前言 ? ??
? ? ? ? 本次我們學習一下AD采集的一些簡單的軟件濾波算法并分析優缺點
????????本篇博客大部分是自己收集和整理，如有侵權請聯系我刪除。
????????AD采樣點的電壓多少有點起伏波動，經運放放大后電壓的波動如果超過ADC的分辯率，則顯示的值會出現波動。波動如果十分大的話， 建議在硬件上濾波，相反，如果波動較小，你可以用軟件濾波方法解決這個問題。
一.?限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）
1、方法
- 根據經驗判斷兩次采樣允許的最大偏差值A
- 每次采新值時判斷：若本次值與上次值之差<=A，則本次有效；若本次值與上次值之差>A，本次無效，用上次值代替本次。
2、優缺點
- 克服脈沖干擾，無法抑制周期性干擾，平滑度差。
?3.代碼
/* A值根據實際調，Value有效值，new_Value當前采樣值，程序返回有效的實際值 */
#define A 10
char Value;
char filter()
{char new_Value;new_Value = get_ad(); //獲取采樣值if( abs(new_Value - Value) > A) return Value; //abs()取絕對值函數return new_Value;
}二、中位值濾波
1、方法
- 連續采樣N次，按大小排列，把N次采樣值按大小排列?
- 取中間值為本次有效值
2、優缺點
- 克服波動干擾，對溫度等變化緩慢的被測參數有良好的濾波效果，對速度等快速變化的參數不宜。
3、代碼
#define N 11
char filter()
{char value_buf[N];char count,i,j,temp;for(count = 0;count < N;count++) //獲取采樣值{value_buf[count] = get_ad();delay();}for(j = 0;j<(N-1);j++)for(i = 0;i<(n-j);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];
}三、算數平均濾波
1、方法
- 連續采樣N次，取平均
- N較大時平滑度高，靈敏度低
- N較小時平滑度低，靈敏度高
- 一般N=12，壓力：N=4?
2、優缺點
- 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 - 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???
3、代碼
#define N 12
char filter()
{
int sum = 0;
for(count = 0;count<N;count++)
sum += get_ad();
return (char)(sum/N);
}四、遞推平均濾波
1、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值的選取：流量，N=12；壓力：N=4；液面，N=4~12；溫度，N=1~4?
2、優缺點
- 對周期性干擾抑制性好，平滑度高
- 適用于高頻振動系統
- 靈敏度低，RAM占用較大，脈沖干擾嚴重
3、代碼
/* A值根據實際調，Value有效值，new_Value當前采樣值，程序返回有效的實際值 */
#define A 10
char Value;
char filter()
{char new_Value;new_Value = get_ad(); //獲取采樣值if( abs(new_Value - Value) > A) return Value; //abs()取絕對值函數return new_Value;
}/***************************************************函數名：FILTER_recursive描 述：遞推平均濾波：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，把隊列中得N個數據進行算術平均運算，就可以獲得新的濾波結果。適用范圍：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。缺點是靈敏度低，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輸入值：無返回值：sum：濾波結果備注：N=2^x次方 為宜
***************************************************/
unsigned short int FILTER_recursive() //遞推平均濾波 N為隊列長度
{unsigned short int sum=0;unsigned char count=0;static unsigned char i=0,num=0;static unsigned short int value_temp[N];do{if(i<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value_temp[i] = AD_VALUE;i++;i=(i==N)?0:i; //三目運算 i清零}num++;num=num<N?num:N;
}while(num<N);for(count=0;count<N;count++) sum += value_temp[count];sum = sum/N; return sum;
}
五、中位值平均濾波
1、方法
- 采樣N個值，去掉最大最小
- 計算N-2的平均值
- N= 3~14
2、優缺點
- 融合了中位值，平均值的優點
- ?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?
- 計算速度慢，RAM占用大，測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣?
