数字滤波常用方法.docx

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数字滤波常用方法

数字滤波常用方法

在微机控制系统的模拟输入信号中，一般均含有各种噪声和干扰，他们来自被测信号源本身、传感器、外界干扰等。

为了进行准确测量和控制，必须消除被测信号中的噪声和干扰。

噪声有2大类：

一类为周期性的，其典型代表为50Hz的工频干扰，对于这类信号，采用积分时间等于20ms整倍数的双积分A/D转换器，可有效地消除其影响；另一类为非周期的不规则随机信号，对于随机干扰，可以用数字滤波方法予以削弱或滤除。

所谓数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重，因此他实际上是一个程序滤波。

数字滤波器克服了模拟滤波器的许多不足，他与模拟滤波器相比有以下优点：

（1）数字滤波器是用软件实现的，不需要增加硬设备，因而可靠性高、稳定性好，不存在阻抗匹配问题。

（2）模拟滤波器通常是各通道专用，而数字滤波器则可多通道共享，从而降低了成本。

（3）数字滤波器可以对频率很低（如0.01Hz）的信号进行滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的限制，频率不可能太低。

（4）数字滤波器可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。

　10种软件滤波方法的示例程序

OurWay发表于2005-9-222:

24:

00

10种软件滤波方法的示例程序（JKRL）

假定从8位AD中读取数据（如果是更高位的AD可定义数据类型为int）,子程序为get_ad（）;

1、限副滤波

A、方法：

根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A），每次检测到新值时判断：

如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效。

如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值

　　B、优点：

能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。

　　C、缺点：

无法抑制那种周期性的干扰，平滑度差。

/*A值可根据实际情况调整

value为有效值，new_value为当前采样值

滤波程序返回有效的实际值*/

#defineA10

charvalue;

charfilter（）

{

charnew_value;

new_value=get_ad（）;

if（（new_value-value>A）||（value-new_value>A）

returnvalue;

returnnew_value;

}

2、中位值滤波法

A、方法：

连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。

　　B、优点：

能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。

　　C、缺点：

对流量、速度等快速变化的参数不宜。

/*N值可根据实际情况调整

排序采用冒泡法*/

#defineN11

charfilter（）

{

charvalue_buf[N];

charcount,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;

}

}

}

returnvalue_buf[（N-1）/2];

}

3、算术平均滤波法

A、方法：

连续取N个采样值进行算术平均运算。

N值较大时：

信号平滑度较高，但灵敏度较低；N值较小时：

信号平滑度较低，但灵敏度较高。

N值的选取：

一般流量，N=12；压力：

N=4

　　B、优点：

适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波，这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动。

　　C、缺点：

对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用，比较浪费RAM。

#defineN12

charfilter（）

{

intsum=0;

for（count=0;count

{

sum+=get_ad（）;

delay（）;

}

return（char）（sum/N）;

}

4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）

A、方法：

把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定为N，每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.（先进先出原则），把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。

N值的选取：

流量，N=12；压力：

N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4

#defineN12

charvalue_buf[N];

chari=0;

charfilter（）

{

charcount;

intsum=0;

value_buf[i++]=get_ad（）;

if（i==N）i=0;

for（count=0;count

sum=value_buf[count];

return（char）（sum/N）;

}

5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）

A、方法：

相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。

连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。

N值的选取：

3~14

　　B、优点：

融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

　　C、缺点：

测量速度较慢，和算术平均滤波法一样，比较浪费RAM。

#defineN12

charfilter（）

{

charcount,i,j;

charvalue_buf[N];

intsum=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、限幅平均滤波法

A、方法：

相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”，每次采样到的新数据先进行限幅处理，再送入队列进行递推平均滤波处理。

　　B、优点：

融合了两种滤波法的优点，对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

　　C、缺点：

比较浪费RAM。

/*

*/

略参考子程序1、3

7、一阶滞后滤波法

A、方法：

取a=0~1，本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果。

　　B、优点：

对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高的场合。

　　C、缺点：

相位滞后，灵敏度低，滞后程度取决于a值大小，不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。

/*为加快程序处理速度假定基数为100，a=0~100*/

#definea50

charvalue;

charfilter（）

{

charnew_value;

new_value=get_ad（）;

return（100-a）*value+a*new_value;

}

8、加权递推平均滤波法

A、方法：

是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权。

通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。

给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低。

　　B、优点：

适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。

　　C、缺点：

对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差。

/*coe数组为加权系数表，存在程序存储区。

*/

#defineN12

charcodecoe[N]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};

charcodesum_coe=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;

charfilter（）

{

charcount;

charvalue_buf[N];

intsum=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、消抖滤波法

A、方法：

设置一个滤波计数器将每次采样值与当前有效值比较：

如果采样值＝当前有效值，则计数器清零如果采样值<>当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否>=上限N（溢出），如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器。

　　B、优点：

对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果，可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动。

　　C、缺点：

对于快速变化的参数不宜，如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统。

#defineN12

charfilter（）

{

charcount=0;

charnew_value;

new_value=get_ad（）;

while（value!

=new_value）;

{

count++;

if（count>=N）returnnew_value;

delay（）;

new_value=get_ad（）;

}

returnvalue;

}

10、限幅消抖滤波法

　A、方法：

相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”先限幅,后消抖。

　　B、优点：

继承了“限幅”和“消抖”的优点改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统。

　　C、缺点：

对于快速变化的参数不宜。

/*

*/

略参考子程序1、9