10种简单的数字滤波算法(C语言源程序)

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

#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

#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[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

 N值较小时:信号平滑度较低,但灵敏度较高

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

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

 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

 不适用于脉冲干扰比较严重的场合

 比较浪费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);
}

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


#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[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、限幅平均滤波法

 A、方法:

 相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”

 每次采样到的新数据先进行限幅处理,

 再送入队列进行递推平均滤波处理

 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:

 比较浪费RAM

  
略 参考子程序1、3

7、一阶滞后滤波法

 A、方法:

 取a=0~1

 本次滤波结果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果

 B、优点:

 对周期性干扰具有良好的抑制作用

 适用于波动频率较高的场合

 C、缺点:

 相位滞后,灵敏度低

 滞后程度取决于a值大小

 不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号

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

8、加权递推平均滤波法

 A、方法:

 是对递推平均滤波法的改进,即不同时刻的数据加以不同的权

 通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。

 给予新采样值的权系数越大,则灵敏度越高,但信号平滑度越低

 B、优点:

 适用于有较大纯滞后时间常数的对象

 和采样周期较短的系统

 C、缺点:

 对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号

 不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差


#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、消抖滤波法

 A、方法:

 设置一个滤波计数器

 将每次采样值与当前有效值比较:

 如果采样值=当前有效值,则计数器清零

 如果采样值<>当前有效值,则计数器+1,并判断计数器是否>=上限N(溢出)

 如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器

 B、优点:

 对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,

 可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动

 C、缺点:

 对于快速变化的参数不宜

 如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统

#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、限幅消抖滤波法

 A、方法:

 相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”

 先限幅,后消抖

 B、优点:

 继承了“限幅”和“消抖”的优点

 改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统

 C、缺点:

 
略 参考子程序1、9



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