sensor-signal-filtering

传感器信号滤波

设计从传感器输出到报告值的信号链。确保原始采样、滤波值、时序、饱和状态和故障标志均可观测；滤波器不得掩盖传感器故障或不安全电压。

输入关卡

选择组件或算法之前，先记录或标注未知项：

• 确切的开发板、MCU、核心/框架、ADC 通道、分辨率、参考电压、输入范围、采集时间和工具链版本
• 传感器部件/模块、输出类型和驱动阻抗、电源、线缆长度、预期信号带宽、有效范围、预热时间和故障行为
• 采样周期/抖动预算、可接受延迟、阶跃响应要求、阈值策略、校准模型和可用测量工具

针对开发板的 ADC 建议之前，先通过 board-support 确认开发板。对于实体项目或跨会话工作，先加载 embedded-project-loop，并保持其测量关卡开放。

工作流

1. 在滤波之前，以明确且可重复的速率采集原始采样。区分传感器动态与尖峰、混叠、量化、ADC 稳定、供电轨/接地噪声、EMI 和校准误差。
2. 根据信号带宽和延迟预算设定采样率。检查奈奎斯特条件和混叠衰减；不要试图用软件滤波器恢复已经混叠到带内的信息。
3. 选择一个滤波器，并明确窗口/alpha/模型；计算其启动行为、延迟、内存、CPU 开销以及对阈值的影响。常见的起步选择包括：适用于有限窗口的移动平均、适用于孤立尖峰的中值滤波，以及用于低开销平滑的 EMA/IIR；基于模型的滤波器需要明确的模型和噪声假设。
4. 检查模拟链路：传感器负载、RC 截止频率、ADC 采集/稳定、参考电压和接地、线缆/噪声耦合、输入保护、电压限制、去耦，以及电机/无线电电流回流路径。
5. 实现原始值与滤波值的遥测，以及故障/饱和指示。在目标平台编译之前，先在主机上验证确定性向量。
6. 每次硬件迭代只改变一个因果变量。使用与固件相同的配置测量 ADC 引脚和电源/接地。

按需加载

• 阅读 references/filter-selection.md，了解采样计算、算法权衡、校准顺序和延迟选项。
• 阅读 references/analog-front-end.md，了解 RC/输入网络、ADC 驱动/稳定、布线、保护和测量。
• 阅读 references/verification-and-tdd.md，了解主机、仿真、构建、目标平台和系统关卡。
• 使用仅供诊断的 examples/adc-filter-pipeline.ino，将其作为与开发板无关的定频 EMA 起步示例；将计数转换为电压之前，先补充开发板特定的 ADC 假设。可复用的生成式滤波模式仍由 arduino-code-generator 维护。
• 使用捕获的向量或运行确定性辅助脚本：python3 scripts/filter_benchmark.py --help。它是设计/TDD 辅助工具，不能替代目标平台时序或电气测量。

现有的 arduino-code-generator filtering pattern 负责维护可复用代码片段。本技能负责信号链诊断、滤波器选择、硬件交互和证据边界。使用 circuit-debugger 进行故障隔离，使用 wiring-safety-check 检查逻辑和供电轨限制，并且仅在确认已完成故障检测且信号完整性良好后使用 sensor-calibration-workbench。

输出契约

使用共享 Arduino 技能契约： 说明假设、所需工具及版本、实现步骤、 测试/证据、已知限制以及恢复/安全注意事项。

• 构建证明： 主机测试和精确板型的编译结果（如已运行）。
• 上传证明： 上传器对指定端口/镜像给出的结果（如已运行）。
• 硬件证明： ADC 引脚、电源轨/接地、波形或接线的测量结果。
• 系统证明： 在实际负载/环境下观察到的传感器行为。
• 部署证明： 现场部署、回滚和维护证据。

绝不能将通过的主机测试、HTTP 响应、串口横幅或 CI 任务结果 当作硬件或系统证明。如果板子、传感器、电路或测量结果未知，请止步于 有限的计划，并指出下一步要进行的测量。