常用濾波方法

1、1、 限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法） : r( O- M9 X( e2 |! Z% q- A、方法： - |$ q# & # D0 . I根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A） % n1 l) Z1 9 % i6 k每次檢測到新值時(shí)判斷： * V( z; h; J+ O; J2 b4 D如果本次值與上次值之差A(yù),則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值 8 x7 M Y& 6 8 W+ 9 B、優(yōu)點(diǎn)： # R/ : v3 R. & 能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾 8 h3 J E6 4 |4 ) JC、缺點(diǎn) bg1 ?0 X1 q : $ I1 X無法抑制那種周期性的干

2、擾 ; K8 k3 E) w) d1 e) 平滑度差 7 v3 I! a2 C0 l0 T0 _; S: r9 z! R% w+ C0 h8 sr: k7 Z 2、中位值濾波法 $ t& r* 1 R% e6 r- H6 ?- sA、方法： 7 s. I9 H0 M0 c; Q連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)） / W M1 . 8 J# 把N次采樣值按大小排列 , p2 v3 Q- Ak9 ; 7 B取中間值為本次有效值 , w& X& d! 3 G3 g: - R9 C- |. ?2 B、優(yōu)點(diǎn)： ) * n* - J0 q, J能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾 $ U9 b- ! _6 K: u,

3、 z5 g* 5 o& 0 A對(duì)溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果 . q3 L1 m1 Z$ qC、缺點(diǎn)： ; dd3 D, Q5 W! H. 0 S9 對(duì)流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜 5 g5 % 8 T2 b4 a9 A( q. H4 L: b* 7 C4 d8 Y6 X! q( E$ L$ z4 O: T7 _8 H6 m6 A0 r# W R2 0 Q6 F3、算術(shù)平均濾波法 5 r D! a! 5 f+ L, WA、方法： # G J2 A4 |, $ d連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算 5 Z5 j2 v8 t* Q, ; N值較大時(shí)：信號(hào)平滑度較高，但靈敏度較低

4、0 i7 t6 l/ j/ UN值較小時(shí)：信號(hào)平滑度較低，但靈敏度較高 7 G: M, x9 ! R& V& uN值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4 9 r! t- G x/ H# & c- 2 tB、優(yōu)點(diǎn)： & h5 k* g! N, c; F Y$ 3 y4 K6 8 I適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波 2 J! Y+ B/ Gp+ D+ Y& Z這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng) o/ * n+ E7 f9 1 k3 e P( C、缺點(diǎn)： * a$ m+ % 6 Jt8 R5 t對(duì)于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用 r0 R3 w

5、( m H% J: T& 比較浪費(fèi)RAM % q3 S) D3 o1 j2 c V/ y) n4 w# c$ n! d2 4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法） ) Z$ J, R: L: E$ P; - iA、方法： 9 k: d* |0 v+ C2 B; 1 y把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列 l4 v- d8 O: P8 D) x9 m隊(duì)列的長度固定為N / W& f& T T8 S: f# _- j每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾,并扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù).(先進(jìn)先出原則) $ % 5 c1 u1 b把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,就可獲得新的濾波結(jié)果 f& b. v8 I4 a TN

6、值的選?。毫髁?，N=12；壓力：N=4；液面，N=412；溫度，N=14 , * G9 Q5 w1 X+ a9 K JB、優(yōu)點(diǎn)： - O8 I9 ?9 E|2 h8 n! 1 Z對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高 ! _6 Z% 3 N5 d適用于高頻振蕩的系統(tǒng) ; y9 b) z; . ? uC、缺點(diǎn)： 9 P2 A; g( P5 Y7 f* g3 4 f靈敏度低 % f I/ A8 h5 x7 L! h0 M% h對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差 # S4 t4 t: 1 w3 G% d9 g# I1 a4 y不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差 ( s# _( X% j L5

7、X不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合 ; v9 a8 N( F! j( Z8 k 比較浪費(fèi)RAM 8 V j2 Mz: |* S- e! R h: 5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法） - j) m# $ t- W% U& 6 ) rA、方法： : b+ X3 X1 L* _ j9 a1 _相當(dāng)于“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法” # S9 q5 r1 4 R; h連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值 0 a( J# # X2 P+ V$ 8 r/ o v然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值 9 9 O# T+ _+ _ KN值的選?。?14 $ 6 |2 k( K9 hB、優(yōu)點(diǎn)

8、： 7 0 o2 F4 , F+ D3 J5 x, o, 融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn) 8 T K; u# r- W對(duì)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 9 U* t; g h: lC、缺點(diǎn)： 5 T0 V. cd! 8 & U5 j/ + U/ m測量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣 $ r5 F! c) w& k6 x9 9 7 y% x4 Y% p比較浪費(fèi)RAM , & A- Z! 6 s4 a# u. u7 6 j$ S- Z2 r- KC* r I& m1 . OL3 N% a; r. U K. p- F# A( ! _4 Q; R+ * w3 r/ t* y+ +

