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10種常用的濾波算法源碼與資料分享

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ID:327448 發表于 2018-9-13 17:33 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
0.png

濾波源程序如下:
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <absacc.h>
  3. #include <intrins.h>
  4. #include <./Atmel/at89x52.h>
  5. #include "source.h"
  6. main()
  7. {
  8.     filter_1();
  9.         filter_2();
  10.         filter_3();
  11.         filter_4();
  12.     filter_5();
  13.         filter_6();
  14.         filter_7();
  15.         filter_8();
  16.     filter_9();
  17.         filter_10();
  18. }
  19. unsigned char get_ad(void){
  20.         static unsigned char i;
  21.         return i++;
  22. }
  23. void delay(void){
  24.         unsigned char i=0;
  25.         while(1){
  26.                 i++;
  27.                 if(i>20) return;
  28.         }
  29. }
  30. /***限幅濾波**/
  31. #define A 10 //設置兩次采樣允許的最大偏差值
  32. char value;  //上次采用后的有效值變量
  33. char filter_1(void){
  34.     char  new_value;  //本次采樣值變量
  35.     new_value=get_ad();  //讀入本次采樣值
  36.     if((new_value-value>A)||(value-new_value>A)) //比較是否超出最大偏差值
  37.         return  value; //如果超出，返回上次的有效值作為本次的有效值
  38.     return  new_value;// 如果沒有超出，返回本次的采樣值作為本次的有效值
  39. }
  40. /***中位值濾波法***/
  41. #define N 11 //設置連續采樣的次數

  43. char filter_2(void){
  44.     char  value_buf[N]; //緩存N次采樣值的存儲變量
  45.     char  count,i,j,temp; //i，j是冒泡排序的下標變量，count是采樣數據讀入的下標變量
  46.                       //temp是臨時變量
  47.     for(count=0;count<N;count++) //連續讀入N個采樣值
  48.     {
  49.       value_buf[count]=get_ad();
  50.       delay();
  51.     }
  52.     for(j=0;j<N;j++) //氣泡排序，由小到大
  53.     {
  54.         for(i=0;i<N-j;i++)
  55.         {
  56.            if(value_buf[i]>value_buf[i+1])
  57.          {
  58.            temp=value_buf[i];
  59.            value_buf[i]=value_buf[i+1];
  60.            value_buf[i+1]=temp;
  61.            }
  62.          }
  63.      }
  64.      return value_buf[(N-1)/2]; //將排序后N個采樣值的中間值作為最后結果返回
  65. }
  66. /**算數平均濾波法**/
  67. /* N為進行平均運算的每組采樣值的數量，依據實際情況可以改變*/
  68. #undef N
  69. #define N 12 //設置每組參與平均運算的采樣值個數

  71. char filter_3(){
  72.     int  sum=0; //求和變量，用于存儲采樣值的累加值
  73.     char count;//采樣數據讀入的下標變量
  74.     for(count=0;count<N;count++) //連續讀入N個采樣值，并累加
  75.     {
  76.       sum+=get_ad();
  77.       delay();
  78.     }
  79.     return (char)(sum/N); //講累加值進行平均計算作為返回值
  80. }
  81. /**遞推平均濾波法**/
  82. #undef N
  83. #define N 12 //設置FIFO隊列的長度
  84. char  value_buf[N];//FIFO隊列變量
  85. char  i=0; //隊列的下標變量

  87. char filter_4(){
  88.     char count;
  89.         int  sum=0;
  90.         value_buf[i++]=get_ad();
  91.         if(i==N)  i=0;
  92.     for(count=0;count<N;count++)
  93.       sum+=value_buf[count];
  94.     return(char)(sum/N);
  95. }
  96. /**中位值平均濾波法**/
  97. /* 采樣值N為每組采樣值的數量，依據實際情況可以改變*/
  98. #undef N
  99. #define N 12 //設置每組采樣值的數量
  100. char filter_5()
  101. {
  102.    char count,i,j,temp; //i，j是冒泡排序的下標變量，count是采樣數據讀入的下標變量
  103.    char value_buf[N]; // 緩沖N個采樣值的存儲變量
  104.    int  sum=0; //求和變量，用于存儲采樣值的累加值
  105.    for  (count=0;count<N;count++) //連續讀入N個采樣值
  106.    {
  107.       value_buf[count] = get_ad();
  108.       delay();
  109.    }
  110.    for (j=0;j<N-1;j++) //氣泡排序，由小到大
  111.    {
  112.       for (i=0;i<N-j;i++)
  113.       {
  114.          if ( value_buf[i]>value_buf[i+1] )
  115.          {
  116.             temp = value_buf[i];
  117.             value_buf[i] = value_buf[i+1];
  118.              value_buf[i+1] = temp;
  119.          }
  120.       }
  121.    }
  122.    for(count=1;count<N-1;count++)
  123.     sum += value_buf[count]; //去掉兩端的最小和最大采樣值，對中間的N-2個采樣值求和
  124.    return (char)(sum/(N-2));// 返回中間N-2個采樣值的平均值
  125. }
  126. /**限幅平均濾波法**/
  127. /* A值可以根據實際情況調整，value為上次采樣的有效值，new_value為當前采樣值 */
  128. /* N為進行平均運算的每組采樣值的數量，依據實際情況可以改變*/
  129. #undef A
  130. #undef N
  131. #define A 10 //設置兩次采樣允許的最大偏差值
  132. #define N 12 //設置每組參與平均運算的采樣值個數
  133. char value;  //上次采用后的有效值變量

