10種濾波演算法 及 例子c程式碼(來自於網際網路)

經常有朋友們提起感測器取樣的時候資料會抖動,會跳動, 這時候需要一些濾波演算法;

1、限幅濾波法（又稱程式判斷濾波法）
2、中位值濾波法
3、算術平均濾波法
4、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）
5、中位值平均濾波法(又稱防脈衝干擾平均濾波法)
6、限幅平均濾波法
7、一階滯後濾波法
8、加權遞推平均濾波法
9、消抖濾波法
10、限幅消抖濾波法
11、IIR濾波？？？


假定從8位AD中讀取資料（如果是更高位的AD可定義資料型別為int),子程式為get_ad();

1、限幅濾波法（又稱程式判斷濾波法）
A、方法：
    根據經驗判斷，確定兩次取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衝干擾
C、缺點
    無法抑制那種週期性的干擾
    平滑度差
eg.
#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、中位值濾波法
A、方法：
     連續取樣N次（N取奇數）
    把N次取樣值按大小排列
    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引數有良好的濾波效果
C、缺點：
    對流量、速度等快速變化的引數不宜

eg.
/*   N值可根據實際情況調整
排序採用冒泡法*/
#define N   11

char filter()
{
char value_buf[N];
char count,i,j,temp;
for (count=0;count<N;count++){
    value_buf[count] = get_ad();
    delay();
}
for (j=0;j<=N;j++){
   for (i=0;i<=N-j;i++){
        if (value_buf > value_buf[i+1])
        {
            temp = value_buf;
            value_buf = value_buf[i+1];
            value_buf[i+1] = temp;
        }
    }
}
return value_buf[(N-1)/2];
} 

3、算術平均濾波法
A、方法：
    連續取N個取樣值進行算術平均運算
        N值較大時：訊號平滑度較高，但靈敏度較低
        N值較小時：訊號平滑度較低，但靈敏度較高
        N值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4
B、優點：
    適用於對一般具有隨機干擾的訊號進行濾波
    這樣訊號的特點是有一個平均值，訊號在某一數值範圍附近上下波動
C、缺點：
    對於測量速度較慢或要求資料計算速度較快的實時控制不適用
    比較浪費RAM
eg.
#define N 12

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

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個取樣值看成一個佇列
    佇列的長度固定為N
    每次取樣到一個新資料放入隊尾,並扔掉原來隊首的一次資料.(先進先出原則)
    把佇列中的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；液麵，N=4~12；溫度，N=1~4
B、優點：
    對週期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高
    適用於高頻振盪的系統
C、缺點：
    靈敏度低
    對偶然出現的脈衝性干擾的抑制作用較差
    不易消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差
    不適用於脈衝干擾比較嚴重的場合
    比較浪費RAM

#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、中位值平均濾波法（又稱防脈衝干擾平均濾波法）
A、方法：
    相當於“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”
    連續取樣N個數據，去掉一個最大值和一個最小值
    然後計算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
    對於偶然出現的脈衝性干擾，可消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差
C、缺點：
    測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣
    比較浪費RAM

eg.
#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;j++){
        for (i=0;i<=N-j;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、限幅平均濾波法
A、方法：
    相當於“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”
    每次取樣到的新資料先進行限幅處理，
    再送入佇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
    對於偶然出現的脈衝性干擾，可消除由於脈衝干擾所引起的取樣值偏差
C、缺點：
    比較浪費RAM

7、一階滯後濾波法
A、方法：
    取a=0~1
    本次濾波結果=（1-a）*本次取樣值+a*上次濾波結果
B、優點：
    對週期性干擾具有良好的抑制作用
    適用於波動頻率較高的場合
C、缺點：
    相位滯後，靈敏度低
    滯後程度取決於a值大小
    不能消除濾波頻率高於取樣頻率的1/2的干擾訊號

eg.
/* 為加快程式處理速度假定基數為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，即不同時刻的資料加以不同的權
    通常是，越接近現時刻的資料，權取得越大。
    給予新取樣值的權係數越大，則靈敏度越高，但訊號平滑度越低
B、優點：
    適用於有較大純滯後時間常數的物件
    和取樣週期較短的系統
C、缺點：
    對於純滯後時間常數較小，取樣週期較長，變化緩慢的訊號
    不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差

eg.
/* coe陣列為加權係數表，存在程式儲存區。*/

#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、消抖濾波法
A、方法：
    設定一個濾波計數器
    將每次取樣值與當前有效值比較：
    如果取樣值＝當前有效值，則計數器清零
    如果取樣值<>當前有效值，則計數器+1，並判斷計數器是否>=上限N(溢位)
    如果計數器溢位,則將本次值替換當前有效值,並清計數器
B、優點：
    對於變化緩慢的被測引數有較好的濾波效果,
    可避免在臨界值附近控制器的反覆開/關跳動或顯示器上數值抖動
C、缺點：
    對於快速變化的引數不宜
    如果在計數器溢位的那一次取樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值匯入系統

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