирует на частоты на пине 2 в диапазоне от 10 до 50 Гц и выдает сигнал на пин к которому подключен встроенный на плату светодиод. По uart выводит частоту импульсов в герцах. Также можно дополнить код и сделать декодер на 4 канала. Например так:

const int signalPin = 2; // Input signal pin const int ledPin = 13; // Output LED pin unsigned long duration; unsigned long duration_low; float frequency; void setup() { pinMode(signalPin, INPUT); pinMode(ledPin, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); pinMode(6, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { // Measure the duration of one pulse (high or low) duration = pulseIn(signalPin, HIGH); duration_low = pulseIn(signalPin, LOW); // Calculate frequency (assuming a square wave) if (duration > 0) { frequency = 1000000.0 / (duration + duration_low); // Assuming duration is in microseconds Serial.print("Frequency: "); Serial.print(frequency); Serial.println(" Hz"); // Simple output control: if (frequency > 10 && frequency < 30) { digitalWrite(ledPin, HIGH); } else { digitalWrite(ledPin, LOW); } if (frequency > 30 && frequency < 60) { digitalWrite(4, LOW); } else { digitalWrite(4, HIGH); } if (frequency > 60 && frequency < 90) { digitalWrite(5, LOW); } else { digitalWrite(5, HIGH); } if (frequency > 90 && frequency < 120) { digitalWrite(6, LOW); } else { digitalWrite(6, HIGH); } } }

Результат можно осмотреть на видео:

Адрес биткоин кошелька для поддержки блога - bc1qlhrmmkh77x2lzhqe4lt9qwkglswj64tsqt2l5g