  135. char filter_6()
  136. {
  137.     char  new_value;  //本次采樣值變量
  138.     int  sum=0; //求和變量，用于存儲采樣值的累加值
  139.     char count;//采樣數據讀入的下標變量
  140.         for(count=0;count<N;count++)
  141.     {
  142.                 new_value=get_ad();  //讀入本次采樣值
  143.               if((new_value-value>A)||(value-new_value>A)) //比較是否超出最大偏差值
  144.                       new_value=value; //如果超出，返回上次的有效值作為本次的有效值
  145.               sum+=new_value; //累加采樣的有效值
  146.               value=new_value;
  147.               delay();
  148.     }
  149.     return (char)(sum/N); //將累加值進行平均計算作為返回值
  150. }
  151. /**一階滯后濾波法**/
  152. /* 為加快程序處理速度假定基數為100，a=0~100 */
  153. #define COE 50 //定義加權系數
  154. char value; //上一個采樣值變量
  155. char filter_7()
  156. {
  157.    char  new_value; //本次采樣值變量
  158.    new_value = get_ad();
  159.    return (100-COE)*value + COE*new_value; //返回的本次濾波結果
  160. }


  163. /**加權遞推平均濾波法**/
  164. /* coe數組為加權系數表，存在程序存儲區。*/
  165. #undef N
  166. #define N 12  //設置FIFO隊列的長度

  168. char code coe[N] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}; //加權系數
  169. char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;
  170. char filter_8()
  171. {
  172.    char count; //采樣數據讀入的下標變量
  173.    char value_buf[N]; //緩存N個采樣值的存儲變量
  174.    int  sum=0; //求和變量，用于存儲采樣值的累加值
  175.    for (count=0;count<N;count++)
  176.    {
  177.       value_buf[count] = get_ad(); //讀入采樣值
  178.       delay();
  179.    }
  180.    for (count=0;count<N;count++)
  181.       sum += value_buf[count]*coe[count]; //累加采樣值和系數的乘積
  182.    return (char)(sum/sum_coe); //累加值與系數和相除作為返回結果
  183. }

  185. /**消抖濾波法**/
  186. #undef N
  187. #define N 12 //設置計數器溢出值
  188. char filter_9()
  189. {
  190.    char count=0; //計數變量
  191.    char new_value; //本次采樣值變量
  192.    new_value = get_ad(); //讀入本次采樣值
  193.    while (value !=new_value);
  194.    {
  195.       count++; //計數器加1
  196.       if (count>=N)   return new_value; //如果本次采樣值與當前有效值不相等，
  197. //且計數器溢出，返回本次采樣值
  198.        delay();
  199.       new_value = get_ad();
  200.    }
  201.    return value; //如果本次采樣值與當前有效值相等，則返回當前有效值
  202. }


  205. /**限幅消抖濾波法**/

  207. /* A值可以根據實際情況調整，value為上次采樣的有效值，new_value為當前采樣值 */
  208. /* N為計數器的溢出值*/
  209. #undef A
  210. #undef N
  211. #define A 10 //設置兩次采樣允許的最大偏差值
  212. #define N 12 //設置計數器溢出值
  213. char value;  //有效值變量

