10種濾波算法 及 例子c代碼

常常有朋友們提起傳感器採樣的時候數據會抖動,會跳動, 這時候須要一些濾波算法;

一、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法） 二、中位值濾波法 三、算術平均濾波法 四、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法） 五、中位值平均濾波法(又稱防脈衝干擾平均濾波法) 六、限幅平均濾波法 七、一階滯後濾波法 八、加權遞推平均濾波法 九、消抖濾波法 十、限幅消抖濾波法 十一、IIR濾波？？？

假定從8位AD中讀取數據（若是是更高位的AD可定義數據類型爲int),子程序爲get_ad();

一、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法） A、方法： 根據經驗判斷，肯定兩次採樣容許的最大誤差值（設爲A） 每次檢測到新值時判斷： 若是本次值與上次值之差<=A,則本次值有效 若是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、優勢： 能有效克服因偶然因素引發的脈衝干擾 C、缺點 沒法抑制那種週期性的干擾 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;
}

二、中位值濾波法 A、方法： 連續採樣N次（N取奇數） 把N次採樣值按大小排列 取中間值爲本次有效值 B、優勢： 能有效克服因偶然因素引發的波動干擾 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

eg. /* N值可根據實際狀況調整 排序採用冒泡法*/ #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]; }

三、算術平均濾波法 A、方法： 連續取N個採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：通常流量，N=12；壓力：N=4 B、優勢： 適用於對通常具備隨機干擾的信號進行濾波 這樣信號的特色是有一個平均值，信號在某一數值範圍附近上下波動 C、缺點： 對於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 eg. #define N 12

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

四、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法） A、方法： 把連續取N個採樣值當作一個隊列 隊列的長度固定爲N 每次採樣到一個新數據放入隊尾,並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,就可得到新的濾波結果 N值的選取：流量，N=12；壓力：N=4；液麪，N=4~12；溫度，N=1~4 B、優勢： 對週期性干擾有良好的抑制做用，平滑度高 適用於高頻振盪的系統 C、缺點： 靈敏度低 對偶然出現的脈衝性干擾的抑制做用較差 不易消除因爲脈衝干擾所引發的採樣值誤差 不適用於脈衝干擾比較嚴重的場合 比較浪費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); }

五、中位值平均濾波法（又稱防脈衝干擾平均濾波法） A、方法： 至關於「中位值濾波法」+「算術平均濾波法」 連續採樣N個數據，去掉一個最大值和一個最小值 而後計算N-2個數據的算術平均值 N值的選取：3~14 B、優勢： 融合了兩種濾波法的優勢 對於偶然出現的脈衝性干擾，可消除因爲脈衝干擾所引發的採樣值誤差 C、缺點： 測量速度較慢，和算術平均濾波法同樣 比較浪費RAM

eg. #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));

}

六、限幅平均濾波法 A、方法： 至關於「限幅濾波法」+「遞推平均濾波法」 每次採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、優勢： 融合了兩種濾波法的優勢 對於偶然出現的脈衝性干擾，可消除因爲脈衝干擾所引發的採樣值誤差 C、缺點： 比較浪費RAM

七、一階滯後濾波法 A、方法： 取a=0~1 本次濾波結果=（1-a）本次採樣值+a上次濾波結果 B、優勢： 對週期性干擾具備良好的抑制做用 適用於波動頻率較高的場合 C、缺點： 相位滯後，靈敏度低 滯後程度取決於a值大小 不能消除濾波頻率高於採樣頻率的1/2的干擾信號

eg. /* 爲加快程序處理速度假定基數爲100，a=0~100 */

#define a 50

char value;

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

八、加權遞推平均濾波法 A、方法： 是對遞推平均濾波法的改進，即不一樣時刻的數據加以不一樣的權 一般是，越接近現時刻的數據，權取得越大。 給予新採樣值的權係數越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低 B、優勢： 適用於有較大純滯後時間常數的對象 和採樣週期較短的系統 C、缺點： 對於純滯後時間常數較小，採樣週期較長，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

eg. /* coe數組爲加權係數表，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<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); }

九、消抖濾波法 A、方法： 設置一個濾波計數器 將每次採樣值與當前有效值比較： 若是採樣值＝當前有效值，則計數器清零 若是採樣值<>當前有效值，則計數器+1，並判斷計數器是否>=上限N(溢出) 若是計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,並清計數器 B、優勢： 對於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覆開/關跳動或顯示器上數值抖動 C、缺點： 對於快速變化的參數不宜 若是在計數器溢出的那一次採樣到的值剛好是干擾值,則會將干擾值看成有效值導入系統

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; }

十、限幅消抖濾波法 A、方法： 至關於「限幅濾波法」+「消抖濾波法」 先限幅,後消抖 B、優勢： 繼承了「限幅」和「消抖」的優勢 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： 對於快速變化的參數不宜

十一、IIR濾波？？？ A. 方法： 肯定信號帶寬， 濾之。 Y(n) = a1Y(n-1) + a2Y(n-2) + ... + akY(n-k) + b0X(n) + b1X(n-1) + b2X(n-2) + ... + bk*X(n-k) B. 優勢： 高通，低通，帶通，帶阻任意。設計簡單(用matlab） C. 缺點： 運算量大。

eg. 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;

// if (ReturnValue<0) // { // ReturnValue=-ReturnValue; // } return ReturnValue; }