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在AD采集中經常要用到數字濾波，而不同情況下又有不同的濾波需求，下面是10種經典的軟件濾波方法的程序和優缺點分析： 1、限幅濾波法(又稱程序判斷濾波法) 2、中位值濾波法 3、算術平均濾波法 4、遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法) 5、中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法) 6、限幅平均濾波法 7、一階滯后濾波法 8、加權遞推平均濾波法 9、消抖濾波法 10、限幅消抖濾波法 1、限副濾波 A、方法：根據經驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值(設為A)，每次檢測到新值時判斷： 如果本次值與上次值之差A,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值 B、優點：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾 C、缺點：無法抑制那種周期性的干擾，平滑度差 程序： /* A值可根據實際情況調整，value為有效值，new_value為當前采樣值，濾波程序返回有效的實際值 */ #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、中位值濾波法 A、方法：連續采樣N次(N取奇數)，把N次采樣值按大小排列 ，取中間值為本次有效值 B、優點：能有效克服因偶然因素引起的波動干擾，對溫度、液位的變化緩慢的被測參數有良好的濾波效果 C、缺點：對流量、速度等快速變化的參數不宜 程序： /* N值可根據實際情況調整 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 { value_buf[count] = get_ad(); delay(); } for (j=0;j { for (i=0;i { if ( value_buf[i ]>value_buf[i+1] ) { temp = value_buf[i ]; value_buf[i ] = value_buf[i+1]; value_buf[i+1] = temp; } } } return value_buf[(N-1)/2]; } 3、算術平均濾波法 A、方法：連續取N個采樣值進行算術平均運算 N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低 N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高 N值的選取：一般流量，N=12;壓力：N=4 B、優點：適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波 這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數值范圍附近上下波動 C、缺點：對于測量速度較慢或要求數據計算速度較快的實時控制不適用比較浪費RAM 程序： #define N 12 char filter() { int sum = 0; for ( count=0;count { sum + = get_ad(); delay(); } return (char)(sum/N); } 4、遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法) A、方法：把連續取N個采樣值看成一個隊列，隊列的長度固定為N ，每次采樣到一個新數據放入隊尾,并扔掉原來隊首的一次數據.(先進先出原則) 把隊列中的N個數據進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果 N值的選�。毫髁�，N=12;壓力：N=4;液面，N=4~12;溫度，N=1~4 B、優點：對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，適用于高頻振蕩的系統 C、缺點：靈敏度低，對偶然出現的脈沖性干擾的抑制作用較差，不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差，不適用于脈沖干擾比較嚴重的場合 比較浪費RAM 程序： #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 sum = value_buf[count]; return (char)(sum/N); } 5、中位值平均濾波法(又稱防脈沖干擾平均濾波法) A、方法：相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”，連續采樣N個數據，去掉一個最大值和一個最小值，然后計算N-2個數據的算術平均值 N值的選�。�3~14 B、優點：融合了兩種濾波法的優點 對于偶然出現的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差 C、缺點：測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣，比較浪費RAM 程序： #define N 12 char filter() { char count,i,j; char value_buf[N]; int sum=0; for (count=0;count { value_buf[count] = get_ad(); delay(); } for (j=0;j { for (i=0;i { if ( value_buf[i ]>value_buf[i+1] ) { temp = value_buf[i ]; value_buf[i ] = value_buf[i+1]; value_buf[i+1] = temp; } } } for(count=1;count sum += value[count]; return (char)(sum/(N-2)); } 6、限幅平均濾波法 A、方法：相當于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”，每次采樣到的新數據先進行限幅處理，再送入隊列進行遞推平均濾波處理 B、優點：融合了兩種濾波法的優點 對于偶然出現的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差 C、缺點：比較浪費RAM 程序略 參考子程序1、3 7、一階滯后濾波法 A、方法：取a=0~1，本次濾波結果=(1-a)*本次采樣值+a*上次濾波結果 B、優點：對周期性干擾具有良好的抑制作用 適用于波動頻率較高的場合 C、缺點：相位滯后，靈敏度低 滯后程度取決于a值大小 不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號 程序： /* 為加快程序處理速度假定基數為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、加權遞推平均濾波法 A、方法：是對遞推平均濾波法的改進，即不同時刻的數據加以不同的權，通常是，越接近現時刻的數據，權取得越大。給予新采樣值的權系數越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低 B、優點：適用于有較大純滯后時間常數的對象和采樣周期較短的系統 C、缺點：對于純滯后時間常數較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號 不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差 程序： /* coe數組為加權系數表，存在程序存儲區。*/ #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 { value_buf[count] = get_ad(); delay(); } for (count=0,count sum += value_buf[count]*coe[count]; return (char)(sum/sum_coe); } 9、消抖濾波法 A、方法：設置一個濾波計數器，將每次采樣值與當前有效值比較： 如果采樣值=當前有效值，則計數器清零 如果采樣值當前有效值，則計數器+1，并判斷計數器是否>=上限N(溢出) 如果計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,并清計數器 B、優點：對于變化緩慢的被測參數有較好的濾波效果,可避免在臨界值附近控制器的反復開/關跳動或顯示器上數值抖動 C、缺點：對于快速變化的參數不宜，如果在計數器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值導入系統 程序： #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、限幅消抖濾波法 A、方法：相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”，先限幅,后消抖 B、優點：繼承了“限幅”和“消抖”的優點，改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導入系統 C、缺點：對于快速變化的參數不宜 程序略 參考子程序1、9 |