9、 O9 w6、限幅平均濾波法 2 w2 l- O( m1 8 w2 _8 OW/ jA、方法： D, x. |% n+ f. p- x5 Q相當(dāng)于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法” * p4 n# v4 E3 5 g+ Q7 c每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理， q3 K3 5 z- Y8 5 J& c* 再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理 9 C4 _z/ _! A+ ; ?$ JEB、優(yōu)點(diǎn)： : O* n( P2 r; b W. T1 r. D0 X融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn) c! b7 p- u4 U對(duì)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 C2 M3 t5 g! z: a

10、3 q$ 2 QC、缺點(diǎn)： 2 ?) J! a+ a- _3 R比較浪費(fèi)RAM 7 m- H3 + Y0 x: f: J* g3 4 W+ U$ I) b& C! V$ T# ?+ y8 z0 C k9 j+ h6 _, k7 E% a0 Nl7 n! f9 T$ c) F6 V9 7 x0 T7、一階滯后濾波法 $ A$ I, v) m6 i* NA、方法： * o( l 4 | d% F! xD取a=01 5 I0 / j, Q0 L+ W3 I: Z本次濾波結(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果 & _7 7 I- S. a* . p, dB、優(yōu)點(diǎn)： + R6 ) B5 W6 C

11、7 b0 V對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用 , R- L% P+ W, I5 h/ 2 o; S適用于波動(dòng)頻率較高的場合 ; B B / Q; K0 n( fC、缺點(diǎn)： + V4 x3 l% r& y1 _5 c4 n( g$ O, Z相位滯后，靈敏度低 h+ s( s5 G3 U/ d% 9 ) M8 滯后程度取決于a值大小 , 5 f& s 7 v, K7 u- L% C8 P不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號(hào) 1 O6 N/ k_; A* r d4 A0 l( F8 i1 vp h1 O% P+ D, B9 G8、加權(quán)遞推平均濾波法 9 _6 v# L+ o1 ) t3 E*

12、 sA、方法： 4 u% U; K% J$ z5 u是對(duì)遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán) 3 Z- D) F8 l- _* u% l通常是，越接近現(xiàn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。 ; f, E, y7 o4 a/ Z2 # w/ a7 Y給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號(hào)平滑度越低 6 p6 W, i7 i) u) N$ O! d9 ZB、優(yōu)點(diǎn)： ! Z; F$ 4 ?; j適用于有較大純滯后時(shí)間常數(shù)的對(duì)象 & H5 T( 5 T4 WK) V# 和采樣周期較短的系統(tǒng) 0 Y4 d% ?3 U) Y0 W) C、缺點(diǎn)： . H: C v o# t1 g7 . l% a4

13、 對(duì)于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號(hào) _$ ) w& F! ; N; ?w( y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 G2 N# k ; J7 R/ k+ x- g V) I& 9 o* u& ; _- J$ D t! f# |7 C. n; s- n$ h1 X+ C! g9、消抖濾波法 ; n8 M) u& I5 3 a1 a$ QA、方法： 6 |% N# C9 f# X+ t0 d* t7 F& v設(shè)置一個(gè)濾波計(jì)數(shù)器 3 j) w$ s: F+ N. ? m/ K1 o將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較： & ?8 ?8 N: g8 / l K如果采樣值當(dāng)前有

14、效值，則計(jì)數(shù)器清零 6 X# d* H F$ 2 |. d0 d9 Hx( |如果采樣值當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器+1，并判斷計(jì)數(shù)器是否=上限N(溢出) % . A Z; t & e$ t如果計(jì)數(shù)器溢出,則將本次值替換當(dāng)前有效值,并清計(jì)數(shù)器 / m Y+ z. Z8 Q2 % ( eB、優(yōu)點(diǎn)： $ o c4 D- d$ y! h0 ?( U對(duì)于變化緩慢的被測參數(shù)有較好的濾波效果, 8 x0 V# F0 ?& Q5 w M7 h可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開/關(guān)跳動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng) 0 ?3 3 e. i$ F7 C, W0 sC、缺點(diǎn)： 7 ?% R. B- C! i3 B7 n! R對(duì)于快速變

15、化的參數(shù)不宜 / C% B; P8 p4 V) T1 n5 如果在計(jì)數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng) . w% u# U) l$ X# N6 mm( t7 V1 f/ g7 # lX1 Y) j 9 _4 d: m+ 0 p7 X# 8 % e& O8 k& 0 O0 e5 E2 0 s3 R+ 0 X$ Y: Y9 B% 10、限幅消抖濾波法 * Z! M u! F# E1 : Z+ wA、方法： w4 H4 _3 u, ; l相當(dāng)于“限幅濾波法”+“消抖濾波法” ; Q, 3 w* # o0 e3 m A+ S先限幅,后消抖 t# s6 J) UB、優(yōu)

16、點(diǎn)： ) 9 z4 Y% X4 ) _6 m ) b繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點(diǎn) ) c( v# R, E& _ F/ p0 Y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) t, Y9 6 X2 h% Y/ fC、缺點(diǎn)： 2 c$ g( em n; V; h對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜 * v% n3 R: 1 Q; t3 L/ |, b1 z8 G7 f5 J0 g: I2 d5 a5 _! , - f* u h J( T9 u11、IIR 數(shù)字濾波器 / l# P( G- p* X2 u3 f: d% H: q4 g1 Y& A+ w1 F8 N9 JA. 方法： 4 pQ- t/

