[匠人筆記]軟件抗干擾經驗之五：10種軟件濾波方法
程序匠人 發表于 2005-5-19 19:34:00       閱讀全文(3202) | 回復(1) | 引用(0) 
10種軟件濾波方法

下面奉獻——
匠人嘔心瀝血搜腸刮肚冥思苦想東拼西湊整理出來的10種軟件濾波方法

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

 


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回復:10種軟件濾波方法的示例程序
cxjr發表評論于2005-9-3 9:25:00       個人主頁 | 引用 | 返回 
匠人注:<10種軟件濾波方法>一文由匠人原創,并曾經發表在21ICBSS的[侃單片機]欄目,后被多方轉載,但大多數沒有注明原作者,郁悶啊~~~~~~~~,以下這程序是他人根據匠人文中匯總的方法用C語言實現的程序范例:

 

10種軟件濾波方法的示例程序 
OurWay 發表于 2005-9-2 22:24:00 

10種軟件濾波方法的示例程序(JKRL)
 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[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

#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[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
/*
*/  
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