10種AD采樣的軟件濾波方法 


10種AD采樣的軟件濾波方法 
1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法） 
A、方法： 
根據經驗判斷,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干擾  
C、缺點  
無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干擾  
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   
3、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,信號在某一數值范圍附近上下波動  
C、缺點：   
對于測量速度較慢或要求數據計算速度較快的實時控制不適用  
比較浪費RAM  
4、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   
每次采樣到一個新數據放入隊尾,并扔掉原來隊首的一次數據.(先進先出原則)   
把隊列中的N個數據進行算術平均運算,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：   
對周期性干擾有良好的抑制作用,平滑度高  
適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    
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”    
連續采樣N個數據,去掉一個最大值和一個最小值  
然后計算N-2個數據的算術平均值    
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  
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”  
每次采樣到的新數據先進行限幅處理,  
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  
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    
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,即不同時刻的數據加以不同的權   
通常是,越接近現時刻的數據,權取得越大。    
給予新采樣值的權系數越大,則靈敏度越高,但信號平滑度越低  
B、優點： 
適用于有較大純滯后時間常數的對象  
和采樣周期較短的系統    
C、缺點：   
對于純滯后時間常數較小,采樣周期較長,變化緩慢的信號  
不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度,濾波效果差   
9、消抖濾波法  
A、方法： 
設置一個濾波計數器  
將每次采樣值與當前有效值比較：    
如果采樣值＝當前有效值,則計數器清零  
如果采樣值<>當前有效值,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,則將本次值替換當前有效值,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復開/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干擾值,則會將干擾值當作有效值導入系統 
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,避免將干擾值導入系統  
C、缺點：   
對于快速變化的參數不宜  

10種軟件濾波方法的示例程序 

假定從8位AD中讀取數據（如果是更高位的AD可定義數據類型為int),子程序為get_ad(); 

1、限副濾波 
/*  A值可根據實際情況調整 
    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 
/*  N值可根據實際情況調整 
    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<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 
/* 為加快程序處理速度假定基數為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 
/* coe數組為加權系數表，存在程序存儲區。*/ 

#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 
/* 
*/ 
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; 
   //  } 
    return ReturnValue;   
}