原创 10种软件滤波方法

1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
     A、方法：
         根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值（设为A）
         每次检测到新值时判断：
         如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效
         如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值
     B、优点：
         能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰
     C、缺点
         无法抑制那种周期性的干扰
         平滑度差
    
2、中位值滤波法
     A、方法：
         连续采样N次（N取奇数）
         把N次采样值按大小排列
         取中间值为本次有效值
     B、优点：
         能有效克服因偶然因素引起的波动干扰
         对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
     C、缺点：
         对流量、速度等快速变化的参数不宜

3、算术平均滤波法
     A、方法：
         连续取N个采样值进行算术平均运算
         N值较大时：信号平滑度较高,但灵敏度较低
         N值较小时：信号平滑度较低,但灵敏度较高
         N值的选取：一般流量,N=12;压力：N=4
     B、优点：
         适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波
         这样信号的特点是有一个平均值,信号在某一数值范围附近上下波动
     C、缺点：
         对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用
         比较浪费RAM
        
4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
     A、方法：
         把连续取N个采样值看成一个队列
         队列的长度固定为N
         每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则)
         把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果
         N值的选取：流量,N=12;压力：N=4;液面,N=4~12;温度,N=1~4
     B、优点：
         对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高
         适用于高频振荡的系统    
     C、缺点：
         灵敏度低
         对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差
         不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
         不适用于脉冲干扰比较严重的场合
         比较浪费RAM
        
5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
     A、方法：
         相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”
         连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值
         然后计算N-2个数据的算术平均值
         N值的选取：3~14
     B、优点：
         融合了两种滤波法的优点
         对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
     C、缺点：
         测量速度较慢,和算术平均滤波法一样
         比较浪费RAM


6、限幅平均滤波法
     A、方法：
         相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”
         每次采样到的新数据先进行限幅处理,
         再送入队列进行递推平均滤波处理
     B、优点：
         融合了两种滤波法的优点
         对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差
     C、缺点：
         比较浪费RAM

7、一阶滞后滤波法
     A、方法：
         取a=0~1
         本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果
     B、优点：
         对周期性干扰具有良好的抑制作用
         适用于波动频率较高的场合
     C、缺点：
         相位滞后,灵敏度低
         滞后程度取决于a值大小
         不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号
        
8、加权递推平均滤波法
     A、方法：
         是对递推平均滤波法的改进,即不同时刻的数据加以不同的权
         通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。
         给予新采样值的权系数越大,则灵敏度越高,但信号平滑度越低
     B、优点：
         适用于有较大纯滞后时间常数的对象
         和采样周期较短的系统
     C、缺点：
         对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号
         不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差

9、消抖滤波法
     A、方法：
         设置一个滤波计数器
         将每次采样值与当前有效值比较：
         如果采样值＝当前有效值,则计数器清零
         如果采样值<>当前有效值,则计数器+1,并判断计数器是否>=上限N(溢出)
             如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器
     B、优点：
         对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,
         可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动
     C、缺点：
         对于快速变化的参数不宜
         如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导
入系统

10、限幅消抖滤波法
     A、方法：
         相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”
         先限幅,后消抖
     B、优点：
         继承了“限幅”和“消抖”的优点
         改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统
     C、缺点：
         对于快速变化的参数不宜
10种软件滤波方法的示例程序(JKRL)


假定从8位AD中读取数据（如果是更高位的AD可定义数据类型为int),子程序为get_ad();

1、限副滤波
/*   A值可根据实际情况调整
     value为有效值,new_value为当前采样值  
     滤波程序返回有效的实际值   */
#define A 10

char value;

char filter()
{
    char   new_value;
    new_value = get_ad();
    if ( ( new_value - value > A ) ( value - new_value > A )
       return value;
    return new_value;
         
}

2、中位值滤波法
/*   N值可根据实际情况调整
     排序采用冒泡法*/
#define N   11

char filter()
{
    char value_buf[N];
    char count,i,j,temp;
    for ( count="0";count<N;count++)
    {
       value_buf[count] = get_ad();
       delay();
    }
    for (j=0;j<N-1;j++)
    {
       for (i=0;i<N-j;i++)
       {
          if ( value_buf>value_buf[i+1] )
          {
             temp = value_buf;
             value_buf = value_buf[i+1];
              value_buf[i+1] = temp;
          }
       }
    }
    return value_buf[(N-1)/2];
}     

3、算术平均滤波法
/*
*/

#define N 12

char filter()
{
    int   sum = 0;
    for ( count="0";count<N;count++)
    {
       sum + = get_ad();
       delay();
    }
    return (char)(sum/N);
}

4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
/*
*/
#define N 12

char value_buf[N];
char i="0";

char filter()
{
    char count;
    int   sum="0";
    value_buf[i++] = get_ad();
    if ( i == N )    i = 0;
    for ( count="0";count<N,count++)
       sum = value_buf[count];
    return (char)(sum/N);
}

5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
/*
*/
#define N 12

char filter()
{
    char count,i,j;
    char value_buf[N];
    int   sum="0";
    for   (count=0;count<N;count++)
    {
       value_buf[count] = get_ad();
       delay();
    }
    for (j=0;j<N-1;j++)
    {
       for (i=0;i<N-j;i++)
       {
          if ( value_buf>value_buf[i+1] )
          {
             temp = value_buf;
             value_buf = value_buf[i+1];
              value_buf[i+1] = temp;
          }
       }
    }
    for(count=1;count<N-1;count++)
       sum += value[count];
    return (char)(sum/(N-2));
}

6、限幅平均滤波法
/*
*/  
略 参考子程序1、3

7、一阶滞后滤波法
/* 为加快程序处理速度假定基数为100,a=0~100 */

#define a 50

char value;

char filter()
{
    char   new_value;
    new_value = get_ad();
    return (100-a)*value + a*new_value;
}

8、加权递推平均滤波法
/* coe数组为加权系数表,存在程序存储区。*/

#define N 12

char code coe[N] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};
char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;

char filter()
{
    char count;
    char value_buf[N];
    int   sum="0";
    for (count=0,count<N;count++)
    {
       value_buf[count] = get_ad();
       delay();
    }
    for (count=0,count<N;count++)
       sum += value_buf[count]*coe[count];
    return (char)(sum/sum_coe);
}

9、消抖滤波法

#define N 12

char filter()
{
    char count="0";
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    while (value !=new_value);
    {
       count++;
       if (count>=N)    return new_value;
        delay();
       new_value = get_ad();
    }
    return value;    
}

10、限幅消抖滤波法
/*
*/
略 参考子程序1、9