【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 濾波計(jì)數(shù)器將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較：如果采樣值＝當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零如果采樣值 當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器 +1，并判斷計(jì)數(shù)器是否 =上限 N(溢出 )，如果計(jì)數(shù)器溢出 ,則將本次值替換當(dāng)前有效值 ,并清計(jì)數(shù)器 。 B、優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有較好的濾波效果，可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開 /關(guān)跳動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng)。 C、缺點(diǎn)：對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜，如果在計(jì)數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值 ,則會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng)。 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。 IIR 數(shù)字濾波器 A. 方法：確定信號(hào)帶寬， 濾之。 Y(n) = a1*Y(n1) + a2*Y(n2) + . + ak*Y(nk) + b0*X(n) + b1*X(n1) + b2*X(n2) + . + bk*X(nk)。 B. 優(yōu)點(diǎn)：高通，低通，帶通，帶阻任意。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 (用 matlab） C. 缺點(diǎn)：運(yùn)算量大。 數(shù)字濾波常用方法（帶程序） sailing 發(fā)表于 202085 15:48:20 10 種軟件濾波方法的示例程序 OurWay 發(fā)表于 202092 22:24:00 10 種軟件濾波方法的示例程序 (JKRL) 假定從 8 位 AD 中讀取數(shù)據(jù)（如果是更高位的 AD可定義數(shù)據(jù)類型為 int),子程序?yàn)?get_ad()。 限副濾波 /* A 值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整 value 為有 效值， new_value為當(dāng)前采樣值 濾波程序返回有效的實(shí)際值 */ define A 10 char value。 char filter() { char new_value。 new_value = get_ad()。 if ( ( new_value value A ) || ( value new_value A ) return value。 return new_value。 } 中位值濾波法 /* N 值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整 排序采用冒泡法 */ define N 11 char filter() { char value_buf[N]。 char count,i,j,temp。 for ( count=0。countN。count++) { value_buf[count] = get_ad()。 delay()。 } for (j=0。jN1。j++) { for (i=0。iNj。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[(N1)/2]。 } 算術(shù)平均濾波法 define N 12 char filter() { int sum = 0。 for ( count=0。countN。count++) { sum + = get_ad()。 delay()。 } return (char)(sum/N)。 } 遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法） define N 12 char value_buf[N]。 char i=0。 char filter() { char count。 int sum=0。 value_buf[i++] = get_ad()。 if ( i == N ) i = 0。 for ( count=0。countN,count++) sum = value_buf[count]。 return (char)(sum/N)。 } 中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法） define N 12 char filter() { char count,i,j。 char value_buf[N]。 int sum=0。 for (count=0。countN。count++) { value_buf[count] = get_ad()。 delay()。 } for (j=0。jN1。j++) { for (i=0。iNj。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。countN1。count++) sum += value[count]。 return (char)(sum/(N2))。 } 限幅平均濾波法 /* */ 略 參考子程序 3 一階滯后濾波法 /* 為加快程序處理速度假定基數(shù)為 100， a=0~100 */ define a 50 char value。 char filter() { char new_value。 new_value = get_ad()。 return (100a)*value + a*new_value。 } 加權(quán)遞推平均濾波法 /* coe 數(shù)組為加權(quán)系數(shù)表，存在程序存儲(chǔ)區(qū)。 */ 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,countN。count++) { value_buf[count] = get_ad()。 delay()。 } for (count=0,countN。count++) sum += value_buf[count]*coe[count]。 return (char)(sum/sum_coe)。 } 消抖濾波法 define N 12 char filter() { char count=0。 char new_value。 new_value = get_ad()。 while (value !=new_value)。 { count++。 if (count=N) return new_value。 delay()。 new_value = get_ad()。 } return value。 } 限幅消抖濾波法 /* */ 略 參考子程序 9 微機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)字濾波算法 任克強(qiáng) 1，劉暉 2 （ 信息工程學(xué)院江西 贛州 341000； 機(jī)電工程學(xué)院江西 贛州 341000） 摘 要 ：分析了采用數(shù)字濾波消除隨機(jī)干擾的優(yōu)點(diǎn)，詳細(xì)論述了微機(jī)控制系統(tǒng)中常用的 8 關(guān)鍵詞 1 引言 在微機(jī)控制系統(tǒng)的模擬輸入信號(hào)中，一般均含有各種噪聲和干擾， 他們來自被測(cè)信號(hào)源本身、傳感器、外界干擾等。為了進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和控制，必須消除被測(cè)信號(hào)中的噪聲和干擾。噪聲有 2大類：一類為周期性的，其典型代表為 50 Hz的工頻干擾，對(duì)于這類信號(hào)，采用積分時(shí)間等于 20 ms 整倍數(shù)的雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器，可有效地消除其影響；另一類為非周期的不規(guī)則隨機(jī)信號(hào)，對(duì)于隨機(jī)干擾，可以用數(shù)字濾波方法予以削弱或?yàn)V除。所謂數(shù)字濾波，就是通過一定的計(jì)算或判斷程序減少干擾信號(hào)在有用信號(hào)中的比重，因此他實(shí)際上是一個(gè)程序?yàn)V波。 點(diǎn)： (1)數(shù)字濾波器是用軟件實(shí)現(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，因而可靠性高、穩(wěn)定性好，不存在阻抗匹配問題。 (2)模擬濾波器通常是各通道專用，而數(shù)字濾波器則可多通道共享，從而降低了成本。 (3)數(shù)字濾波器可以對(duì)頻率很低 (如 Hz)的信號(hào)進(jìn)行濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的限制，頻率不可能太低。 (4)數(shù)字濾波器可以根據(jù)信號(hào)的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。 2 常用數(shù)字濾波算法 數(shù)字濾波器是將一組輸入數(shù)字序列進(jìn)行一定的運(yùn)算而轉(zhuǎn)換成另一組輸出數(shù)字 序列的裝置。設(shè)數(shù)字濾波器的輸入為 X(n)，輸出為 Y(n)，則輸入序列和輸出序列之間的關(guān)系可用差分方程式表示為： 其中：輸入信號(hào) X(n)可以是模擬信號(hào)經(jīng)采樣和 A/D 變換后得到的數(shù)字序列，也可以是計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)。具有上述關(guān)系的數(shù)字濾波器的當(dāng)前輸出與現(xiàn)在的和過去的輸入、過去的輸出有關(guān)。由這樣的差分方程式組成的濾波器稱為遞歸 型數(shù)字濾波器。如果將上述差分方程式中 bK取 0，則可得： 說明輸出只和現(xiàn)在的輸入和過去的輸入有關(guān)。這種類型的濾波器稱為非遞歸型數(shù)字濾波器。 參數(shù) aK、 bK的選擇不同，可以實(shí)現(xiàn)低通、高通、帶通、帶阻等不同的數(shù)字濾波器。 算術(shù)平均值濾波 算術(shù)平均值濾波是要尋找一個(gè) Y，使該值與各采樣值 X(K)(K=1～ N)之間誤差的平方和為最小，即： 這時(shí)，可滿足式 (3)。式 (4)便是算術(shù)平均值濾波的算法。 設(shè)第二次測(cè)量的測(cè)量值包含信號(hào)成分 Si和噪聲成分 Ci，則進(jìn)行 N次測(cè)量的信號(hào)成分之和為： 噪聲的強(qiáng)度是用均方根來衡量的，當(dāng)噪聲為隨機(jī)信號(hào)時(shí)，進(jìn)行 N 次測(cè)量的噪聲強(qiáng)度之和為： 式 (5)和式 (6)中， S、 C分別表示進(jìn)行 N 次測(cè)量后信號(hào)和噪聲的平均幅度。 這樣對(duì) N 次測(cè)量進(jìn)行算術(shù)平均后的信噪比為： 其中， S／ C是求算術(shù)平均值前的信噪比。因此采用算術(shù)平均值后，使信噪比提高了 倍。 算術(shù)平均值法適用于對(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) 值范圍附近作上下波動(dòng)，此時(shí)僅取一個(gè)采樣值作依據(jù)顯然是不準(zhǔn)確的，如壓力、流量、液平面等信號(hào)的測(cè)量。但對(duì)脈沖性干擾的平滑作用尚不理想，因此他不適用于脈沖性干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合。由式 (7)可知，算術(shù)平均值法對(duì)信號(hào)的平滑濾波程度完全取決于 N。當(dāng) N較大時(shí)，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號(hào)的變化對(duì)測(cè)量計(jì)算結(jié)果 Y的影響小；當(dāng) N較小時(shí)，平滑度低，但靈敏度高。應(yīng)視具體情況選取 N，以便既少占用計(jì)算時(shí)間，又達(dá)到最好的效果，如對(duì)一般流量測(cè)量，可取 N=8～ 16，對(duì)壓力等測(cè)量，可取 N=4。 加權(quán)平均值濾波 算術(shù)平均值法對(duì)每 次采樣值給出相同的加權(quán)系數(shù)，即 1／ N。但有些場(chǎng)合為了改進(jìn)濾波效果，提高系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前所受干擾的靈敏度，需要增加新采樣值在平均值中的比重，即將各采樣值取不同的比例，然后再相加，此方法稱為加權(quán)平均值法。一個(gè) N項(xiàng)加權(quán)平均式為： 常數(shù) C1， C2，?， CN的選取是多種多樣的，其中常用的是加權(quán)系數(shù)法，即： 他給不同的相對(duì)采樣時(shí)間得到的采樣值以不同的權(quán)系數(shù)，以便能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度。但采用加權(quán)平均值法需要測(cè)試不同過程的純滯后時(shí)間τ，同時(shí)要不斷計(jì)算各權(quán)系數(shù)，增加了計(jì)算量，降低了控制速度，因而他的實(shí)際應(yīng)用不如算術(shù)平均值法廣泛。 滑動(dòng)平均值濾波 以上 平均濾波算法有一個(gè)共同點(diǎn)，即每計(jì)算 1次有效采樣值必須連續(xù)采樣N次。對(duì)于采樣速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速率較高的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，這些方法是無法使用的。例如 A／ D 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣速率為每秒 10 次，而要求每秒輸入 4 次數(shù)據(jù)時(shí)，則 N不能大于 2?；瑒?dòng)平均值法只采樣 1次，將本次采樣值和以前的 N－ 1次采樣值一起求平均，得到當(dāng)前的有效