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AD數(shù)據(jù)采集的“數(shù)字濾波”:10個(gè)“軟件濾波程序”

作者:文于鷹   來源:本站原創(chuàng)   點(diǎn)擊數(shù):  更新時(shí)間:2013年12月05日   【字體:
 在AD采集中經(jīng)常要用到數(shù)字濾波,而不同情況下又有不同的濾波需求,下面是10種經(jīng)典的軟件濾波方法的程序和優(yōu)缺點(diǎn)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(shù)平均濾波法
4、遞推平均濾波法(又稱滑動(dòng)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(quán)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(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):無法抑制那種周期性的干擾,平滑度差

程序:

/* A值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整,value為有效值,new_value為當(dāng)前采樣值,濾波程序返回有效的實(shí)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(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

程序:

/* N值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)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<N;count++)
{
value_buf[count] = get_ad();
delay();
}
for (j=0;j<N-1;j++)
{
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;
}
}
}
return value_buf[(N-1)/2];
}

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。阂话懔髁浚琋=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  

程序:

#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)
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)重的場合
比較浪費(fèi)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<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)
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):測量速度較慢,和算術(shù)平均濾波法一樣,比較浪費(fèi)RAM

程序:


#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-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;
}
}
}
for(count=1;count<N-1;count++)
sum += value[count];
return (char)(sum/(N-2));
}   

 

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

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(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)


程序:

/* 為加快程序處理速度假定基數(shù)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(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,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

程序:

/* coe數(shù)組為加權(quán)系數(shù)表,存在程序存儲(chǔ)區(qū)。*/

#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
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)

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(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

程序略 參考子程序1、9

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