十種數(shù)據(jù)采集濾波的方法和編程實(shí)例

1、理論上講單片機(jī)從A/D芯片上采集的信號(hào)就是需要的量化信號(hào)，但是由于存在電路的相互干擾、電源噪聲干擾和電磁干擾，在A/D芯片的模擬輸入信號(hào)上會(huì)疊加周 期或者非周期的干擾信號(hào)，并會(huì)被附加到量化值中，給信號(hào)帶來一定的惡化?？紤]到數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和安全性，有時(shí)需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟處理，一盡量減小干 擾信號(hào)的影響，這一過程稱為數(shù)據(jù)采集濾波。以下介紹十種數(shù)據(jù)采集濾波的方法和編程實(shí)例。這10種方法針對(duì)不同的噪聲和采樣信號(hào)具有不同的性能，為不同場合的應(yīng)用提供了較廣的選擇空間。選擇這些方法時(shí)，必須了解電路種存在的主要噪聲類型，主要包括一下方面：* 噪聲是突發(fā)隨機(jī)噪聲還是周期性噪聲* 噪聲頻率的高低* 采樣信號(hào)

2、的類型是塊變信號(hào)還是慢變信號(hào)* 另外還要考慮系統(tǒng)可供使用的資源等通過對(duì)噪聲和采樣性能分析，選用最合適的方法以及確定合理的參數(shù)，才能達(dá)到良好的效果。    目前用于數(shù)據(jù)采集濾波的主要方法有以下10種，這10種方法都是在時(shí)域上進(jìn)行處理的，相對(duì)于從頻域角度設(shè)計(jì)的IIR或者FIR濾波器，其實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)算量小，而性能可以滿足絕大部分的場合的應(yīng)用要求1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）    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）

3、0;       每次檢測到新值時(shí)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(diǎn)：        能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾   

4、; C、缺點(diǎn)        無法抑制那種周期性的干擾        平滑度差 1、限副濾波/*  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; 

5、;  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：      

6、  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(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)

7、：        對(duì)流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜2、中位值濾波法/*  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;count<N;count+)         va

8、lue_bufcount = get_ad();      delay();      for (j=0;j<N-1;j+)         for (i=0;i<N-j;i+)               if ( value_bufi>value_bufi+1 )  

9、                   temp = value_bufi;            value_bufi = value_bufi+1;             value_bufi+1

10、 = 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)：

11、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值的選取：一般流量，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

12、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)RAM3、算術(shù)平均濾波法/*/#define N 12char filter()   int  sum = 0;   for ( count=0;count<N;count+)        

13、; 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&#

14、160;       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?。毫髁?，N=12；壓力：N=4；液面，N=412；溫度，N=14    B、優(yōu)點(diǎn)：        對(duì)周期性干

15、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(diǎn)：        靈敏度低        對(duì)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    &#

16、160;   不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合        比較浪費(fèi)RAM4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）/*/#define N 12char value_bufN;char i=0;char filter()   char count;   int  sum=0;   value_bufi+ = get_ad();   if ( i = N )   i = 0;  

17、 for ( count=0;count<N,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”     

18、   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&#

19、160;   C、缺點(diǎn)：        測量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣        比較浪費(fèi)RAM5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）/*/#define N 12char filter()   char count,i,j;   char value_bufN;   int  sum=0;   for  (count=

20、0;count<N;count+)         value_bufcount = get_ad();      delay();      for (j=0;j<N-1;j+)         for (i=0;i<N-j;i+)          

21、0;    if ( value_bufi>value_bufi+1 )                     temp = value_bufi;            value_bufi = value_bufi+1;   &

22、#160;         value_bufi+1 = temp;                     for(count=1;count<N-1;count+)      sum += valuecount;   return (char)(sum/(N-2);/=

23、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) &#

24、160;      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)RAM6、限幅平均濾波法/*/ 略 參考子程序1、37、一階滯后濾波法/* 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

25、_ad();   return (100-a)*value + a*new_value;/=7、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  

26、;      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        不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號(hào)/=       8、加權(quán)遞推平均濾波法 

27、0;  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)

28、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)        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8、加權(quán)遞推平均濾波法/* coe數(shù)組為加權(quán)系數(shù)表，存在程序存儲(chǔ)區(qū)。*/#define N 12char code coeN = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10

29、,11,12;char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;char filter()   char count;   char value_bufN;   int  sum=0;   for (count=0,count<N;count+)         value_bufcount = get_ad();      delay(

30、);      for (count=0,count<N;count+)      sum += value_bufcount*coecount;   return (char)(sum/sum_coe);/=9、消抖濾波法    A、方法：        設(shè)置一個(gè)濾波計(jì)數(shù)器        將每次采樣值與當(dāng)前有效

31、值比較：        如果采樣值當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零        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)            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    B、優(yōu)點(diǎn)：        對(duì)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)