3、代碼
char filter()
{char count,i,j;char Value_buf[N];int sum=0;for(count=0;count<N;count++)Value_buf[count]= get_ad();for(j=0;j<(N-1);j++)for(i=0;i<(N-j);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<N-1;count++)sum += Value_buf[count];return (char)(sum/(N-2));
}
/*****************************************************函數名：FILTER_median描 述：中位值濾波：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。適用范圍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。不過對流量、速度等快速變化的參數不宜。中位值平均濾波：連續采用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。適用范圍：對應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。但是測量速度較慢, 比較浪費RAM。輸入值：Flag：選擇中位值濾波或中位值平均濾波ON：中位值平均濾波 OFF：中位值濾波返回值：濾波結果備注：中位值濾波：N取奇數，N=2^x次方+1 為宜中位值平均濾波：N=2^x次方+2 為宜
******************************************************/
unsigned short int FILTER_median(TYPE_STATE Flag) //中位值濾波 中位值平均濾波 N為采樣次數，取奇數 Flag:中位值平均濾波使能
{unsigned short int value_buf[N],temp=0;
#if(Flag)unsigned short int sum=0;
#endifunsigned char count,i,j;for (count=0;count<N;count++){value_buf[count] = AD_VALUE;Delay(300); //等待AD轉換}for(j=0;j<N-1;j++) //排序{for(i=0;i<N-j-1;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;}}}
#if(Flag)for(count=1;count<N-1;count++) //中位求平均 由Flag標志控制sum+=value_buf[count];return (uint16_t)(sum/(N-2));
#endifreturn value_buf[(N-1)/2]; //中位值
}六、限幅平均濾波
1、方法
- 每次采樣數據先限幅后送入隊列，再送入隊列進行遞推平均濾波處理?
- ?相當于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”?
2、優缺點
- 融合限幅、均值、隊列的優點
- 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?
- 占RAM較多
3、代碼
#define A 10
#define N 12
char value,i=0;
char value_buf[N];
char filter()
{char new_value,sum=0;new_value=get_ad();if(Abs(new_value-value)<A)value_buf[i++]=new_value;if(i==N)i=0;for(count =0 ;count<N;count++)sum+=value_buf[count];return (char)(sum/N);
}七、一階滯后濾波
1、方法
- 取a=0~1
- 本次濾波結果=（1-a）* 本次采樣 + a * 上次結果
2、優缺點
- 良好一直周期性干擾，適用波動頻率較高場合
- 靈敏度低，相位滯后
- ?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
3、代碼
/*為加快程序處理速度，取a=0~100*/
#define a 30
char value;
char filter()
{char new_value;new_value=get_ad();return ((100-a)*value + a*new_value);
}/*****************************************************************函數名：FILTER_firstorder描 述：一階滯后濾波：取a=(0,1）本次濾波結果result=(1-a)*本次采樣值+a*上次值對周期性干擾具有良好的抑制作用，適用于波動頻率較高得場合。缺點就是相位滯后，靈敏度低，滯后程度取決于a的大小，不能消除濾波頻率高于采樣頻率1/21/2的干擾信號輸入值：無返回值：value：濾波結果備注：A取值0——100 A值越小，濾波結果越平穩，但是靈敏度越低A值越大，靈敏度越高，但是濾波結果越不穩定
*****************************************************************/
unsigned short int FILTER_firstorder() //一階滯后濾波，A取值0——100
{ static unsigned short int value=0; unsigned short int new_value;value = (value==0)?AD_VALUE:value; // 三目運算，避免第一次采樣value值為0new_value = AD_VALUE; value = (100-A)*value/100 + A*new_value/100;return value;
}八、加權遞推平均濾波
1、方法
- 對遞推平均濾波的改進，不同時刻的數據加以不同權重，通常越新的數據權重越大，這樣靈敏度高，但平滑度低。
2、優缺點
- 適用有較大滯后時間常數和采樣周期短的系統
- 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
3、代碼
/* coe數組為加權系數表 */
#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();}for(count=0;count<N;count++)sum+=value_buf[count]*coe[count];return (char)(sum/sum_coe);
}九、消抖濾波
1、方法
- 設置一個濾波計數器
- 將采樣值與當前有效值比較
- 若采樣值=當前有效值，則計數器清0
- 若采樣值不等于當前有效值，則計數器+1
- 若計數器溢出，則采樣值替換當前有效值，計數器清0
2、優缺點
- 對變化慢的信號濾波效果好，變化快的不好
- ?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?
- 對于快速變化的參數不宜 ，計數器溢出時若采到干擾值則無法濾波
3、代碼
#define N 12
char filter()
{char count=0,new_value;new_value=get_ad();while(value!=new_value){count++;if(count>=N) return new_value;new_value=get_ad();}return value;
}十、限幅消抖濾波
1、方法
- 先限幅 后消抖，相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”?
2、優缺點
- 融合了限幅、消抖的優點
- 避免引入干擾值，對快速變化的信號不宜
- 改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導入系統?
3、代碼
#define A 10
#define N 12
char value;
char filter()
{char new_value,count=0;new_value=get_ad();while(value!=new_value){if(Abs(value-new_value)<A){count++;if(count>=N) return new_value;new_value=get_ad();}return value;}
}總結：
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