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單片機ADC的十大C語言濾波算法

STM32嵌入式開發 ? 來源:STM32嵌入式開發 ? 2023-03-03 09:50 ? 次閱讀

一、限幅濾波法

1、方法:

根據經驗判斷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:

a. 如果本次值與上次值之差<=A,則本次值有效 b. 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

2、優點:

能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾

3、缺點

無法抑制那種周期性的干擾

平滑度差


/* A值根據實際調,Value有效值,new_Value當前采樣值,程序返回有效的實際值 */
#define A 10
char Value;
char filter()
{
    char new_Value;
    new_Value = get_ad(); // 獲取采樣值
    if( abs(new_Value - Value) > A)   
        return Value;     // abs()取絕對值函數
    return new_Value;
}
二、中位值濾波法 1、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

2、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

3、缺點:

對流量、速度等快速變化的參數不宜


#define N 11
char filter()
{
    char value_buf[N];
    char count, i, j, temp;
    for(count = 0; count < N; count ++) //獲取采樣值
    {
        value_buf[count] = 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、算術平均濾波法 1、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

2、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

3、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


#define N 12
char filter()
{
    int sum = 0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        sum += get_ad();
    } 
    return (char)(sum/N);
}

四、遞推平均濾波法

1、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

2、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

3、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


/* A值根據實際調,Value有效值,new_Value當前采樣值,程序返回有效的實際值 */
#define A 10
char Value;
char filter()
{
    char new_Value;
    new_Value = get_ad(); // 獲取采樣值
    if( abs(new_Value - Value) > A)   
        return Value;     // abs()取絕對值函數
    return new_Value;
}

五、中位值平均濾波法

1、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

2、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

3、缺點:

測量速度較慢,和算術平均濾波法一樣

比較浪費RAM


char filter()
{
    char count, i, j;
    char Value_buf[N];
    int sum = 0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        Value_buf[count] = get_ad();
    } 
    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(count = 1; count < N-1; count ++)
    {
        sum += Value_buf[count];
    }
    return (char)(sum/(N-2));
}

六、限幅平均濾波法

1、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

2、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

3、缺點:

比較浪費RAM


#define A 10
#define N 12
char value, i = 0;
char value_buf[N];
char filter()
{
    char new_value, sum = 0;
    new_value = get_ad();
    if(Abs(new_value - value) < A)  
        value_buf[i++] = new_value;
    if(i==N)  
        i=0;
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        sum += value_buf[count];
    }
    return (char)(sum/N);
}

七、一階滯后濾波法

1、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

2、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

3、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


/*為加快程序處理速度,取a=0~100*/
#define a 30
char value;
char filter()
{
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    return ((100-a)*value + a*new_value);
}

八、加權遞推平均濾波法

1、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

2、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

3、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

不能迅速反應交易系統當前所受干擾的嚴重程度,濾波效果差


/* coe數組為加權系數表 */
#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();
    }
    for(count = 0; count < N; count++)
    {
        sum += value_buf[count] * coe[count];
    } 
    return (char)(sum/sum_coe);
}

九、消抖濾波法

1、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>或<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

2、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

3、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交易系統


#define N 12
char filter()
{
    char count = 0, new_value;
    new_value = get_ad();
    while(value != new_value)
    {
        count++;
        if(count >= N) 
            return new_value;
        new_value = get_ad();
    }
    return value;
}

十、限幅消抖濾波法

1、方法:

相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”

先限幅,后消抖

2、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

3、缺點:

對于快速變化的參數不宜


#define A 10
#define N 12
char value;
char filter()
{
    char new_value, count = 0;
    new_value = get_ad();
    while(value != new_value)
    {
        if(Abs(value - new_value) < A)
        {
            count++;
            if(count >= N) 
                return new_value;
            new_value = get_ad();
        }
        return value;
    }
}

審核編輯:湯梓紅

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原文標題:單片機ADC,十大C語言濾波算法

文章出處:【微信號:c-stm32,微信公眾號:STM32嵌入式開發】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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