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何处不江南 发表于 2016-1-19 20:00:20

Arduno编程--简单且实用的10种滤波算法

10种滤波算法 及 例子c代码(来自于互联网)

经常有朋友们提起传感器采样的时候数据会抖动,会跳动, 这时候需要一些滤波算法;

1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
2、中位值滤波法
3、算术平均滤波法
4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
5、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)
6、限幅平均滤波法
7、一阶滞后滤波法
8、加权递推平均滤波法
9、消抖滤波法
10、限幅消抖滤波法
11、IIR滤波？？？


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
eg.
#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

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

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
eg.
#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;
char i=0;

char filter()
{
   char count;
   int sum=0;
   value_buf = get_ad();
   if (i == N)
       i = 0;
   for (count=0;count<N;count++)
       sum += value_buf;
   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

eg.
#define N 12

char filter()
{
   char count,i,j;
   char value_buf;
   int sum=0;
   for(count=0;count<N;count++){
       value_buf = get_ad();
       delay();
   }

   for (j=0;j<=N;j++){
       for (i=0;i<=N-j;i++){
         if (value_buf > value_buf)
         {
               temp = value_buf;
               value_buf = value_buf;
               value_buf = temp;
         }
       }
   }

   for(count=1;count<N-1;count++)
       sum += value;
   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

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

eg.
/* 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

eg.
/* coe数组为加权系数表，存在程序存储区。*/

#define N 12

char code coe = {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;
   int sum=0;
   for (count=0,count<N;count++){
       value_buf = get_ad();
       delay();
   }
   for(count=0,count<N;count++)
       sum += value_buf*coe;
   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

eg.
#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

11、IIR滤波？？？
A. 方法：
   确定信号带宽， 滤之。
   Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + ... + bk*X(n-k)
B. 优点：
   高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
C. 缺点：
   运算量大。

eg.int BandpassFilter4(int InputAD4){
   int ReturnValue;
   int ii;
   RESLO=0;
   RESHI=0;
   MACS=*PdelIn;
   OP2=1068; //FilterCoeff4;
   MACS=*(PdelIn+1);
   OP2=8; //FilterCoeff4;
   MACS=*(PdelIn+2);
   OP2=-2001;//FilterCoeff4;
   MACS=*(PdelIn+3);
   OP2=8; //FilterCoeff4;
   MACS=InputAD4;
   OP2=1068; //FilterCoeff4;
   MACS=*PdelOu;
   OP2=-7190;//FilterCoeff4;
   MACS=*(PdelOu+1);
   OP2=-1973; //FilterCoeff4;
   MACS=*(PdelOu+2);
   OP2=-19578;//FilterCoeff4;
   MACS=*(PdelOu+3);
   OP2=-3047; //FilterCoeff4;
   *p=RESLO;
   *(p+1)=RESHI;
   mytestmul<<=2;
   ReturnValue=*(p+1);
   for (ii=0;ii<3;ii++)
   {
       DelayInput=DelayInput;
       DelayOutput=DelayOutput;
   }
   DelayInput=InputAD4;
   DelayOutput=ReturnValue;
   return ReturnValue;
}

丄帝De咗臂 发表于 2016-1-20 07:35:48

极度游泳，谢谢楼主

MoonShine 发表于 2016-1-20 08:35:15

希望楼主尊重原作者劳动成果，不是复制过来改几个字就是你的东西

何处不江南 发表于 2016-1-20 09:52:27

本帖最后由 何处不江南 于 2016-1-20 10:02 编辑

MoonShine 发表于 2016-1-20 08:35
希望楼主尊重原作者劳动成果，不是复制过来改几个字就是你的东西
显然我放这里，表示这不仅仅是我的东西。我开头也提及这是网上的资料=。=相信作者也是本着分享的原则公布在网上。

刚在楼上提醒，我在各大论坛搜索了下，还真发现了一个号称是原帖的地方
极客工坊http://www.geek-workshop.com/thread-7694-1-1.html
但是我却不是在此处找到。可以看见有些东西还是有所不同。

但仍然支持楼上的行为，我们应该尊重原创。

visionsl 发表于 2016-1-20 10:56:28

此文值得收藏

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