在傳感器采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，難免因?yàn)楦鞣N各樣的干擾產(chǎn)生異常值，濾波分為電路濾波和算法濾波。電路濾波是從源頭上解決（緩解）問(wèn)題，但是使用成本比較高，即使使用了電路濾波也是不能保證每次采集的數(shù)據(jù)都是準(zhǔn)確的，因?yàn)樵趯?shí)際的工作狀態(tài)中遇到的干擾各種各樣，算法濾波的成本比較低，基本思想是采集多次數(shù)據(jù)對(duì)這些采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理最后選擇（或計(jì)算）出一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫(kù)，要注意算法濾波需要建立在電路濾波的基礎(chǔ)上，因此將兩者結(jié)合起來(lái)才能夠保證每次寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)是可靠的。
- 限幅濾波法
- 中位值濾波法
- 算術(shù)平均濾波法
- 一階滯后濾波法
- 限幅消抖濾波法
限幅濾波法（又稱(chēng)程序判斷濾波法）
A、思路： 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A），每次檢測(cè)到新值時(shí)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(wú)效，放棄本次值，用上次值代替本次值。
B、優(yōu)點(diǎn)： 能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。
C、缺點(diǎn)： 無(wú)法抑制那種周期性的干擾。 平滑度差。
int Filter_Value;
int Value;
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
randomSeed(analogRead(0)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子
Value = 300;
}
void loop() {
Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值
Value = Filter_Value; // 最近一次有效采樣的值，該變量為全局變量
Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出
delay(50);
}
// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值
int Get_AD() {
return random(295, 305);
}
// 限幅濾波法（又稱(chēng)程序判斷濾波法）
#define FILTER_A 1
int Filter() {
int NewValue;
NewValue = Get_AD();
if(((NewValue - Value) > FILTER_A) || ((Value - NewValue) > FILTER_A))
return Value;
else
return NewValue;
}
中位值濾波法
A、方法：
連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)），把N次采樣值按大小排列，
取中間值為本次有效值。
B、優(yōu)點(diǎn)：
能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾；
對(duì)溫度、液位的變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有良好的濾波效果。
C、缺點(diǎn)：
對(duì)流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜。
int Filter_Value;
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
randomSeed(analogRead(0)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子
}
void loop() {
Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值
Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出
delay(50);
}
// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值
int Get_AD() {
return random(295, 305);
}
// 中位值濾波法
#define FILTER_N 101
int Filter() {
int filter_buf[FILTER_N];
int i, j;
int filter_temp;
for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
filter_buf[i] = Get_AD();
delay(1);
}
// 采樣值從小到大排列（冒泡法）
for(j = 0; j < FILTER_N - 1; j++) {
for(i = 0; i < FILTER_N - 1 - j; i++) {
if(filter_buf[i] > filter_buf[i + 1]) {
filter_temp = filter_buf[i];
filter_buf[i] = filter_buf[i + 1];
filter_buf[i + 1] = filter_temp;
}
}
}
return filter_buf[(FILTER_N - 1) / 2];
}
算術(shù)平均濾波法
A、方法：
連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算：
N值較大時(shí)：信號(hào)平滑度較高，但靈敏度較低；
N值較小時(shí)：信號(hào)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(yōu)點(diǎn)：
適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波；
這種信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)。
C、缺點(diǎn)：
對(duì)于測(cè)量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用；
比較浪費(fèi)RAM。
int Filter_Value;
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
randomSeed(analogRead(0)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子
}
void loop() {
Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值
Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出
delay(50);
}
// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值
int Get_AD() {
return random(295, 305);
}
// 算術(shù)平均濾波法
#define FILTER_N 12
int Filter() {
int i;
int filter_sum = 0;
for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
filter_sum += Get_AD();
delay(1);
}
return (int)(filter_sum / FILTER_N);
}
一階滯后濾波法
A、方法：
取a=0-1，本次濾波結(jié)果=(1-a)本次采樣值+a上次濾波結(jié)果。
B、優(yōu)點(diǎn)：
對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用；
適用于波動(dòng)頻率較高的場(chǎng)合。
C、缺點(diǎn)：
相位滯后，靈敏度低；
滯后程度取決于a值大??；
不能消除濾波頻率高于采樣頻率1/2的干擾信號(hào)。
int Filter_Value;
int Value;
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
randomSeed(analogRead(0)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子
Value = 300;
}
void loop() {
Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值
Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出
delay(50);
}
// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值
int Get_AD() {
return random(295, 305);
}
// 一階滯后濾波法
#define FILTER_A 0.01
int Filter() {
int NewValue;
NewValue = Get_AD();
Value = (int)((float)NewValue * FILTER_A + (1.0 - FILTER_A) * (float)Value);
return Value;
}
限幅消抖濾波法
A、方法：
相當(dāng)于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”；
先限幅，后消抖。
B、優(yōu)點(diǎn)：
繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點(diǎn)；
改進(jìn)了“消抖濾波法”中的某些缺陷，避免將干擾值導(dǎo)入系統(tǒng)。
C、缺點(diǎn)：
對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜。
int Filter_Value;
int Value;
void setup() {
Serial.begin(9600); // 初始化串口通信
randomSeed(analogRead(0)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子
Value = 300;
}
void loop() {
Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值
Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出
delay(50);
}
// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值
int Get_AD() {
return random(295, 305);
}
// 限幅消抖濾波法
#define FILTER_A 1
#define FILTER_N 5
int i = 0;
int Filter() {
int NewValue;
int new_value;
NewValue = Get_AD();
if(((NewValue - Value) > FILTER_A) || ((Value - NewValue) > FILTER_A))
new_value = Value;
else
new_value = NewValue;
if(Value != new_value) {
i++;
if(i > FILTER_N) {
i = 0;
Value = new_value;
}
}
else
i = 0;
return Value;
}
本文作者熊冰，個(gè)人網(wǎng)站Bing的天涯路，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
