|
在AD采集中經常要用到數(shù)字濾波，而不同情況下又有不同的濾波需求，下面是10種經典的軟件濾波方法的程序和優(yōu)缺點分析： 1、限幅濾波法(又稱程序判斷濾波法) 2、中位值濾波法 3、算術平均濾波法 4、遞推平均濾波法(又稱滑動平均濾波法) 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)經驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值(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,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值 B、優(yōu)點：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾 C、缺點：無法抑制那種周期性的干擾，平滑度差 程序： /* A值可根據(jù)實際情況調整，value為有效值，new_value為當前采樣值，濾波程序返回有效的實際值 */ #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：能有效克服因偶然因素引起的波動干擾，對溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果 C、缺點：對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜 程序： /* N值可根據(jù)實際情況調整 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 { value_buf[count] = get_ad(); delay(); } for (j=0;j { for (i=0;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、算術平均濾波法 A、方法：連續(xù)取N個采樣值進行算術平均運算 N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低 N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高 N值的選取：一般流量，N=12;壓力：N=4 B、優(yōu)點：適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波 這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動 C、缺點：對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計算速度較快的實時控制不適用比較浪費RAM 程序： #define N 12 char filter() { int sum = 0; for ( count=0;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) A、方法：把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊列，隊列的長度固定為N ，每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾,并扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù).(先進先出原則) 把隊列中的N個數(shù)據(jù)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(yōu)點：對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：靈敏度低，對偶然出現(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重的場合 比較浪費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 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：相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”，連續(xù)采樣N個數(shù)據(jù)，去掉一個最大值和一個最小值，然后計算N-2個數(shù)據(jù)的算術平均值 N值的選取：3~14 B、優(yōu)點：融合了兩種濾波法的優(yōu)點 對于偶然出現(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：測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣，比較浪費RAM 程序： #define N 12 char filter() { char count,i,j; char value_buf[N]; int sum=0; for (count=0;count { value_buf[count] = get_ad(); delay(); } for (j=0;j { for (i=0;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 sum += value[count]; return (char)(sum/(N-2)); } 6、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”，每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進行限幅處理，再送入隊列進行遞推平均濾波處理 B、優(yōu)點：融合了兩種濾波法的優(yōu)點 對于偶然出現(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：比較浪費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，本次濾波結果=(1-a)*本次采樣值+a*上次濾波結果 B、優(yōu)點：對周期性干擾具有良好的抑制作用 適用于波動頻率較高的場合 C、缺點：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 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，即不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權，通常是，越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權取得越大。給予新采樣值的權系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低 B、優(yōu)點：適用于有較大純滯后時間常數(shù)的對象和采樣周期較短的系統(tǒng) C、缺點：對于純滯后時間常數(shù)較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號 不能迅速反應系統(tǒng)當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差 程序： /* coe數(shù)組為加權系數(shù)表，存在程序存儲區(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 { value_buf[count] = get_ad(); delay(); } for (count=0,count sum += value_buf[count]*coe[count]; return (char)(sum/sum_coe); } 9、消抖濾波法 A、方法：設置一個濾波計數(shù)器，將每次采樣值與當前有效值比較： 如果采樣值=當前有效值，則計數(shù)器清零 如果采樣值當前有效值，則計數(shù)器+1，并判斷計數(shù)器是否>=上限N(溢出) 如果計數(shù)器溢出,則將本次值替換當前有效值,并清計數(shù)器 B、優(yōu)點：對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開/關跳動或顯示器上數(shù)值抖動 C、缺點：對于快速變化的參數(shù)不宜，如果在計數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值導入系統(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：相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”，先限幅,后消抖 B、優(yōu)點：繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點，改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導入系統(tǒng) C、缺點：對于快速變化的參數(shù)不宜 程序略 參考子程序1、9 |
