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標(biāo)題: 單片機(jī)軟件濾波的幾種方法 [打印本頁(yè)]
作者: 51黑黑黑    時(shí)間: 2016-3-4 16:38
標(biāo)題: 單片機(jī)軟件濾波的幾種方法
1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）
    A、方法：
       根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A）
       每次檢測(cè)到新值時(shí)判斷：
       如果本次值與上次值之差<=A,則本次值有效
      如果本次值與上次值之差>A,則本次值無(wú)效,放棄本次值,用上次值代替本次值
    B、優(yōu)點(diǎn)：
       能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾
    C、缺點(diǎn)
       無(wú)法抑制那種周期性的干擾
       平滑度差
   
2、中位值濾波法
    A、方法：
       連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)）
       把N次采樣值按大小排列
       取中間值為本次有效值
    B、優(yōu)點(diǎn)：
       能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾
       對(duì)溫度、液位的變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有良好的濾波效果
    C、缺點(diǎn)：
       對(duì)流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜3、算術(shù)平均濾波法
    A、方法：
       連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算
       N值較大時(shí)：信號(hào)平滑度較高，但靈敏度較低
       N值較小時(shí)：信號(hào)平滑度較低，但靈敏度較高
       N值的選�。阂话懔髁�，N=12；壓力：N=4
    B、優(yōu)點(diǎn)：
       適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波
       這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)
    C、缺點(diǎn)：
       對(duì)于測(cè)量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用
       比較浪費(fèi)RAM
      
4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）
    A、方法：
       把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列
       隊(duì)列的長(zhǎng)度固定為N
       每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾,并扔掉原來(lái)隊(duì)首的一次數(shù)據(jù).(先進(jìn)先出原則)
       把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,就可獲得新的濾波結(jié)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(yōu)點(diǎn)：
       對(duì)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(tǒng)  
    C、缺點(diǎn)：
       靈敏度低
       對(duì)偶然出現(xiàn)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(yán)重的場(chǎng)合
       比較浪費(fèi)RAM
      
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(dāng)于“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法”
       連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值
       然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值
       N值的選�。�3~14
    B、優(yōu)點(diǎn)：
       融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)
       對(duì)于偶然出現(xiàn)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(diǎn)：
       測(cè)量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣
       比較浪費(fèi)RAM

6、限幅平均濾波法
    A、方法：
       相當(dāng)于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”
       每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理，
       再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理
    B、優(yōu)點(diǎn)：
       融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)
       對(duì)于偶然出現(xiàn)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(diǎn)：
       比較浪費(fèi)RAM
7、一階滯后濾波法
    A、方法：
       取a=0~1
       本次濾波結(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果
    B、優(yōu)點(diǎn)：
       對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用
       適用于波動(dòng)頻率較高的場(chǎng)合
    C、缺點(diǎn)：
       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(hào)
      
8、加權(quán)遞推平均濾波法
    A、方法：
       是對(duì)遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)
       通常是，越接近現(xiàn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。
       給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號(hào)平滑度越低
    B、優(yōu)點(diǎn)：
       適用于有較大純滯后時(shí)間常數(shù)的對(duì)象
       和采樣周期較短的系統(tǒng)
    C、缺點(diǎn)：
       對(duì)于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長(zhǎng)，變化緩慢的信號(hào)
       不能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差
9、消抖濾波法
    A、方法：
       設(shè)置一個(gè)濾波計(jì)數(shù)器
       將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較：
       如果采樣值＝當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零
      如果采樣值<>當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器+1，并判斷計(jì)數(shù)器是否>=上限N(溢出)
           如果計(jì)數(shù)器溢出,則將本次值替換當(dāng)前有效值,并清計(jì)數(shù)器
    B、優(yōu)點(diǎn)：
       對(duì)于變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有較好的濾波效果,
       可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開/關(guān)跳動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng)
    C、缺點(diǎn)：
       對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜
       如果在計(jì)數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng)
10、限幅消抖濾波法
    A、方法：
       相當(dāng)于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”
       先限幅,后消抖
    B、優(yōu)點(diǎn)：
       繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點(diǎn)
       改進(jìn)了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導(dǎo)入系統(tǒng)
    C、缺點(diǎn)：
       對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜

11、IIR 數(shù)字濾波器
A. 方法：
   確定信號(hào)帶寬， 濾之。
   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. 優(yōu)點(diǎn)：高通，低通，帶通，帶阻任意。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單(用matlab）
C. 缺點(diǎn)：運(yùn)算量大。
　
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軟件濾波的C程序樣例
11種軟件濾波方法的示例程序
假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)（如果是更高位的AD可定義數(shù)據(jù)類型為int),子程序?yàn)間et_ad();

1、限副濾波

#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

#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-1;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;
        }
     }
   }
   returnvalue_buf[(N-1)/2];
}   

3、算術(shù)平均濾波法

#define N 12
char filter()
{
   int  sum =0;
   for (count=0;count<N;count++)
   {
     sum + = get_ad();
     delay();
   }
   return (char)(sum/N);
}

4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）

#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);
}

5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）

#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-1;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));
}

6、限幅平均濾波法

略 參考子程序1、3

7、一階滯后濾波法

#define a 50
char value;
char filter()
{
   char new_value;
   new_value = get_ad();
   return (100-a)*value +a*new_value;
}

8、加權(quán)遞推平均濾波法

#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);
}

9、消抖濾波法
#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();
   }
   returnvalue;   
}

10、限幅消抖濾波法

略 參考子程序1、9

11、IIR濾波例子
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;
   //  }
    returnReturnValue;
}
　
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