Debug连载帖十——软件滤波算法（1）

MDebug

本来这篇帖子是要连载卡尔曼滤波的，但是因为最近时间不太够，把软件滤波算法提到前面，希望各位理解。

一：前言：

滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。我们在工程中使用的主要是硬件滤波和软件滤波，硬件滤波种类繁多，方法多样，常见的如LC滤波，RC滤波等。其工作原理是通过元器件的物理特性和电气特性对信号进行滤波。我们前面也有介绍。软件滤波是通过特定算法对信号进行滤波，本质上都是滤波。

下面我们开始介绍具体的滤波算法，方法各有优劣，根据自己的需要选择。

二．典型的滤波数字算法：

   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

/*  A值可根据实际情况调整

    value为有效值，new_value为当前采样值  

    滤波程序返回有效的实际值  */

1. <font size="3" color="#2f4f4f">#define A 10
   
2. char value;
   
3. char filter()
   
4. {
   
5.    char  new_value;
   
6.    new_value = get_ad();
   
7.    if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A )
   
8.       return value;
   
9.    return new_value;
   
10.          
    
11. }</font>

复制代码

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

/*  N值可根据实际情况调整

    排序采用冒泡法*/

1. <font size="3" color="#2f4f4f">#define N  11
   
2. 
   
3. char filter()
   
4. {
   
5.    char value_buf[N];
   
6.    char count,i,j,temp;
   
7.    for ( count=0;count<N;count++)
   
8.    {
   
9.       value_buf[count] = get_ad();
   
10.       delay();
    
11.    }
    
12.    for (j=0;j<N-1;j++)
    
13.    {
    
14.       for (i=0;i<N-j;i++)
    
15.       {
    
16.          if ( value_buf[i]>value_buf[i+1] )
    
17.          {
    
18.             temp = value_buf[i];
    
19.             value_buf[i] = value_buf[i+1];
    
20.              value_buf[i+1] = temp;
    
21.          }
    
22.       }
    
23.    }
    
24.    return value_buf[(N-1)/2];
    
25. }</font>

复制代码

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（因为采样多了）

        N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高（采样少）

        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（如果你的芯片RAM足够大并且运算能力足够强，可以无视这条）

1. <font size="3" color="#2f4f4f">#define N 12
   
2. 
   
3. char filter()
   
4. {
   
5.    int  sum = 0;
   
6.    for ( count=0;count<N;count++)
   
7.    {
   
8.       sum + = get_ad();
   
9.       delay();
   
10.    }
    
11.    return (char)(sum/N);
    
12. }</font>

复制代码

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（因为我们应用了队列的思想）

        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

        比较浪费RAM（如果你的芯片RAM足够大并且运算能力足够强，可以无视这条）

1. <font size="3" color="#2f4f4f">
   
2. 
   
3. #define N 12
   
4. char value_buf[N];
   
5. char i=0;
   
6. char filter()
   
7. {
   
8.    char count;
   
9.    int  sum=0;
   
10.    value_buf[i++] = get_ad();
    
11.    if ( i == N )   i = 0;
    
12.    for ( count=0;count<N,count++)
    
13.       sum = value_buf[count];
    
14.    return (char)(sum/N);
    
15. }</font>

复制代码

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（如果你的芯片RAM足够大并且运算能力足够强，可以无视这条）

1. <font size="3" color="#2f4f4f">
   
2. #define N 12
   
3. 
   
4. char filter()
   
5. {
   
6.    char count,i,j;
   
7.    char value_buf[N];
   
8.    int  sum=0;
   
9.    for  (count=0;count<N;count++)
   
10.    {
    
11.       value_buf[count] = get_ad();
    
12.       delay();
    
13.    }
    
14.    for (j=0;j<N-1;j++)
    
15.    {
    
16.       for (i=0;i<N-j;i++)
    
17.       {
    
18.          if ( value_buf[i]>value_buf[i+1] )
    
19.          {
    
20.             temp = value_buf[i];
    
21.             value_buf[i] = value_buf[i+1];
    
22.              value_buf[i+1] = temp;
    
23.          }
    
24.       }
    
25.    }
    
26.    for(count=1;count<N-1;count++)
    
27.       sum += value[count];
    
28.    return (char)(sum/(N-2));
    
29. }</font>

复制代码

各位可以根据自己不同的控制系统来选择相应的滤波算法，没有万能的算法，只有最适合自己的。

今天启程回学校了，我的上网套餐出了点问题，可能后面几天会托更，希望各位谅解。

我知道答案 目前已有14人回答

阅读全文

五哥

占楼，期待下文。

fassser

学习一下，楼主写的不错！

yefengling

谢谢分享。。。

lkl0305

楼主回头分享一些滤波器的参数选择整定的内容吧，很期待

MDebug

lkl0305 发表于 2015-8-31 16:57
楼主回头分享一些滤波器的参数选择整定的内容吧，很期待

好的，写完卡尔曼滤波就分享调滤波器的几种办法。

lkl0305

MDebug 发表于 2015-8-31 17:29
好的，写完卡尔曼滤波就分享调滤波器的几种办法。

期待……

eyekey

很好，谢谢分享

Cux

写得不错

OTOHA

总结得挺好哒