10种软件滤波方法的及示例程序

一.10种软件滤波方法

1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）  
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  

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  

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  

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；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  

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  

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  

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  

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  

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  

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  

二.示例程序

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、限副滤波  
  
#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;  
return new_value;  
}  
2、中位值滤波法  
  
#define N 11  
char filter()  
{  
char value_buf[N];  
char count,i,j,temp;  
for ( count=0;count{  
value_buf[count] = get_ad();  
delay();  
}  
for (j=0;j{  
for (i=0;i{  
if ( value_buf[i]>value_buf[i+1] )  
{  
temp = value_buf[i];  
value_buf[i] = value_buf[i+1];  
value_buf[i+1] = temp;  
}  
}  
}  
return value_buf[(N-1)/2];  
}  

3、算术平均滤波法  
  
#define N 12  
char filter()  
{  
int sum = 0;  
for ( count=0;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）  
  
#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;countsum = 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）  
  
#define N 12  
char filter()  
{  
char count,i,j;  
char value_buf[N];  
int sum=0;  
for (count=0;count{  
value_buf[count] = get_ad();  
delay();  
}  
for (j=0;j{  
for (i=0;i