十种数据采集滤波的方法和编程实例

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1、十种数据采集滤波的方法和编 程实例理论上讲单片机从A/D芯片上采集的信号就是 需要的量化信号，但是由于存在电路的相互干 扰、电源噪声干扰和电磁干扰，在A/D芯片的 模拟输入信号上会叠加周期或者非周期的干扰 信号，并会被附加到量化值中，给信号带来一定 的恶化。考虑到数据采集的实时性和安全性，有 时需要对采集的数据进行软处理，一尽量减小干 扰信号的影响，这一过程称为数据采集滤波。以下介绍十种数据采集滤波的方法和编程实例。 这10种方法针对不同的噪声和采样信号具有不 同的性能，为不同场合的应用提供了较广的选择 空间。选择这些方法时，必须了解电路种存在 的主要噪声类型，主要包括一下方面：*噪声是突发随

2、机噪声还是周期性噪声*噪声频率的高低*采样信号的类型是块变信号还是慢变信号*另外还要考虑系统可供使用的资源等通过对噪声和采样性能分析，选用最合适的方法 以及确定合理的参数，才能达到良好的效果。目前用于数据采集滤波的主要方法有以下10 种，这10种方法都是在时域上进行处理的，相 对于从频域角度设计的IIR或者冋R滤波器，其 实现简单，运算量小，而性能可以满足 绝大部分的场合的应用要求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）如果本次值与上次值之差v=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

3、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1、限副滤波/* 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 10char value;char filter。char new_value;new_value = get_adO；if ( ( new_value - value A ) | ( value - new_value A )return value;return new_value;/=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

4、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 11char filter。char value_bufN;char count,i,j,temp;for ( count=0;countN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay();for (j=0;jvalue_bufi+1)temp = value_bufi;value_bufi = value_bufi+1; value_b

5、ufi+1 = temp;return value_buf(N-1)/2;/=A、方法：连续取N个釆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=4B、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/* */#define N 12char filter。int sum = 0;for ( count=0;countvN;count+)sum + = ge

6、t_ad();delayO;return (char)(sum/N);/=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每次釆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 液面，N=412；温度，N=14N值的选取:流量，N=12 ；压力:N=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适用于脉冲干扰比较严重的场合比较浪费RAM4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)/*/#d

7、efine N 12char value_bufN;char i=0;char filter。char count;int sum=0;value_bufi+ = get_ad();if ( i = N ) i = 0;for ( count=0;countvN,count+)sum = value_bufcount;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)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：314B、优点:融合了两种滤波法的优点对

8、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RAM5、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_bufN;int sum=0;for (count=0;countvN;count+)value_bufcount = get_ad(); delay。；for (j=0;jvN-1;j+)for (i=0;ivN-j;i+)if ( value_bufivalue_bufi+1) temp = value_bu

9、fi; value_bufi = value_bufi+1; value_bufi+1 = temp;for(count=1;countvN-1;count+)sum += valuecount;return (char)(sum/(N-2);/=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RAM6、限幅平均滤波法/* */略参考子程序1、37、一阶滞后滤波法 /*为加快程序处理速度假定基数

10、为100， a=0100 */ #define a 50 char value; char filter。 char new_value;new_value = get_adO;return (100-a)*value + a*new_value;/=7、一阶滞后滤波法A、方法：取 a=01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

11、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8、加权递推平均滤波法/* coe数组为加权系数表，存在程序存储区。*/#define N 12char code coeN= 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;

12、char value_bufN;int sum=0;for (count=0,countvN;count+)value_bufcount = get_ad();delay();for (count=0,countvN;count+)sum += value_bufcount*coecount; return (char)(sum/sum_coe); /=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）如果计数器溢出测将本次值替换当前 有效值，并清计数器B、优点:对

13、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9、消抖滤波法#define N 12char filter。char count=0;char new_value;new_value = get_adO；while (value !=new_value);count+;if (count=N) return new_value; delay();value = get_ad();return value;/=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();