常用數字濾波演算法
常用數字濾波演算法
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，確定兩次取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衝干擾。
C缺點： 無法抑制那種週期性的干擾，平滑度差。
第2種方法：中位值濾波法
A方法： 連續取樣N次（N取奇數），把N次取樣值按大小排列，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引數有良好的濾波效果。
C缺點： 對流量、速度等快速變化的引數不宜。
第3種方法：算術平均濾波法
A方法： 連續取N個取樣值進行算術平均運算，N值較大時：訊號平滑度較高，但靈敏度較低；N值較小時：訊號平滑度較低，但靈敏度較高。N值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4。
B優點： 適用於對一般具有隨機干擾的訊號進行濾波，這樣訊號的特點是有一個平均值，訊號在某一數值範圍附近上下波動。
C缺點： 對於測量速度較慢或要求資料計算速度較快的實時控制不適用，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個取樣值看成一個佇列，佇列的長度固定為N，每次取樣到一個新資料放入隊尾，並扔掉原來隊首的一次資料(先進先出原則) 。把佇列中的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；液麵，N=4~12；溫度，N=1~4。
B優點： 對週期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，適用於高頻振盪的系統。
C缺點： 靈敏度低，對偶然出現的脈衝性干擾的抑制作用較差，不易消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差，不適用於脈衝干擾比較嚴重的場合，比較浪費RAM。
第5種方法：中位值平均濾波法（又稱防脈衝干擾平均濾波法）
A方法： 相當於“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”，連續取樣N個數據，去掉一個最大值和一個最小值，然後計算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，對於偶然出現的脈衝性干擾，可消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差。
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： 相當於“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”，每次取樣到的新資料先進行限幅處理，再送入佇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，對於偶然出現的脈衝性干擾，可消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差。
C缺點： 比較浪費RAM 。
第7種方法：一階滯後濾波法
A方法： 取a=0~1，本次濾波結果=（1-a）*本次取樣值+a*上次濾波結果。
B優點： 對週期性干擾具有良好的抑制作用，適用於波動頻率較高的場合。
C缺點：相位滯後，靈敏度低，滯後程度取決於a值大小，不能消除濾波頻率高於取樣頻率的1/2的干擾訊號。
第8種方法：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，給予新取樣值的權係數越大，則靈敏度越高，但訊號平滑度越低。
B優點： 適用於有較大純滯後時間常數的物件和取樣週期較短的系統。
C缺點： 對於純滯後時間常數較小，取樣週期較長，變化緩慢的訊號，不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差。
第9種方法：消抖濾波法
A方法： 設定一個濾波計數器，將每次取樣值與當前有效值比較： 如果取樣值＝當前有效值，則計數器清零。如果取樣值<>當前有效值，則計數器+1，並判斷計數器是否>=上限N(溢位)，如果計數器溢位，則將本次值替換當前有效值，並清計數器。
B優點： 對於變化緩慢的被測引數有較好的濾波效果，可避免在臨界值附近控制器的反覆開/關跳動或顯示器上數值抖動。
C缺點： 對於快速變化的引數不宜，如果在計數器溢位的那一次取樣到的值恰好是干擾值，則會將干擾值當作有效值匯入系統。
第10種方法：限幅消抖濾波法
A方法： 相當於“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，避免將干擾值匯入系統。
C缺點： 對於快速變化的引數不宜。
第11種方法：IIR 數字濾波器
A方法： 確定訊號頻寬， 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
/* A值可根據實際情況調整
value為有效值，new_value為當前取樣值
濾波程式返回有效的實際值 */
#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
排序採用冒泡法*/
#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（又稱防脈衝干擾平均濾波法）
/*
*/
#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 參考子程式1、3
7、一階滯後濾波法
/* 為加快程式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陣列為加權係數表，存在程式儲存區。*/
#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
/*
*/