五大滤波算法原理、场景及实践 - 白话解析

在传感器采集数据的过程中，难免因为各种各样的干扰产生异常值，滤波分为电路滤波和算法滤波。电路滤波是从源头上解决（缓解）问题，但是使用成本比较高，即使使用了电路滤波也是不能保证每次采集的数据都是准确的，因为在实际的工作状态中遇到的干扰各种各样，算法滤波的成本比较低，基本思想是采集多次数据对这些采集的数据进行处理最后选择（或计算）出一个可靠的数据放入数据库，要注意算法滤波需要建立在电路滤波的基础上，因此将两者结合起来才能够保证每次写入数据库的数据是可靠的。

限幅滤波法

中位值滤波法

算术平均滤波法

一阶滞后滤波法

限幅消抖滤波法

A、思路：根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A），每次检测到新值时判断：如果本次值与上次值之差=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。
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。

intFilter_Value;intValue;voidsetup(){(9600);//初始化串口通信randomSeed(analogRead(0));//产生随机种子Value=300;}voidloop(){Filter_Value=Filter();//获得滤波器输出值Value=Filter_Value;//最近一次有效采样的值，该变量为全局变量(Filter_Value);//串口输出delay(50);}//用于随机产生一个300左右的当前值intGet_AD(){returnrandom(295,305);}//限幅滤波法（又称程序判断滤波法）defineFILTER_N101intFilter(){intfilter_buf[FILTER_N];inti,j;intfilter_temp;for(i=0;iFILTER_N;i++){filter_buf[i]=Get_AD();delay(1);}//采样值从小到大排列（冒泡法）for(j=0;jFILTER_N-1;j++){for(i=0;iFILTER_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;}}}returnfilter_buf[(FILTER_N-1)/2];}

A、方法：

连续取N个采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=4。

B、优点：

适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波；

这种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。

intFilter_Value;voidsetup(){(9600);//初始化串口通信randomSeed(analogRead(0));//产生随机种子}voidloop(){Filter_Value=Filter();//获得滤波器输出值(Filter_Value);//串口输出delay(50);}//用于随机产生一个300左右的当前值intGet_AD(){returnrandom(295,305);}//算术平均滤波法defineFILTER_(){intNewValue;NewValue=Get_AD();Value=(int)((float)NewValue*FILTER_A+(1.0-FILTER_A)*(float)Value);returnValue;}

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。

intFilter_Value;intValue;voidsetup(){(9600);//初始化串口通信randomSeed(analogRead(0));//产生随机种子Value=300;}voidloop(){Filter_Value=Filter();//获得滤波器输出值(Filter_Value);//串口输出delay(50);}//用于随机产生一个300左右的当前值intGet_AD(){returnrandom(295,305);}//限幅消抖滤波法defineFILTER_N5inti=0;intFilter(){intNewValue;intnew_value;NewValue=Get_AD();if(((NewValue-Value)FILTER_A)||((Value-NewValue)FILTER_A))new_value=Value;elsenew_value=NewValue;if(Value!=new_value){i++;if(iFILTER_N){i=0;Value=new_value;}}elsei=0;returnValue;}

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