標題: AD數(shù)據(jù)濾波算法，適用于各種MCU實時數(shù)據(jù)處理的場合 [打印本頁]
作者: 韋.小.寶    時間: 2018-8-27 09:10
標題: AD數(shù)據(jù)濾波算法，適用于各種MCU實時數(shù)據(jù)處理的場合
前面閑來無事，整理了下平時用得比較多的部分MCU濾波算法，當然 代碼網(wǎng)上都有，我只是做了一個搬運工，合并了一些算法，整理成模塊函數(shù)，需要用的時候直接調(diào)用就可以。
這里簡單介紹包含的內(nèi)容，詳細代碼和使用說明在附件里。大家可自行查閱。

AD濾波算法函數(shù)模塊說明：
  一、該模塊包含濾波算法有：中位值濾波、中位值平均濾波、遞推平均濾波、一階滯后濾波。用戶可根據(jù)項目不同情況選用不同的濾波算法。
1.1、中位值濾波：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。適用范圍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(shù)有良好的濾波效果。不過對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜。
1.2、中位值平均濾波：連續(xù)采用N個數(shù)據(jù)，去掉一個最大值和一個最小值，然后計算N-2個數(shù)據(jù)的算術平均值。適用范圍：對應偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。但是測量速度較慢, 比較浪費RAM。
1.3遞推平均濾波：把連續(xù)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(shù)據(jù)放入隊尾，并扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù)，把隊列中得N個數(shù)據(jù)進行算術平均運算，就可以獲得新的濾波結果。
適用范圍：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(tǒng)。缺點是靈敏度低，對偶然出現(xiàn)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。
1.4、一階滯后濾波：對周期性干擾具有良好的抑制作用，適用于波動頻率較高得場合。缺點就是相位滯后，靈敏度低，滯后程度取決于a的大小，不能消除濾波頻率高于采樣頻率1/21/2的干擾信號。本次濾波結果result=(1-a)*本次采樣值+a*上次值。a=(0~1）
二、濾波函數(shù)
2.1、中位值/中位值平均濾波函數(shù)
函數(shù)名：FILTER_median(TYPE_STATE Flag)
輸入值：Flag：選擇中位值濾波或中位值平均濾波
                ON：中位值平均濾波  OFF：中位值濾波
返回值：濾波結果
2.2、遞推平均濾波函數(shù)
函數(shù)名：FILTER_recursive()
輸入值：無
返回值：sum：濾波結果
2.3、一階滯后濾波函數(shù)
函數(shù)名：FILTER_firstorder()
輸入值：無
返回值：value：濾波結果
備注：在干電池剩余電量檢測中，經(jīng)過測試對比數(shù)據(jù)，使用中位值平均濾波算法比較合適。數(shù)據(jù)整體表現(xiàn)平穩(wěn)，靈敏度較高，脈沖干擾直接濾除。測試數(shù)據(jù)如下：

單片機源程序如下:
  1. /*********************************************************
  2. *文件名:  filter.c
  3. *日  期:  2018/7/26
  4. *描  述:  AD濾波算法函數(shù)集合
  5. *備  注:  
  6. **********************************************************/
  7. #include "filter.h"
  8. /*************************************
  9.   函數(shù)名：Delay
  10.   描  述：軟件延時
  11.   輸入值：ncount ：延時時長
  12.   返回值：無
  13. **************************************/
  14. void Delay(unsigned short int ncount)
  15. {
  16.   for(; ncount != 0; ncount--);
  17. }


  20. /*
  21. uint16_t FILTER_limit()                                        //限幅濾波  A為兩次采樣最大偏差值
  22. {
  23.   uint16_t new_value=0,value=0;

  25.   new_value = AD_VALUE;

  27.   if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A ) )
  28.                 return value;
  29.   else
  30.                 return new_value;

