常用數字濾波算法

常用數字濾波算法

第1種方法：限幅濾波法（又稱程式判斷濾波法）

　　A方法： 根據經驗判斷，确定兩次采樣允許的最大偏內插補點（設為A），每次檢測到新值時判斷： 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優點： 能有效克服因偶然因素引起的脈沖幹擾。

　　C缺點： 無法抑制那種周期性的幹擾，平滑度差。

第2種方法：中位值濾波法

　　A方法： 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。

　　B優點： 能有效克服因偶然因素引起的波動幹擾，對溫度、液位的變化緩慢的被測參數有良好的濾波效果。

　　C缺點： 對流量、速度等快速變化的參數不宜。

第3種方法：算術平均濾波法

　　A方法： 連續取N個采樣值進行算術平均運算，N值較大時：信号平滑度較高，但靈敏度較低；N值較小時：信号平滑度較低，但靈敏度較高。N值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4。

　　B優點： 适用于對一般具有随機幹擾的信号進行濾波，這樣信号的特點是有一個平均值，信号在某一數值範圍附近上下波動。

　　C缺點： 對于測量速度較慢或要求資料計算速度較快的實時控制不适用，比較浪費RAM 。

第4種方法：遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）

　　A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，每次采樣到一個新資料放入隊尾，并扔掉原來隊首的一次資料(先進先出原則) 。把隊列中的N個資料進行算術平均運算，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。

　　B優點： 對周期性幹擾有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高頻振蕩的系統。

　　C缺點： 靈敏度低，對偶然出現的脈沖性幹擾的抑制作用較差，不易消除由于脈沖幹擾所引起的采樣值偏差，不适用于脈沖幹擾比較嚴重的場合，比較浪費RAM。

第5種方法：中位值平均濾波法（又稱防脈沖幹擾平均濾波法）

　　A方法： 相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”，連續采樣N個資料，去掉一個最大值和一個最小值，然後計算N-2個資料的算術平均值。N值的選取：3~14。

　　B優點： 融合了兩種濾波法的優點，對于偶然出現的脈沖性幹擾，可消除由于脈沖幹擾所引起的采樣值偏差。

　　C缺點： 測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣，比較浪費RAM。

第6種方法：限幅平均濾波法

　　A方法： 相當于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”，每次采樣到的新資料先進行限幅處理，再送入隊列進行遞推平均濾波處理。

　　B優點： 融合了兩種濾波法的優點，對于偶然出現的脈沖性幹擾，可消除由于脈沖幹擾所引起的采樣值偏差。

　　C缺點： 比較浪費RAM 。

第7種方法：一階滞後濾波法

　　A方法： 取a=0~1，本次濾波結果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結果。

　　B優點： 對周期性幹擾具有良好的抑制作用，适用于波動頻率較高的場合。

　　C缺點：相位滞後，靈敏度低，滞後程度取決于a值大小，不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的幹擾信号。

第8種方法：權重遞推平均濾波法

　　A方法： 是對遞推平均濾波法的改進，即不同時刻的資料加以不同的權，通常是，越接近現時刻的資料，權取得越大，給予新采樣值的權系數越大，則靈敏度越高，但信号平滑度越低。

　　B優點： 适用于有較大純滞後時間常數的對象和采樣周期較短的系統。

　　C缺點： 對于純滞後時間常數較小，采樣周期較長，變化緩慢的信号，不能迅速反應系統目前所受幹擾的嚴重程度，濾波效果差。

第9種方法：消抖濾波法

　　A方法： 設定一個濾波計數器，将每次采樣值與目前有效值比較： 如果采樣值＝目前有效值，則計數器清零。如果采樣值<>目前有效值，則計數器+1，并判斷計數器是否>=上限N(溢出)，如果計數器溢出，則将本次值替換目前有效值，并清計數器。

　　B優點： 對于變化緩慢的被測參數有較好的濾波效果，可避免在臨界值附近控制器的反複開/關跳動或顯示器上數值抖動。

　　C缺點： 對于快速變化的參數不宜，如果在計數器溢出的那一次采樣到的值恰好是幹擾值，則會将幹擾值當作有效值導入系統。

第10種方法：限幅消抖濾波法

　　A方法： 相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”，先限幅後消抖。

　　B優點： 繼承了“限幅”和“消抖”的優點，改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷，避免将幹擾值導入系統。

　　C缺點： 對于快速變化的參數不宜。

第11種方法：IIR 數字濾波器

　　A方法： 确定信号帶寬， 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優點： 高通，低通，帶通，帶阻任意。設計簡單(用matlab）。

　　C缺點： 運算量大。

部分程式：

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;

    }

   }

}

return value_buf[(N-1)/2];

}

3、算術平均濾波法

#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（又稱防脈沖幹擾平均濾波法）

#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 參考子程式1、3

7、一階滞後濾波法

#define a 50

char value;

char filter()

{

char new_value;

new_value = get_ad();

return (100-a)*value + a*new_value; 

}

8、權重遞推平均濾波法

#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();

}

return value; 

}

10、限幅消抖濾波法