数字滤波常用方法.docx

1、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50 Hz的工频干扰，对于这类信号，采用积分时间等于20 ms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

2、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0.01 Hz)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 2005-9-2 22:24:0010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

3、、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 */#define A 10char value;char filter() char new_value; new_value = get_ad(); if ( ( new_value - value A ) | ( value -

4、 new_value A ) return value; return new_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*/#define N 11char filter() char value_bufN; char count,i,j,temp; for ( count=0;countN;count+) value_bufcount =

5、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; return value_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=4B、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

6、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。#define N 12char filter() int sum = 0; for ( count=0;countN;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；

7、液面，N=412；温度，N=14#define N 12char value_bufN;char i=0;char filter() 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

8、选取：314B、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。#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

9、_bufi+1; value_bufi+1 = temp; for(count=1;countN-1;count+) sum += valuecount; 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、37、一阶滞后滤波法A、方法：取a=01，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

10、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=0100 */#define a 50char value;char filter() char new_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

11、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。*/#define N 12char code coeN = 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_bufN; int sum=0; for (count=0,coun

12、tN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay(); for (count=0,countN;count+) sum += value_bufcount*coecount; 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

13、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。#define N 12char 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