AD采集中的10种经典软件滤波程序优缺点分析（附程序）

　　在AD采集中经常要用到数字滤波，而不同情况下又有不同的滤波需求，下面是10种经典的软件滤波方法的程序和优缺点分析：

　　1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）

　　2、中位值滤波法

　　3、算术平均滤波法

　　4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）

　　5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）

　　6、限幅平均滤波法

　　7、一阶滞后滤波法

　　8、加权递推平均滤波法

　　9、消抖滤波法

　　10、限幅消抖滤波法

　　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

　　程序：

　　/* 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 10

　　char value;

　　char filter（）

　　{

　　char new_value;

　　new_value = get_ad（）;

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

　　return value;

　　else

　　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

　　程序：

　　/* N值可根据实际情况调整

　　排序采用冒泡法*/

　　#define N 11

　　char filter（）

　　{

　　charvalue_buf［N］;

　　char count，i，j，temp;

　　for （ count=0;count《N;count++）

　　{

　　value_buf［count］ = get_ad（）;

　　delay（）;

　　}

　　for（j=0;j《N-1;j++）

　　{

　　for（i=0;i《N-j－1;i++）

　　{

　　if （ value_buf》value_buf［i+1］ ）

　　{

　　temp =value_buf;

　　value_buf = 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

　　程序：

　　#define N 12

　　char filter（）

　　{

　　int sum = 0;

　　for （ count=0;count《N;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） （FIR前身）

　　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

　　B、优点：

　　对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高

　　适用于高频振荡的系统

　　C、缺点：

　　灵敏度低

　　对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差

　　不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差

　　不适用于脉冲干扰比较严重的场合

　　比较浪费RAM

　　程序：

　　#define N 12

　　char value_buf［N］;

　　char i=0;

　　char filter（）

　　{

　　char count;

　　int sum=0;

　　value_buf［i++］ = get_ad（）;

　　if （ i == N ） i = 0;

　　for （ count=0;count《N，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

　　程序：

　　#define N 12

　　char filter（）

　　{

　　char count，i，j;

　　char value_buf［N］;

　　int sum=0;

　　for （count=0;count《N;count++）

　　{

　　value_buf［count］ = get_ad（）;

　　delay（）;

　　}

　　for （j=0;j《N-1;j++）

　　{

　　for （i=0;i《N-j-1;i++）

　　{

　　if （ value_buf》value_buf［i+1］ ）

　　{

　　temp = value_buf;

　　value_buf = value_buf［i+1］;

　　value_buf［i+1］ = temp;

　　}

　　}

　　}

　　for（count=1;count《N-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

　　程序略 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

　　程序：

　　/* 为加快程序处理速度假定基数为100，a=0~100 */

　　#define a 50

　　char 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

　　程序：

　　/* coe数组为加权系数表，存在程序存储区。*/

　　#define N 12

　　char code coe［N］ ={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_buf［N］;

　　int sum=0;

　　for （count=0，count《N;count++）

　　{

　　value_buf［count］ = get_ad（）;

　　delay（）;

　　}

　　for （count=0，count《N;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

　　程序：

　　#define N 12

　　char 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

　　程序略 参考子程序1、9