单片机ADC常用的十大滤波算法(C语言)

时间:2023-05-23来源:

一、限幅滤波法

1、方法:

· 根据经验判断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:

a如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效

b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

2、优点:

· 能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰

3、缺点

· 无法抑制那种周期性的干扰

· 平滑度差

/* A值根据实际调,Value有效值,new_Value当前采样值,程序返回有效的实际值 */
#define A 10
char Value;
char filter()
{
    char new_Value;
    new_Value = get_ad(); // 获取采样值
    ifabs(new_Value - Value) > A)   
        return Value;     // abs()取绝对值函数
    return new_Value;
}
 

二、中位值滤波法

1、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

2、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

3、缺点:

· 对流量、速度等快速变化的参数不宜

#define N 11
char filter()
{
    char value_buf[N];
    char count, i, j, temp;
    for(count = 0; count < N; count ++) //获取采样值
    {
        value_buf[count] = get_ad();
        delay();
    }
    for(j = 0; j < (N-1); j++)
    {
        for(i = 0; i < (n-j); 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];
}
 

三、算术平均滤波法

1、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

2、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

3、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 12
char filter()
{
    int sum = 0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        sum += get_ad();
    } 
    return (char)(sum/N);
}
 

四、递推平均滤波法

1、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

2、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

3、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

/* A值根据实际调,Value有效值,new_Value当前采样值,程序返回有效的实际值 */
#define A 10
char Value;
char filter()
{
    char new_Value;
    new_Value = get_ad(); // 获取采样值
    ifabs(new_Value - Value) > A)   
        return Value;     // abs()取绝对值函数
    return new_Value;
}

 五、中位值平均滤波法

1、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

2、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

3、缺点:

· 测量速度较慢,和算术平均滤波法一样

· 比较浪费RAM

char filter()
{
    char count, i, j;
    char Value_buf[N];
    int sum = 0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        Value_buf[count] = get_ad();
    } 
    for(j = 0; j < (N-1); j++)
    {
        for(i = 0; i < (N-j); 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;
            }
        }  
    }    
    for(count = 1; count < N-1; count ++)
    {
        sum += Value_buf[count];
    }
    return (char)(sum/(N-2));
}
 

六、限幅平均滤波法

1、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

2、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

3、缺点:

· 比较浪费RAM

#define A 10
#define N 12
char value, i = 0;
char value_buf[N];
char filter()
{
    char new_value, sum = 0;
    new_value = get_ad();
    if(Abs(new_value - value) < A)  
        value_buf[i++] = new_value;
    if(i==N)  
        i=0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        sum += value_buf[count];
    }
    return (char)(sum/N);
}
 

七、一阶滞后滤波法

1、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

2、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

3、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,取a=0~100*/
#define a 30
char value;
char filter()
{
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    return ((100-a)*value + a*new_value);
}
 

八、加权递推平均滤波法

1、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

2、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

3、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

· 不能迅速反应交易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 */
#define N 12
char code coe[N] = {123456789101112};
char code sum_coe = {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();
    }
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        sum += value_buf[count] * coe[count];
    } 
    return (char)(sum/sum_coe);
}

九、消抖滤波法

1、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>或<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

2、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

3、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交易系统

#define N 12
char filter()
{
    char count = 0, new_value;
    new_value = get_ad();
    while(value != new_value)
    {
        count++;
        if(count >= N) 
            return new_value;
        new_value = get_ad();
    }
    return value;
}

十、限幅消抖滤波法

1、方法:

· 相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”

· 先限幅,后消抖

2、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

3、缺点:

· 对于快速变化的参数不宜

#define A 10
#define N 12
char value;
char filter()
{
    char new_value, count = 0;
    new_value = get_ad();
    while(value != new_value)
    {
        if(Abs(value - new_value) < A)
        {
            count++;
            if(count >= N) 
                return new_value;
            new_value = get_ad();
        }
        return value;
    }
}

关键词: 单片机 ADC 滤波 算法 C语言

加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号:EEPW

或用微信扫描左侧二维码

相关文章

查看电脑版