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2014-10-16 15:50:09


最近用Arduino做电子秤,为了解决数据的跳变研究了不少滤波算法。网上能找到大把的十大滤波算法帖子,每一篇都不太一样,都号称精编啊,除错啊什么的,可是放到板子里却没一个能正常跑起来的。于是决定自己整理一下这些程序,完美移植到Arduino中。

所以大家看到这个帖子的时候,不要怀疑我重复发帖。我的代码都是经过反复试验,复制到Arduino中就能开跑的成品代码,移植到自己的程序中非常方便。而且都仔细研究了各个算法,把错误都修正了的(别的程序连冒泡算法都是溢出的,不信自己找来细看看),所以也算个小原创吧,在别人基础上的原创。

转载请注明出处:极客工坊  

By shenhaiyu 2013-11-01



1、限幅滤波法(又称程序判断滤波法)
2、中位值滤波法
3、算术平均滤波法
4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)
5、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)
6、限幅平均滤波法
7、一阶滞后滤波法
8、加权递推平均滤波法
9、消抖滤波法
10、限幅消抖滤波法
11、新增加 卡尔曼滤波(非扩展卡尔曼),代码在17楼()感谢zhangzhe0617分享

程序默认对int类型数据进行滤波,如需要对其他类型进行滤波,只需要把程序中所有int替换成long、float或者double即可。



1、限幅滤波法(又称程序判断滤波法)
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:限幅滤波法(又称程序判断滤波法)
  3. B、方法:
  4.     根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值(设为A),
  5.     每次检测到新值时判断:
  6.     如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效,
  7.     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。
  8. C、优点:
  9.     能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
  10. D、缺点:
  11.     无法抑制那种周期性的干扰。
  12.     平滑度差。
  13. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  14. */
  15.  
  16. int Filter_Value;
  17. int Value;
  18.  
  19. void setup() {
  20.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  21.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  22.   Value = 300;
  23. }
  24.  
  25. void loop() {
  26.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  27.   Value = Filter_Value;          // 最近一次有效采样的值,该变量为全局变量
  28.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  29.   delay(50);
  30. }
  31.  
  32. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  33. int Get_AD() {
  34.   return random(295, 305);
  35. }
  36.  
  37. // 限幅滤波法(又称程序判断滤波法)
  38. #define FILTER_A 1
  39. int Filter() {
  40.   int NewValue;
  41.   NewValue = Get_AD();
  42.   if(((NewValue - Value) > FILTER_A) || ((Value - NewValue) > FILTER_A))
  43.     return Value;
  44.   else
  45.     return NewValue;
  46. }





2、中位值滤波法
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:中位值滤波法
  3. B、方法:
  4.     连续采样N次(N取奇数),把N次采样值按大小排列,
  5.     取中间值为本次有效值。
  6. C、优点:
  7.     能有效克服因偶然因素引起的波动干扰;
  8.     对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。
  9. D、缺点:
  10.     对流量、速度等快速变化的参数不宜。
  11. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  12. */
  13.  
  14. int Filter_Value;
  15.  
  16. void setup() {
  17.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  18.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  19. }
  20.  
  21. void loop() {
  22.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  23.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  24.   delay(50);
  25. }
  26.  
  27. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  28. int Get_AD() {
  29.   return random(295, 305);
  30. }
  31.  
  32. // 中位值滤波法
  33. #define FILTER_N 101
  34. int Filter() {
  35.   int filter_buf[FILTER_N];
  36.   int i, j;
  37.   int filter_temp;
  38.   for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
  39.     filter_buf[i] = Get_AD();
  40.     delay(1);
  41.   }
  42.   // 采样值从小到大排列(冒泡法)
  43.   for(j = 0; j < FILTER_N - 1; j++) {
  44.     for(i = 0; i < FILTER_N - 1 - j; i++) {
  45.       if(filter_buf[i] > filter_buf[i + 1]) {
  46.         filter_temp = filter_buf[i];
  47.         filter_buf[i] = filter_buf[i + 1];
  48.         filter_buf[i + 1] = filter_temp;
  49.       }
  50.     }
  51.   }
  52.   return filter_buf[(FILTER_N - 1) / 2];
  53. }





