Java教程

常见的11种滤波算法

本文主要是介绍常见的11种滤波算法,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

 

说明:

    假设从8位AD中读取数据(若是更高位的AD,可将数据类型定义为int)

    子程序为get_ad()

    以下代码可 左右滑动

 

 

一、限幅滤波法

 

优点:

    能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。

缺点:

    无法抑制那种周期性的干扰,且平滑度差。

 

/*
1、限幅滤波
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(void) {
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    if((new_value - value > A) || (value - new_value > A)) {
        return value;
    } else {
        return new_value;
    }
}

 

二、中位值滤波法

 

优点:

    能有效克服因偶然因素引起的波动干扰;

    对温度、液位等变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。
缺点:

    对流量,速度等快速变化的参数不宜。

 

/*
2、中位值滤波法
N值可根据实际情况调整
排序采用冒泡法
 */
#define N 11

char filter(void) {
    char value_buf[N];
    char i, j, temp;
    for(i = 0; i < N; i++) {
        value_buf[i] = 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、算数平均滤波法

 

说明:

    连续取N个采样值进行算术平均运算。

优点:

    试用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。

    这种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。
缺点:

    对于测量速度较慢或要求数据计算较快的实时控制不适用。

 

/*
3、算数平均滤波法
 */
#define N 11

char filter(void) {
    int sum = 0, i = 0;
    for(i = 0; i < N; i++) {
        sum += get_ad();
        delay();
    }
    return (char)(sum / N);
}

 

四、递推平均滤波法

 

说明:

    把连续N个采样值看成一个队列,队列长度固定为N;
    每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉队首的一次数据。把队列中的N各数据进行平均运算,即获得新的滤波结果。
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。
缺点:

    灵敏度低;

    对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差,不适于脉冲干扰较严重的场合 不适合用于开关电源电路。

 

/*
4、递推平均滤波法
 */
#define N 12

char value_buf[N];
char i = 0;

char filter(void) {
    char count = 0;
    int sum = 0;

    value_buf[i++] = get_ad();
    if(i == N) {
        i = 0;    //先进先出
    }
    for(count = 0; count < N; count++) {
        sum += value_buf[count];
    }
    return (char)(sum / N);
}

 

五、中位值平均滤波法

 

 说明:

    采一组队列去掉最大值和最小值。
 优点:

    融合了两种滤波的优点。对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除有其引起的采样值偏差。

    对周期干扰有良好的抑制作用,平滑度高,适于高频振荡的系统。
 缺点:

    测量速度慢。

 

/*
5、中位值平均滤波法
 */
#define N 12

char filter(void) {
    char i = 0, j = 0, temp = 0;
    char value_buf[N];
    int sum = 0;

    for(i = 0; i < N; i++){
        value_buf[i] = 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;
            }
        }
    }
    for(i = 1; i < N - 1; i++) {
        sum += value_buf[i];
    }
    return (char)(sum / (N - 2));
}

 

六、限幅平均滤波法

 

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,可消除有其引起的采样值偏差。

缺点:

    比较浪费RAM。

 

/*
6、限幅平均滤波法
结合程序1和3
 */

 

七、一阶滞后滤波法

 

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。
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1/2的干扰信号。

 

/*
7、一阶滞后滤波法
为加块程序处理速度,假定基数 = 100  a = 0 ~ 100
 */

#define A 50

char value = 0;

char filter(void) {
    char new_value = 0;

    new_value = get_ad();
    return (100 - A) * value + a * new_value;
}

 

八、加权递推平均滤波法

 

说明:

    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。
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。
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。

 

/*
8、加权递推平均滤波法
coe数组为加权系数表
 */
#define N 12

char coe[N] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12};

char sum_coe = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12;

char filter(void) {
    char i = 0;
    char value_buf[N];
    int sum = 0;

    for(i = 0; i < N; i++) {
        value_buf[i] = get_ad();
        delay();
    }
    for(i = 0; i < N; i++) {
        sum += value_buf[i] * coe[i];
    }
    return (char)(sum / sum_coe);
}

 

九、消抖滤波法

 

说明:
    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。
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。
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 12

char filter(void) {
    char i = 0;
    char new_value = 0, value = 0;

    new_value = get_ad();

    while(value != new_value) {
        i++;
        if(i > N) {
            return new_value;
        }
        delay();
        new_value = get_ad();
    }
    return value;
}

 

十、限幅消抖滤波法

 

 

说明:
    相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”;
    先限幅,后消抖。
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。
缺点:
    对于快速变化的参数不宜。

 

/*
10、限幅消抖滤波法
参考程序1和9
 */

 

十一、低通滤波法

 

/*
11、低通滤波
 */
#define A 0.25

char value;    //value 为已有值

char filter(void) {
    char new_value = 0;

    new_value = get_ad();
    return (a * new_value + (1 - a) * value);
}

 

 

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