【问题标题】:Lookup Table in C with Ranges带有范围的 C 中的查找表
【发布时间】:2016-11-30 04:21:29
【问题描述】:

我有一个表格,可以根据我需要在 C 中实现的一系列 ADC(模数转换器)计数来计算温度。我不知道该怎么做,因为它不是准确的值,它将在重叠范围内。

代码将接收从传感器读取的 ADC 整数值(第 2-4 列分别表示 ADC 低、ADC 中心和 ADC 高)并输出温度(第 1 列)。这些值来自我从电阻转换为电压到 ADC 的文档。 ADC 值将是一个整数,它需要在该范围内最合适,我认为这意味着最接近中心值。它不需要非常精确,因为它是一个非常稳定的值(通常在 370-350 又名 25-26C 之间),它将用于确定过热 (41C)。

这是表格中几个单元格的示例:

Temperature  | ADC Low     |  ADC Center |  ADC High
-------------+-------------+-------------+------------
          25 | 362.1804923 | 372.3636364 | 382.4913871
          26 | 349.9452011 | 359.9395371 | 369.8908548
          27 | 338.1432261 | 347.9502029 | 357.7197732
          28 | 326.7557813 | 336.3737597 | 345.9668118
          29 | 315.7666703 | 325.2012277 | 334.6164426
          30 | 305.1694416 | 314.4195099 | 323.6592884
          31 | 294.9747625 | 304.0429113 | 313.1063265

任何帮助将不胜感激。

【问题讨论】:

  • 你真的是说你必须有一个查找表吗?没有其他替代搜索算法?
  • 您是否想知道使用什么数据结构来存储查找表,或者如何实现一个查找方法来获取当前读数(以安培为单位)并给出温度?
  • 因此,如果超精度不是问题,您可以计算 25 到 26 之间、26 到 27 之间的 ADC 中心值的中点……并将其四舍五入到最接近的整数.读取输入整数时,您可以找到匹配的温度,因为您有边界值,较高的数字是 25ºC,然后是 26ºC,然后是 27ºC,等等。我想您可以看中并玩模糊逻辑,处理 3 个数字作为一个三角形,看看输入是多少 25ºC,多少是 26ºC,多少是 27ºC,然后得出一个复合温度,但这不太可能值得。
  • 建议/首选查找表。是的,我想知道数据结构(不是在文件中读取,而是将其作为结构放入代码中)然后使用该值来确定温度

标签: c lookup-tables adc


【解决方案1】:

这里有一些可行的代码。它假设映射表是内置的;如果您需要动态阅读它,则需要修改一些代码,但不是基本问题。

comment 中所述,该代码为每个温度确定一个整数 ADC 值,如果该值大于限制,则温度为给定值,在 ADC 中心值条目之间使用线性插值原始 ADC 数据表。对相关温度的搜索是简单的线性搜索。如果需要,您可以使用二进制搜索,或者创建一个合理的 ADC 值表并将每个 ADC 值映射到温度(使用更多空间,但提供最快的查找)。但是对于 25-41ºC 的范围,几乎不值得担心线性搜索的性能,除非你能证明它是一个严重的瓶颈,特别是因为正常搜索只需要在开始时查看 2 或 3 个条目列表(因此正常的线性搜索可能会胜过二分搜索!)。

#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

struct raw_adc
{
    int temp;
    double adc_lo;
    double adc_mid;
    double adc_hi;
};

/* Assumed sorted in order of increasing temperature */
/* Assumed monotonic in order of adc_mid values in sorted order */
/* Assumed lower temperature has higher adc_mid value */
/* Assumed ADC readings always positive (0 used as dummy) */
/* Assume contiguous series of temperatures */
static struct raw_adc raw_adc_data[] =
{
    { 25, 362.1804923, 372.3636364, 382.4913871 },
    { 26, 349.9452011, 359.9395371, 369.8908548 },
    { 27, 338.1432261, 347.9502029, 357.7197732 },
    { 28, 326.7557813, 336.3737597, 345.9668118 },
    { 29, 315.7666703, 325.2012277, 334.6164426 },
    { 30, 305.1694416, 314.4195099, 323.6592884 },
    { 31, 294.9747625, 304.0429113, 313.1063265 },
};
enum { NUM_RAW_ADC = sizeof(raw_adc_data) / sizeof(raw_adc_data[0]) };

struct map_adc
{
    int temp;
    int adc_value;
};

static struct map_adc adc_map[NUM_RAW_ADC];

static void map_raw_adc_values(void)
{
    int i;
    for (i = 0; i < NUM_RAW_ADC - 1; i++)
    {
        adc_map[i].temp = raw_adc_data[i].temp;
        /* Optionally add 0.5 before assigning */
        adc_map[i].adc_value = (raw_adc_data[i].adc_mid + raw_adc_data[i+1].adc_mid) / 2;
    }
    /* Last value is deemed to be hotter than the last recorded value */
    adc_map[i].temp = adc_map[i-1].temp + 1;
    adc_map[i].adc_value = 0;
}