  215. char filter_10()
  216. {
  217.    char count=0; //計數變量
  218.    char new_value; //本次采樣值變量
  219.    new_value = get_ad(); //讀入本次采樣值
  220.         if((new_value-value>A)||(value-new_value>A)) //比較是否超出最大偏差值
  221.                 new_value=value; //如果超出，返回有效值作為本次的采樣有效值
  222.    while (value !=new_value);
  223.    {
  224.       count++; //計數器加1
  225.       if (count>=N)   return new_value; //如果本次采樣值與當前有效值不相等，
  226.                                                                                 //且計數器溢出，返回本次采樣值
  227.        delay();
  228.       new_value = get_ad();
  229.    }
  230.    return value; //如果本次采樣值與當前有效值相等，則返回當前有效值
  231. }
復制代碼

1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）
　A、方法：
　　根據經驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設為A）
　　每次檢測到新值時判斷：
　　如果本次值與上次值之差<=A,則本次值有效
　　如果本次值與上次值之差>A,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值
　B、優點：
　　能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾
　C、缺點
　　無法抑制那種周期性的干擾
　　平滑度差
2、中位值濾波法
　A、方法：
　　連續采樣N次（N取奇數）
　　把N次采樣值按大小排列
　　取中間值為本次有效值
　B、優點：
　　能有效克服因偶然因素引起的波動干擾
　　對溫度、液位的變化緩慢的被測參數有良好的濾波效果
　C、缺點：
　　對流量、速度等快速變化的參數不宜
3、算術平均濾波法
　A、方法：
　　連續取N個采樣值進行算術平均運算
　　N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低
　　N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高
　　N值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4
　B、優點：
　　適用于對一般具有隨機干擾的信號進行濾波
　　這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數值范圍附近上下波動
　C、缺點：
　　對于測量速度較慢或要求數據計算速度較快的實時控制不適用
　　比較浪費RAM
4、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）
　A、方法：
　　把連續取N個采樣值看成一個隊列
　　隊列的長度固定為N
　　每次采樣到一個新數據放入隊尾,并扔掉原來隊首的一次數據.(先進先出原則)
　　把隊列中的N個數據進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果
　　N值的選取：流量，N=12；壓力：N=4；液面，N=4~12；溫度，N=1~4
　B、優點：
　　對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高
　　適用于高頻振蕩的系統
　C、缺點：
　　靈敏度低
　　對偶然出現的脈沖性干擾的抑制作用較差
　　不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差
　　不適用于脈沖干擾比較嚴重的場合
　　比較浪費RAM
5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）
　A、方法：
　　相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”
　　連續采樣N個數據，去掉一個最大值和一個最小值
　　然后計算N-2個數據的算術平均值
　　N值的選取：3~14
　B、優點：
　　融合了兩種濾波法的優點
　　對于偶然出現的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差
　C、缺點：
　　測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣
　　比較浪費RAM

6、限幅平均濾波法
　A、方法：
　　相當于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”
　　每次采樣到的新數據先進行限幅處理，
　　再送入隊列進行遞推平均濾波處理
　B、優點：
　　融合了兩種濾波法的優點
　　對于偶然出現的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差
　C、缺點：
　　比較浪費RAM
7、一階滯后濾波法
　A、方法：
　　取a=0~1
　　本次濾波結果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結果
　B、優點：
　　對周期性干擾具有良好的抑制作用
　　適用于波動頻率較高的場合
　C、缺點：
　　相位滯后，靈敏度低
　　滯后程度取決于a值大小
　　不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號
8、加權遞推平均濾波法
　A、方法：
　　是對遞推平均濾波法的改進，即不同時刻的數據加以不同的權
　　通常是，越接近現時刻的數據，權取得越大。
　　給予新采樣值的權系數越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低
　B、優點：
　　適用于有較大純滯后時間常數的對象
　　和采樣周期較短的系統
　C、缺點：
　　對于純滯后時間常數較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號
　　不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差
9、消抖濾波法
　A、方法：
　　設置一個濾波計數器
　　將每次采樣值與當前有效值比較：
　　如果采樣值＝當前有效值，則計數器清零
　　如果采樣值<>當前有效值，則計數器+1，并判斷計數器是否>=上限N(溢出)
　　　如果計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,并清計數器
　B、優點：
　　對于變化緩慢的被測參數有較好的濾波效果,
　　可避免在臨界值附近控制器的反復開/關跳動或顯示器上數值抖動
　C、缺點：
　　對于快速變化的參數不宜
　　如果在計數器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值導入系統
10、限幅消抖濾波法
　A、方法：
　　相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”
　　先限幅,后消抖
　B、優點：
　　繼承了“限幅”和“消抖”的優點
　　改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導入系統
　C、缺點：
　　對于快速變化的參數不宜

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