軟件濾波原理與實(shí)現(xiàn)

1、11種經(jīng)典軟件濾波的原理和實(shí)現(xiàn)1、限幅濾波法又稱(chēng)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每次檢測(cè)到新值時(shí)判斷：如果本次值與上次值之差A(yù),那么本次值無(wú)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C、缺點(diǎn)無(wú)法抑制那種周期性的干擾平滑度差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(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(cè)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

2、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=4B、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(cè)量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)限制不適用比擬浪費(fèi)RAM4、遞推平均濾波法又稱(chēng)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(zhǎng)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(lái)隊(duì)首的一次數(shù)據(jù).先進(jìn)先出原那么把隊(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=14B、優(yōu)點(diǎn)：對(duì)周期

3、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(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不適用于脈沖干擾比擬嚴(yán)重的場(chǎng)合比擬浪費(fèi)RAM5、中位值平均濾波法又稱(chēng)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值的選取：314B、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(cè)量速度較慢,和算術(shù)平均濾波法一樣比擬浪費(fèi)RAM6、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

4、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)：比擬浪費(fèi)RAM7、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(chǎng)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A、方法：是對(duì)遞推平均濾波法的改良,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,那么靈敏度越高,但信號(hào)平

5、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(zhǎng),變化緩慢的信號(hào)不能迅速反響系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度,濾波效果差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)前有效值比擬：如果采樣值=當(dāng)前有效值,那么計(jì)數(shù)器清零如果采樣值當(dāng)前有效值,那么計(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,那么將本次值替換當(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(cè)參數(shù)有較好的濾波效果,可防止在臨界值附近限制器的反復(fù)開(kāi)/關(guān)跳動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng)C、缺點(diǎn)：對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜如果在計(jì)數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾

6、值,那么會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng)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(diǎn)：繼承了“限幅和“消抖的優(yōu)點(diǎn)改良了“消抖濾波法中的某些缺陷,防止將干擾值導(dǎo)入系統(tǒng)C、缺點(diǎn)：對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜第11種方法：IIR數(shù)字濾波器A.方法：確定信號(hào)帶寬,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(yōu)點(diǎn)：高通,低通,帶通,帶阻任意.設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單(用matlab)C.缺點(diǎn)：運(yùn)算量大./軟件濾波的C程序樣例10種軟件濾波方法的例如程序假定從8位AD中讀取數(shù)

7、據(jù)(如果是更高位的AD可定義數(shù)據(jù)類(lèi)型為int),子程序?yàn)間et_ad();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*/#defineA10charvalue;charfilter()charnew_value;new_value=get_ad();if(new_value-valueA)|(value-new_valueA)returnvalue;returnnew_value;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*/#defineN11charfilter()charvalue_bufN;charco

8、unt,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)(temp=value_buf;value_buf=value_bufi+1;value_bufi+1=temp;)returnvalue_buf(N-1)/2;)3、算術(shù)平均濾波法/*/#defineN12charfilter()(intsum=0;for(count=0;countN;count+)(sum+=get_ad();delay();)return(char)(

9、sum/N);)4、遞推平均濾波法(又稱(chēng)滑動(dòng)平均濾波法)/*/#defineN12charvalue_bufN;chari=0;charfilter.charcount;intsum=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(chēng)防脈沖干擾平均濾波法)/*/#defineN12charfilter()charcount,i,j;charvalue_bufN;intsum=0;for(count=0;countN;cou

10、nt+)value_bufcount=get_ad();delay();for(j=0;jN-1;j+)for(i=0;iN-j;i+)(temp=value_buf;value_buf=value_bufi+1;value_bufi+1=temp;)for(count=1;countN-1;count+)sum+=valuecount;return(char)(sum/(N-2);)6、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*/#definea50charvalue;charfilter()(charnew_value;n

11、ew_value=get_ad();return(100-a)*value+a*new_value;)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).*/#defineN12charcodecoeN=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_bufN;intsum=0;for(count=0,countN;count+)value_bufcount=get_ad();delay();)for(count=0,cou

12、nt=N)returnnew_value;delay();new_value=get_ad();)returnvalue;10、限幅消抖濾波法/*/略參考子程序1、911、IIR濾波例子intBandpassFilter4(intInputAD4)(intReturnValue;intii;RESLO=0;RESHI=0;MACS=*PdelIn;OP2=1068;FilterCoeff44;MACS=*(PdelIn+1);OP2=8;/FilterCoeff43;MACS=*(PdelIn+2);OP2=-2001;/FilterCoeff42;MACS=*(PdelIn+3);OP2=8;/FilterCoeff41;MACS=InputAD4;OP2=1068;/FilterCoeff40;MACS=*PdelOu;OP2=-7190;/FilterCoeff48;MACS=*(PdelOu+1);OP2=-1973;/FilterCoeff47;MACS=*(PdelOu+2);OP2=-19578;/FilterCoeff46;MACS=*(PdelOu+3);OP2=-3047;/FilterCoeff45;*p=RESLO;*(p+1)=RESHI;mytestmul=2;R