static int temp_from_adc(int adc_value)
{
    int i;
    for (i = 0; i < NUM_RAW_ADC; i++)
    {
        /* Use of > determined by inspection of data - colder temps have higher ADC value */
        if (adc_value > adc_map[i].adc_value)
            return adc_map[i].temp;
    }
    assert(0);      /* Can't happen! */
    return 300;     /* If it gets here, the machine is too hot! */
}

static void dump_adc_map(void)
{
    for (int i = 0; i < NUM_RAW_ADC; i++)
    {
        assert(raw_adc_data[i].temp == adc_map[i].temp);
        printf("T = %.3dºC ADC = (%6.2f:%6.2f:%6.2f) Limit = %d\n",
                raw_adc_data[i].temp, raw_adc_data[i].adc_lo,
                raw_adc_data[i].adc_mid, raw_adc_data[i].adc_hi,
                adc_map[i].adc_value);
    }
}

int main(void)
{
    map_raw_adc_values();
    dump_adc_map();
    srand(time(0));
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        /* Range of ADC values in table is 294-382 */
        /* Generate random value in that range */
        int adc_rdg = rand() % (382 - 294) + 294;
        printf("ADC: %d = %d ºC\n", adc_rdg, temp_from_adc(adc_rdg));
    }
    return 0;
}

示例运行:

T = 025ºC ADC = (362.18:372.36:382.49) Limit = 366
T = 026ºC ADC = (349.95:359.94:369.89) Limit = 353
T = 027ºC ADC = (338.14:347.95:357.72) Limit = 342
T = 028ºC ADC = (326.76:336.37:345.97) Limit = 330
T = 029ºC ADC = (315.77:325.20:334.62) Limit = 319
T = 030ºC ADC = (305.17:314.42:323.66) Limit = 309
T = 031ºC ADC = (294.97:304.04:313.11) Limit = 0
ADC: 298 = 31 ºC
ADC: 358 = 26 ºC
ADC: 343 = 27 ºC
ADC: 315 = 30 ºC
ADC: 358 = 26 ºC
ADC: 352 = 27 ºC
ADC: 374 = 25 ºC
ADC: 322 = 29 ºC
ADC: 372 = 25 ºC
ADC: 376 = 25 ºC
ADC: 333 = 28 ºC
ADC: 334 = 28 ºC
ADC: 356 = 26 ºC
ADC: 307 = 31 ºC
ADC: 304 = 31 ºC
ADC: 305 = 31 ºC
ADC: 324 = 29 ºC
ADC: 358 = 26 ºC
ADC: 324 = 29 ºC
ADC: 322 = 29 ºC

【讨论】:

  • 如果表格从 -40 变为 125,您是否会推荐一种不同的搜索方法来提高速度,或者您认为这也足够了吗?
  • 这取决于您是否处于 CPU 使用压力之下。在最坏的情况下,您将通过线性搜索查看不到 170 个温度为 125 或更高的比较;对于二进制搜索,这将是 9 次比较(但对于 25-41 范围内的线性与二进制比较,比较 16 和 4)。所以是的,我可能会在更大的温度范围内使用二进制搜索,但这会带来一些额外的复杂性。不过,我怀疑这会对任何系统造成压力。话虽如此,另一个问题是访问内存——页面错误等。这取决于上下文!
  • 我可能不会将“原始 ADC 数据”表保存在内存中——我会预先计算它。即使您需要能够重新校准 ADC,我也可能让操作程序在启动时和请求时从文件中读取 ADC 映射表,并有一个程序来预计算(重新预计算)ADC 映射。据推测,这种重新校准很少见。
  • 另外,请注意您需要一个自定义的二进制搜索功能。标准的 (bsearch()) 会寻找完全匹配的值,但是当 ADC 读数未出现在表中时,您需要能够返回一个值。 (我还要提到原始 ADC 表中 6 个小数位中的最后 4 个不太可能相关——因此选择了打印格式。我对任何小数位都有保留,但肯定是最后 4 个——尤其是 ADC 只报告整数值。)
【解决方案2】:

我在想:使用二分搜索遍历声明范围的结构数组:

struct Range {
    float low;
    float center;
    float high;
    int   temperature;
};

struct RangeTable {
    struct Range* list;
    size_t length;
}

// TODO: Read the file here

struct RangeTable* table = ...
// NOTE: Ensure table.list is sorted in ascending `center` value, either in the file, or use a sorting function on the array after loading.

/////////////

/// <summary>Looks up the <paramref="adcReading" /> value in the provided table and returns a pointer to the best-matching Range struct value.</summary>
struct Range* lookup( struct RangeTable * table, float adcReading ) {

    // do a binary-search on the `center` value, which will return the Range object with the closest `center` value.
    struct Range* closestCenter = binarySearch( table->list, table->length, adcReading );

    if( closestCenter == NULL ) {
        // error condition.
        exit( 1 );
    }
    if( adcReading < closestCenter->low || adcReading > closestCenter->high ) {
        // out of range
    }
    else {
        // inside the range
    }
}

当然,实现排序和二进制搜索功能取决于您。

【讨论】:

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