AD采集中的10種經(jīng)典軟件濾波程序優(yōu)缺點分析（附程序）

　　在AD采集中經(jīng)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(jīng)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(shù)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(quán)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(jīng)驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)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(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(diào)整

　　value為有效值，new_value為當(dāng)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;

　　else

　　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(diào)整

　　排序采用冒泡法*/

　　#define N 11

　　char filter（）

　　{

　　charvalue_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－1;i++）

　　{

　　if （ value_buf》value_buf［i+1］ ）

　　{

　　temp =value_buf;

　　value_buf = value_buf［i+1］;

　　value_buf［i+1］ = temp;

　　}

　　}

　　}

　　returnvalue_buf［（N-1）/2］;

　　}

　　3、算術(shù)平均濾波法

　　A、方法：

　　連續(xù)取N個采樣值進(jìn)行算術(shù)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(jìn)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《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） （FIR前身）

　　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(jìn)先出原則）

　　把隊列中的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運算，就可獲得新的濾波結(jié)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(yán)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《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）

　　A、方法：

　　相當(dāng)于“中位值濾波法”+“算術(shù)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(shù)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(shù)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《N;count++）

　　{

　　value_buf［count］ = get_ad（）;

　　delay（）;

　　}

　　for （j=0;j《N-1;j++）

　　{

　　for （i=0;i《N-j-1;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

　　A、方法：

　　相當(dāng)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(jìn)行限幅處理，

　　再送入隊列進(jìn)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(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)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(quán)遞推平均濾波法

　　A、方法：

　　是對遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)

　　通常是，越接近現(xiàn)時刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。

　　給予新采樣值的權(quán)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(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差

　　程序：

　　/* coe數(shù)組為加權(quán)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《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

　　A、方法：

　　設(shè)置一個濾波計數(shù)器

　　將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較：

　　如果采樣值＝當(dāng)前有效值，則計數(shù)器清零

　　如果采樣值《》當(dāng)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(dāng)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(fù)開/關(guān)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(dāng)作有效值導(dǎo)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(dāng)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(jìn)了“消抖濾波法”中的某些缺陷，避免將干擾值導(dǎo)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