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[入门] Arduno编程--简单且实用的10种滤波算法

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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.
[mw_shl_code=applescript,true]#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;  
}[/mw_shl_code]

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.
[mw_shl_code=applescript,true]/*   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;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];
} [/mw_shl_code]

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.
[mw_shl_code=applescript,true]#define N 12

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

[mw_shl_code=applescript,true]#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);
}[/mw_shl_code]
     
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.
[mw_shl_code=applescript,true]#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;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));
}[/mw_shl_code]

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.
[mw_shl_code=applescript,true]/* 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;
}[/mw_shl_code]
     
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.
[mw_shl_code=applescript,true]/* 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);
}
[/mw_shl_code]
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.
[mw_shl_code=applescript,true]#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;
}
[/mw_shl_code]
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.[mw_shl_code=applescript,true]int BandpassFilter4(int InputAD4)
{
   int ReturnValue;
   int ii;
   RESLO=0;
   RESHI=0;
   MACS=*PdelIn;
   OP2=1068; //FilterCoeff4[4];
   MACS=*(PdelIn+1);
   OP2=8; //FilterCoeff4[3];
   MACS=*(PdelIn+2);
   OP2=-2001;//FilterCoeff4[2];
   MACS=*(PdelIn+3);
   OP2=8; //FilterCoeff4[1];
   MACS=InputAD4;
   OP2=1068; //FilterCoeff4[0];
   MACS=*PdelOu;
   OP2=-7190;//FilterCoeff4[8];
   MACS=*(PdelOu+1);
   OP2=-1973; //FilterCoeff4[7];
   MACS=*(PdelOu+2);
   OP2=-19578;//FilterCoeff4[6];
   MACS=*(PdelOu+3);
   OP2=-3047; //FilterCoeff4[5];
   *p=RESLO;
   *(p+1)=RESHI;
   mytestmul<<=2;
   ReturnValue=*(p+1);
   for (ii=0;ii<3;ii++)
   {
       DelayInput[ii]=DelayInput[ii+1];
       DelayOutput[ii]=DelayOutput[ii+1];
   }
   DelayInput[3]=InputAD4;
   DelayOutput[3]=ReturnValue;
   return ReturnValue;  
}
[/mw_shl_code]

丄帝De咗臂  高级技匠

发表于 2016-1-20 07:35:48

极度游泳,谢谢楼主
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MoonShine  高级技匠

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
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何处不江南  初级技匠
 楼主|

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。
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visionsl  初级技匠

发表于 2016-1-20 10:56:28

此文值得收藏
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