3、算术平均滤波法
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:算术平均滤波法
  3. B、方法:
  4.     连续取N个采样值进行算术平均运算:
  5.     N值较大时:信号平滑度较高,但灵敏度较低;
  6.     N值较小时:信号平滑度较低,但灵敏度较高;
  7.     N值的选取:一般流量,N=12;压力:N=4。
  8. C、优点:
  9.     适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波;
  10.     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。
  11. D、缺点:
  12.     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;
  13.     比较浪费RAM。
  14. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  15. */
  16.  
  17. int Filter_Value;
  18.  
  19. void setup() {
  20.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  21.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  22. }
  23.  
  24. void loop() {
  25.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  26.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  27.   delay(50);
  28. }
  29.  
  30. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  31. int Get_AD() {
  32.   return random(295, 305);
  33. }
  34.  
  35. // 算术平均滤波法
  36. #define FILTER_N 12
  37. int Filter() {
  38.   int i;
  39.   int filter_sum = 0;
  40.   for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
  41.     filter_sum += Get_AD();
  42.     delay(1);
  43.   }
  44.   return (int)(filter_sum / FILTER_N);
  45. }





4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)
  3. B、方法:
  4.     把连续取得的N个采样值看成一个队列,队列的长度固定为N,
  5.     每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据(先进先出原则),
  6.     把队列中的N个数据进行算术平均运算,获得新的滤波结果。
  7.     N值的选取:流量,N=12;压力,N=4;液面,N=4-12;温度,N=1-4。
  8. C、优点:
  9.     对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高;
  10.     适用于高频振荡的系统。
  11. D、缺点:
  12.     灵敏度低,对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差;
  13.     不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差;
  14.     不适用于脉冲干扰比较严重的场合;
  15.     比较浪费RAM。
  16. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  17. */
  18.  
  19. int Filter_Value;
  20.  
  21. void setup() {
  22.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  23.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  24. }
  25.  
  26. void loop() {
  27.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  28.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  29.   delay(50);
  30. }
  31.  
  32. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  33. int Get_AD() {
  34.   return random(295, 305);
  35. }
  36.  
  37. // 递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)
  38. #define FILTER_N 12
  39. int filter_buf[FILTER_N + 1];
  40. int Filter() {
  41.   int i;
  42.   int filter_sum = 0;
  43.   filter_buf[FILTER_N] = Get_AD();
  44.   for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
  45.     filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; // 所有数据左移,低位仍掉
  46.     filter_sum += filter_buf[i];
  47.   }
  48.   return (int)(filter_sum / FILTER_N);
  49. }





5、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)
  3. B、方法:
  4.     采一组队列去掉最大值和最小值后取平均值,
  5.     相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。
  6.     连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值,
  7.     然后计算N-2个数据的算术平均值。
  8.     N值的选取:3-14。
  9. C、优点:
  10.     融合了“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”两种滤波法的优点。
  11.     对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由其所引起的采样值偏差。
  12.     对周期干扰有良好的抑制作用。
  13.     平滑度高,适于高频振荡的系统。
  14. D、缺点:
  15.     计算速度较慢,和算术平均滤波法一样。
  16.     比较浪费RAM。
  17. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  18. */
  19.  
  20. int Filter_Value;
  21.  
  22. void setup() {
  23.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  24.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  25. }
  26.  
  27. void loop() {
  28.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  29.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  30.   delay(50);
  31. }
  32.  
  33. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  34. int Get_AD() {
  35.   return random(295, 305);
  36. }
  37.  
  38. // 中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)(算法1)
  39. #define FILTER_N 100
  40. int Filter() {
  41.   int i, j;
  42.   int filter_temp, filter_sum = 0;
  43.   int filter_buf[FILTER_N];
  44.   for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
  45.     filter_buf[i] = Get_AD();
  46.     delay(1);
  47.   }
  48.   // 采样值从小到大排列(冒泡法)
  49.   for(j = 0; j < FILTER_N - 1; j++) {
  50.     for(i = 0; i < FILTER_N - 1 - j; i++) {
  51.       if(filter_buf[i] > filter_buf[i + 1]) {
  52.         filter_temp = filter_buf[i];
  53.         filter_buf[i] = filter_buf[i + 1];
  54.         filter_buf[i + 1] = filter_temp;
  55.       }
  56.     }
  57.   }
  58.   // 去除最大最小极值后求平均
  59.   for(i = 1; i < FILTER_N - 1; i++) filter_sum += filter_buf[i];
  60.   return filter_sum / (FILTER_N - 2);
  61. }
  62.  
  63.  
  64. //  中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)(算法2)
  65. /*
  66. #define FILTER_N 100
  67. int Filter() {
  68.   int i;
  69.   int filter_sum = 0;
  70.   int filter_max, filter_min;
  71.   int filter_buf[FILTER_N];
  72.   for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
  73.     filter_buf[i] = Get_AD();
  74.     delay(1);
  75.   }
  76.   filter_max = filter_buf[0];
  77.   filter_min = filter_buf[0];
  78.   filter_sum = filter_buf[0];
  79.   for(i = FILTER_N - 1; i > 0; i--) {
  80.     if(filter_buf[i] > filter_max)
  81.       filter_max=filter_buf[i];
  82.     else if(filter_buf[i] < filter_min)
  83.       filter_min=filter_buf[i];
  84.     filter_sum = filter_sum + filter_buf[i];
  85.     filter_buf[i] = filter_buf[i - 1];
  86.   }
  87.   i = FILTER_N - 2;
  88.   filter_sum = filter_sum - filter_max - filter_min + i / 2; // +i/2 的目的是为了四舍五入
  89.   filter_sum = filter_sum / i;
  90.   return filter_sum;
  91. }*/