17、u確定信號(hào)帶寬， 濾之。 8 k o0 Q+ m, za* Z9 V1 S1 iY(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) 1 1 N: * 7 K. Z; e; l5 v5 5 g. ZB. 優(yōu)點(diǎn)：高通，低通，帶通，帶阻任意。設(shè)計(jì)簡單(用matlab） , N% w9 c; V8 z; j( b% iC. 缺點(diǎn)：運(yùn)算量大。引言 在微機(jī)控制系統(tǒng)的模擬輸入信號(hào)中，一般均含有各種噪聲和干擾，他們來自被測信號(hào)源本身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測量和控

18、制，必須消除被測信號(hào)中的噪聲和干擾。噪聲有2大類：一類為周期性的，其典型代表為50 Hz的工頻干擾，對(duì)于這類信號(hào)，采用積分時(shí)間等于20 ms整倍數(shù)的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，可有效地消除其影響；另一類為非周期的不規(guī)則隨機(jī)信號(hào)，對(duì)于隨機(jī)干擾，可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比重，因此他實(shí)際上是一個(gè)程序?yàn)V波。 數(shù)字濾波器克服了模擬濾波器的許多不足，他與模擬濾波器相比有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)數(shù)字濾波器是用軟件實(shí)現(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，不存在阻抗匹配問題。 (2)模擬濾波器通常是各通道專用，而數(shù)字濾波器則可多通道共享，

19、從而降低了成本。 (3)數(shù)字濾波器可以對(duì)頻率很低(如0.01 Hz)的信號(hào)進(jìn)行濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的限制，頻率不可能太低。 (4)數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。10種軟件濾波方法的示例程序 OurWay 發(fā)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(shù)據(jù)（如果是更高位的AD可定義數(shù)據(jù)類型為int),子程序?yàn)間et_ad();1、限副濾波A、方法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)判斷：如果本次值與上次值之差A(yù),則本次值無效,放棄本

20、次值,用上次值代替本次值 B、優(yōu)點(diǎn)：能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。 C、缺點(diǎn)：無法抑制那種周期性的干擾，平滑度差。 /* A值可根據(jù)實(shí)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(shí)際值 */#define A 10char 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A、方法：連續(xù)采樣N次（N

21、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(diǎn)：能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾，對(duì)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(diǎn)：對(duì)流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜。 /* N值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整 排序采用冒泡法*/#define N 11char filter() char value_bufN; char count,i,j,temp; for ( count=0;countN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay(); for (j=0;jN-1;j+) for (i=0;ivalue_bufi+1 ) tem

22、p = value_bufi; value_bufi = value_bufi+1; value_bufi+1 = temp; return value_buf(N-1)/2;3、算術(shù)平均濾波法A、方法：連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算。N值較大時(shí)：信號(hào)平滑度較高，但靈敏度較低；N值較小時(shí)：信號(hào)平滑度較低，但靈敏度較高。N值的選?。阂话懔髁?，N=12；壓力：N=4 B、優(yōu)點(diǎn)：適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波，這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)。 C、缺點(diǎn)：對(duì)于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用，比較浪費(fèi)RAM。#define N 12char f

23、ilter() int sum = 0; for ( count=0;countN;count+) sum + = get_ad(); delay(); return (char)(sum/N);4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）A、方法：把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列的長度固定為N，每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾,并扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù).(先進(jìn)先出原則)，把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)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=412；溫度，N=14#define N 12 char value_bufN;char i=0;char filte

24、r() char count; int sum=0; value_bufi+ = get_ad(); if ( i = N ) i = 0; for ( count=0;countN,count+) sum = value_bufcount; 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(gè)數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。N值的選?。?14 B、優(yōu)點(diǎn)：融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)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(diǎn)：測

25、量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣，比較浪費(fèi)RAM。#define N 12char filter() char count,i,j; char value_bufN; int sum=0; for (count=0;countN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay(); for (j=0;jN-1;j+) for (i=0;ivalue_bufi+1 ) temp = value_bufi; value_bufi = value_bufi+1; value_bufi+1 = temp; for(count=1;countN-1;count+) su

26、m += valuecount; 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(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理。 B、優(yōu)點(diǎn)：融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)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(diǎn)：比較浪費(fèi)RAM。/*/ 略 參考子程序1、37、一階滯后濾波法A、方法：取a=01，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(diǎn)：對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用，適用于波動(dòng)頻率較高的場合。 C、缺點(diǎn)： 相位滯后，靈敏度低，滯后程度取決于a值大小，不

27、能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號(hào)。/* 為加快程序處理速度假定基數(shù)為100，a=0100 */#define a 50char 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(duì)遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)。通常是，越接近現(xiàn)時(shí)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(hào)平滑度越低。 B、優(yōu)點(diǎn)：適用于有較大純滯后時(shí)間常數(shù)的對(duì)象和采樣周期較短的系統(tǒng)。 C、缺點(diǎn)：對(duì)于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號(hào)