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原创 十种经典的软件滤波方法+程序

2011-2-11 14:06 1584 5 5 分类: MCU/ 嵌入式
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
　　　　无法抑制周期性的干扰
　　　　平滑度差
 
/*  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
　　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
 
 
#define N 11      //N值可根据实际情况调整
char filter()
 {
     char value_buf[N];
     char count,i,j,temp;
     for (count=0;count<N;count++)
      {
        value_buf[count]=get_ad();  //获取采样值
        delay();
      }
     for (j=0;j<N-1;j++)   //采样值由小到大排列，排序采用冒泡法
     {
        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];   //取中间值
}
 
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
 
#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）
　　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
 
#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）
　　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
 
#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
　　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
 
参考子程序1、3
 
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
 
 
/* 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
　　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
 
/* 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
　　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
 
 

#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
　　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
 
参考子程序1、9
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