6、限幅平均滤波法
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:限幅平均滤波法
  3. B、方法:
  4.     相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”;
  5.     每次采样到的新数据先进行限幅处理,
  6.     再送入队列进行递推平均滤波处理。
  7. C、优点:
  8.     融合了两种滤波法的优点;
  9.     对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。
  10. D、缺点:
  11.     比较浪费RAM。
  12. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  13. */
  14.  
  15. #define FILTER_N 12
  16. int Filter_Value;
  17. int filter_buf[FILTER_N];
  18.  
  19. void setup() {
  20.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  21.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  22.   filter_buf[FILTER_N - 2] = 300;
  23. }
  24.  
  25. void loop() {
  26.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  27.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  28.   delay(50);
  29. }
  30.  
  31. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  32. int Get_AD() {
  33.   return random(295, 305);
  34. }
  35.  
  36. // 限幅平均滤波法
  37. #define FILTER_A 1
  38. int Filter() {
  39.   int i;
  40.   int filter_sum = 0;
  41.   filter_buf[FILTER_N - 1] = Get_AD();
  42.   if(((filter_buf[FILTER_N - 1] - filter_buf[FILTER_N - 2]) > FILTER_A) || ((filter_buf[FILTER_N - 2] - filter_buf[FILTER_N - 1]) > FILTER_A))
  43.     filter_buf[FILTER_N - 1] = filter_buf[FILTER_N - 2];
  44.   for(i = 0; i < FILTER_N - 1; i++) {
  45.     filter_buf[i] = filter_buf[i + 1];
  46.     filter_sum += filter_buf[i];
  47.   }
  48.   return (int)filter_sum / (FILTER_N - 1);
  49. }





7、一阶滞后滤波法
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:一阶滞后滤波法
  3. B、方法:
  4.     取a=0-1,本次滤波结果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果。
  5. C、优点:
  6.     对周期性干扰具有良好的抑制作用;
  7.     适用于波动频率较高的场合。
  8. D、缺点:
  9.     相位滞后,灵敏度低;
  10.     滞后程度取决于a值大小;
  11.     不能消除滤波频率高于采样频率1/2的干扰信号。
  12. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  13. */
  14.  
  15. int Filter_Value;
  16. int Value;
  17.  
  18. void setup() {
  19.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  20.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  21.   Value = 300;
  22. }
  23.  
  24. void loop() {
  25.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  26.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  27.   delay(50);
  28. }
  29.  
  30. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  31. int Get_AD() {
  32.   return random(295, 305);
  33. }
  34.  
  35. // 一阶滞后滤波法
  36. #define FILTER_A 0.01
  37. int Filter() {
  38.   int NewValue;
  39.   NewValue = Get_AD();
  40.   Value = (int)((float)NewValue * FILTER_A + (1.0 - FILTER_A) * (float)Value);
  41.   return Value;
  42. }