  32. }
  33.         
  34. */        
  35.         
  36. /*****************************************************
  37.   函數(shù)名：FILTER_median
  38.   描  述：中位值濾波：連續(xù)采樣N次(N取奇數(shù))，
  39.         把N次采樣值按大小排列，取中間值為本次有效值。
  40.         適用范圍能有效克服因偶然因素引起的波動干擾，
  41.         對溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果。
  42.         不過對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜。
  43.         
  44.   中位值平均濾波：連續(xù)采用N個數(shù)據(jù)，去掉一個最大值
  45.         和一個最小值，然后計算N-2個數(shù)據(jù)的算術平均值。
  46.         適用范圍：對應偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖
  47.         干擾所引起的采樣值偏差。但是測量速度較慢, 比較浪費RAM。
  48.         
  49.   輸入值：Flag：選擇中位值濾波或中位值平均濾波
  50.           ON：中位值平均濾波  OFF：中位值濾波
  51.   返回值：濾波結果
  52.         備注：中位值濾波：N取奇數(shù)，N=2^x次方+1 為宜
  53.                                 中位值平均濾波：N=2^x次方+2 為宜
  54. ******************************************************/
  55. unsigned short int FILTER_median(TYPE_STATE Flag)        //中位值濾波   中位值平均濾波  N為采樣次數(shù)，取奇數(shù)  Flag:中位值平均濾波使能
  56. {
  57.                 unsigned short int value_buf[N],temp=0;                        
  58. #if(Flag)
  59.                 unsigned short int sum=0;
  60. #endif
  61.                 unsigned char count,i,j;
  62.                
  63.                 for (count=0;count<N;count++)
  64.                         {
  65.                                 value_buf[count] = AD_VALUE;
  66.                                 Delay(300);                                                                                                //等待AD轉換
  67.                         }
  68.                         
  69.                 for(j=0;j<N-1;j++)                                                                          //排序
  70.                         {
  71.                                 for(i=0;i<N-j-1;i++)        
  72.                                         {
  73.                                                 if ( value_buf[i] > value_buf[i+1] )
  74.                                                         {
  75.                                                                 temp =        value_buf[i];
  76.                                                                 value_buf[i] = value_buf[i+1];
  77.                                                                 value_buf[i+1] = temp;
  78.                                                         }
  79.                                         }
  80.                         }
  81. #if(Flag)
  82.                 for(count=1;count<N-1;count++)                                //中位求平均 由Flag標志控制
  83.                         sum+=value_buf[count];
  84.                         return (uint16_t)(sum/(N-2));
  85. #endif
  86.                 return value_buf[(N-1)/2];                                                //中位值
  87. }



  91. /***************************************************
  92.   函數(shù)名：FILTER_recursive
  93.   描  述：遞推平均濾波：把連續(xù)取N個采樣值看成一個隊列，
  94.         隊列的長度固定為N，每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，并
  95.         扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù)，把隊列中得N個數(shù)據(jù)進行算術平
  96.         均運算，就可以獲得新的濾波結果。
  97.         適用范圍：對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，
  98.         適用于高頻振蕩的系統(tǒng)。缺點是靈敏度低，對偶然出現(xiàn)的
  99.         脈沖性干擾的抑制作用較差，不易消除由于脈沖干擾所引
  100.         起的采樣值偏差，不適用于脈沖干擾比較嚴重的場合
  101.   輸入值：無
  102.   返回值：sum：濾波結果
  103.         備注：N=2^x次方 為宜
  104. ***************************************************/
  105. unsigned short int FILTER_recursive()                                        //遞推平均濾波  N為隊列長度
  106. {
  107.         unsigned short int sum=0;
  108.         unsigned char count=0;
  109.         static unsigned char i=0,num=0;
  110.         static unsigned short int value_temp[N];
  111.         do{
  112.         if(i<N)                                                                                                        //每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾，并扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù)。（先進先出原則）
  113.         {                                                                                                                                //把隊列中的N個數(shù)據(jù)進行算術平均運算，就可獲得新的濾波結果
  114.                 value_temp[i] = AD_VALUE;
  115.                 i++;
  116.                 i=(i==N)?0:i;                                                                        //三目運算 i清零
  117.         }
  118.         num++;
  119.         num=num<N?num:N;
  120. }while(num<N);
  121.         for(count=0;count<N;count++)               
  122.                 sum += value_temp[count];
  123.       
  124.         sum = sum/N;        
  125.         return sum;
  126. }



  130. /*****************************************************************
  131.   函數(shù)名：FILTER_firstorder
  132.   描  述：一階滯后濾波：取a=(0,1）
  133.         本次濾波結果result=(1-a)*本次采樣值+a*上次值
  134.         對周期性干擾具有良好的抑制作用，
  135.         適用于波動頻率較高得場合。缺點就是相位滯后，靈敏度低，
  136.         滯后程度取決于a的大小，不能消除濾波頻率高于采樣頻率1/21/2的干擾信號
  137.   輸入值：無
  138.   返回值：value：濾波結果
  139.         備注：A取值0——100 A值越小，濾波結果越平穩(wěn)，但是靈敏度越低
  140.                                                                                  A值越大，靈敏度越高，但是濾波結果越不穩(wěn)定
  141. *****************************************************************/
  142. unsigned short int FILTER_firstorder()                                        //一階滯后濾波，A取值0——100  
  143. {                                                                                                                                                        
  144.         static unsigned short int value=0;                                                
  145.         unsigned short int new_value;
  146.         value = (value==0)?AD_VALUE:value;        // 三目運算，避免第一次采樣value值為0
  147.         new_value = AD_VALUE;                                                               
  148.         
  149.         value = (100-A)*value/100 + A*new_value/100;
  150.         return value;
  151. }
復制代碼

  1. /*********************************************************
  2. *文件名:  filter.h
  3. *日  期:  2018/7/26
  4. *描  述:  AD濾波算法函數(shù)頭文件
  5. *備  注:  
  6. **********************************************************/
  7. #ifndef __FILTER_H__
  8. #define __FILTER_H__

  10. //typedef unsigned          char uint8_t;
  11. //typedef unsigned short     int uint16_t;
  12. //typedef unsigned           int uint32_t;
  13. //typedef unsigned       __int64 uint64_t;

  15. typedef enum {OFF = 0x0, ON = 0x1} TYPE_STATE;


  18. extern unsigned short int meanvalue;                                //        ADC值聲明 meanvalue根據(jù)情況改變

  20. #define  AD_VALUE          meanvalue                //        ADC采集值 meanvalue根據(jù)情況改變可直接宏定義AD函數(shù)
  21. #define A 50                                                                                // 一階滯后濾波系數(shù)
  22. #define N 9                                                                                // 采樣次數(shù) 不同的濾波方法取值不同
  23. #define TIME        300                                                        //AD讀取延時，等待AD采集完成 大致夠AD采集時間即可

  25. /******** 函******* 數(shù) ******* 聲 ******* 明 ********/
  26. unsigned short int FILTER_limit(void);                  //限幅濾波
  27. unsigned short int FILTER_median(TYPE_STATE Flag);                  //中位值濾波   中位值平均濾波 Flag:中位值平均濾波使能
  28. unsigned short int FILTER_recursive(void);        //遞推平均濾波
  29. unsigned short int FILTER_firstorder(void);        //一階滯后濾波

  31. #endif

復制代碼


所有資料51hei提供下載:
濾波算法.rar (43.04 KB, 下載次數(shù): 258)


作者: JyChal    時間: 2019-4-21 10:32
好東西啊，多謝樓主分享
作者: JyChal    時間: 2019-4-21 10:41
這些濾波算法確實挺適合單片機使用，簡單方便，哈，謝謝樓主分享
作者: songster    時間: 2019-4-21 18:35
可以的，碼農(nóng)的搬運工，學習了，正好最近在學習32的AD數(shù)據(jù)采集
作者: irisice008    時間: 2019-5-17 21:16
非常好的資料，多謝樓主分享
作者: jxchen    時間: 2019-5-19 19:38
THANSK ~~~~~~~~~~~~
作者: kudar    時間: 2019-5-23 12:51
正是我需要的，謝謝。
作者: wdliming    時間: 2019-9-14 22:48
謝謝分享~~
作者: leo2002zhang    時間: 2019-9-16 10:30
謝謝樓主，不錯。以前AD數(shù)據(jù)都沒有考慮濾波。。。
作者: waerdeng    時間: 2019-9-16 18:54
東西比較豐富，大家保存?zhèn)溆?hr noshade size="2" width="100%" color="#808080"> 作者: eee123    時間: 2019-10-8 11:07
大自然的搬運工
作者: jianfeii    時間: 2019-10-9 09:24
這個寫法比較基礎,用結構體寫的話會更好用一些
作者: cici8718    時間: 2019-11-7 16:34
謝謝分享
作者: cici8718    時間: 2019-11-7 16:39
學習了，之前只做了中值平均濾波
作者: 肥佬的黑貓    時間: 2019-11-9 11:36
謝謝大佬的分享
作者: pmsjzj    時間: 2019-12-7 10:43
好東西，感謝分享
作者: aking991    時間: 2019-12-7 14:39
源碼中有幾處帶問號“？”的應是什么？
num=num<N?num:N;

value = (value==0)?AD_VALUE:value;        // 三目運算，避免第一次采樣value值為0
作者: wubangdi    時間: 2020-4-15 15:16
謝謝分享~~
作者: 神出沒    時間: 2020-4-16 10:58
不錯，每天來逛逛，下載點資料
作者: jack2dawn    時間: 2020-4-30 11:30
不錯，值得參考
作者: 天道hs    時間: 2020-6-16 19:53
感謝樓主分享




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