8、加权递推平均滤波法
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:加权递推平均滤波法
  3. B、方法:
  4.     是对递推平均滤波法的改进,即不同时刻的数据加以不同的权;
  5.     通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。
  6.     给予新采样值的权系数越大,则灵敏度越高,但信号平滑度越低。
  7. C、优点:
  8.     适用于有较大纯滞后时间常数的对象,和采样周期较短的系统。
  9. D、缺点:
  10.     对于纯滞后时间常数较小、采样周期较长、变化缓慢的信号;
  11.     不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差。
  12. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  13. */
  14.  
  15. int Filter_Value;
  16.  
  17. void setup() {
  18.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  19.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  20. }
  21.  
  22. void loop() {
  23.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  24.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  25.   delay(50);
  26. }
  27.  
  28. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  29. int Get_AD() {
  30.   return random(295, 305);
  31. }
  32.  
  33. // 加权递推平均滤波法
  34. #define FILTER_N 12
  35. int coe[FILTER_N] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12};    // 加权系数表
  36. int sum_coe = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12; // 加权系数和
  37. int filter_buf[FILTER_N + 1];
  38. int Filter() {
  39.   int i;
  40.   int filter_sum = 0;
  41.   filter_buf[FILTER_N] = Get_AD();
  42.   for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
  43.     filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; // 所有数据左移,低位仍掉
  44.     filter_sum += filter_buf[i] * coe[i];
  45.   }
  46.   filter_sum /= sum_coe;
  47.   return filter_sum;
  48. }





9、消抖滤波法
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:消抖滤波法
  3. B、方法:
  4.     设置一个滤波计数器,将每次采样值与当前有效值比较:
  5.     如果采样值=当前有效值,则计数器清零;
  6.     如果采样值<>当前有效值,则计数器+1,并判断计数器是否>=上限N(溢出);
  7.     如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器。
  8. C、优点:
  9.     对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果;
  10.     可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动。
  11. D、缺点:
  12.     对于快速变化的参数不宜;
  13.     如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统。
  14. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  15. */
  16.  
  17. int Filter_Value;
  18. int Value;
  19.  
  20. void setup() {
  21.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  22.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  23.   Value = 300;
  24. }
  25.  
  26. void loop() {
  27.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  28.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  29.   delay(50);
  30. }
  31.  
  32. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  33. int Get_AD() {
  34.   return random(295, 305);
  35. }
  36.  
  37. // 消抖滤波法
  38. #define FILTER_N 12
  39. int i = 0;
  40. int Filter() {
  41.   int new_value;
  42.   new_value = Get_AD();
  43.   if(Value != new_value) {
  44.     i++;
  45.     if(i > FILTER_N) {
  46.       i = 0;
  47.       Value = new_value;
  48.     }
  49.   }
  50.   else
  51.     i = 0;
  52.   return Value;
  53. }





10、限幅消抖滤波法
ARDUINO 代码复制
						
  1. /*
  2. A、名称:限幅消抖滤波法
  3. B、方法:
  4.     相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”;
  5.     先限幅,后消抖。
  6. C、优点:
  7.     继承了“限幅”和“消抖”的优点;
  8.     改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统。
  9. D、缺点:
  10.     对于快速变化的参数不宜。
  11. E、整理:shenhaiyu 2013-11-01
  12. */
  13.  
  14. int Filter_Value;
  15. int Value;
  16.  
  17. void setup() {
  18.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
  19.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
  20.   Value = 300;
  21. }
  22.  
  23. void loop() {
  24.   Filter_Value = Filter();       // 获得滤波器输出值
  25.   Serial.println(Filter_Value); // 串口输出
  26.   delay(50);
  27. }
  28.  
  29. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  30. int Get_AD() {
  31.   return random(295, 305);
  32. }
  33.  
  34. // 限幅消抖滤波法
  35. #define FILTER_A 1
  36. #define FILTER_N 5
  37. int i = 0;
  38. int Filter() {
  39.   int NewValue;
  40.   int new_value;
  41.   NewValue = Get_AD();
  42.   if(((NewValue - Value) > FILTER_A) || ((Value - NewValue) > FILTER_A))
  43.     new_value = Value;
  44.   else
  45.     new_value = NewValue;
  46.   if(Value != new_value) {
  47.     i++;
  48.     if(i > FILTER_N) {
  49.       i = 0;
  50.       Value = new_value;
  51.     }
  52.   }
  53.   else
  54.     i = 0;
  55.   return Value;
  56. }

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给主人留下些什么吧!~~