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。
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By shenhaiyu -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( 点击这里 )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
/*A、名称:限幅滤波法(又称程序判断滤波法)B、方法: 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。C、优点: 能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。D、缺点: 无法抑制那种周期性的干扰。 平滑度差。E、整理:shenhaiyu -11-01*/intFilter_Value;intValue;voidsetup() {Serial.begin(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Serial.println(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)#define FILTER_A 1intFilter() {intNewValue;NewValue = Get_AD();if(((NewValue - Value) > FILTER_A) || ((Value - NewValue) > FILTER_A))returnValue;elsereturnNewValue;}
2、中位值滤波法
ARDUINO 代码
/*A、名称:中位值滤波法B、方法: 连续采样N次(N取奇数),把N次采样值按大小排列, 取中间值为本次有效值。C、优点: 能有效克服因偶然因素引起的波动干扰; 对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。D、缺点: 对流量、速度等快速变化的参数不宜。E、整理:shenhaiyu -11-01*/intFilter_Value;voidsetup() {Serial.begin(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Serial.println(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);}// 中位值滤波法#define FILTER_N 101intFilter() {intfilter_buf[FILTER_N];inti, j;intfilter_temp;for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {filter_buf[i] = Get_AD();delay(1);}// 采样值从小到大排列(冒泡法)for(j = 0; j < FILTER_N - 1; j++) {for(i = 0; i < FILTER_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];}
3、算术平均滤波法
ARDUINO 代码
/*A、名称:算术平均滤波法B、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。C、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。D、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。E、整理:shenhaiyu -11-01*/intFilter_Value;voidsetup() {Serial.begin(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Serial.println(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#define FILTER_N 12intFilter() {inti;intfilter_sum = 0;for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {filter_sum += Get_AD();delay(1);}return(int)(filter_sum / FILTER_N);}
4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)
ARDUINO 代码
/*A、名称:递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)B、方法: 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, 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), 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。 N值的选取:流量,N=12;压力,N=4;液面,N=4-12;温度,N=1-4。C、优点: 对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高; 适用于高频振荡的系统。D、缺点: 灵敏度低,对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差; 不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差; 不适用于脉冲干扰比较严重的场合; 比较浪费RAM。E、整理:shenhaiyu -11-01*/intFilter_Value;voidsetup() {Serial.begin(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Serial.println(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);}// 递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)#define FILTER_N 12intfilter_buf[FILTER_N + 1];intFilter() {inti;intfilter_sum = 0;filter_buf[FILTER_N] = Get_AD();for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; // 所有数据左移,低位仍掉filter_sum += filter_buf[i];}return(int)(filter_sum / FILTER_N);}
5、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)
ARDUINO 代码
/*A、名称:中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)B、方法: 采一组队列去掉最大值和最小值后取平均值, 相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。 连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值, 然后计算N-2个数据的算术平均值。 N值的选取:3-14。C、优点: 融合了“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”两种滤波法的优点。 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。 对周期干扰有良好的抑制作用。 平滑度高,适于高频振荡的系统。D、缺点: 计算速度较慢,和算术平均滤波法一样。 比较浪费RAM。E、整理:shenhaiyu -11-01*/intFilter_Value;voidsetup() {Serial.begin(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Serial.println(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);}// 中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)(算法1)#define FILTER_N 100intFilter() {inti, j;intfilter_temp, filter_sum = 0;intfilter_buf[FILTER_N];for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {filter_buf[i] = Get_AD();delay(1);}// 采样值从小到大排列(冒泡法)for(j = 0; j < FILTER_N - 1; j++) {for(i = 0; i < FILTER_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;}}}// 去除最大最小极值后求平均for(i = 1; i < FILTER_N - 1; i++) filter_sum += filter_buf[i];returnfilter_sum / (FILTER_N - 2);}//中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)(算法2)/*#define FILTER_N 100int Filter() {int i; int filter_sum = 0; int filter_max, filter_min; int filter_buf[FILTER_N]; for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {filter_buf[i] = Get_AD(); delay(1); } filter_max = filter_buf[0]; filter_min = filter_buf[0]; filter_sum = filter_buf[0]; for(i = FILTER_N - 1; i > 0; i--) {if(filter_buf[i] > filter_max) filter_max=filter_buf[i]; else if(filter_buf[i] < filter_min) filter_min=filter_buf[i]; filter_sum = filter_sum + filter_buf[i]; filter_buf[i] = filter_buf[i - 1]; } i = FILTER_N - 2; filter_sum = filter_sum - filter_max - filter_min + i / 2; // +i/2 的目的是为了四舍五入 filter_sum = filter_sum / i; return filter_sum;}*/
6、限幅平均滤波法
ARDUINO 代码
/*A、名称:限幅平均滤波法B、方法: 相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”; 每次采样到的新数据先进行限幅处理, 再送入队列进行递推平均滤波处理。C、优点: 融合了两种滤波法的优点; 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。D、缺点: 比较浪费RAM。E、整理:shenhaiyu -11-01*/#define FILTER_N 12intFilter_Value;intfilter_buf[FILTER_N];voidsetup() {Serial.begin(9600); // 初始化串口通信randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子filter_buf[FILTER_N - 2] = 300;}voidloop() {Filter_Value = Filter(); // 获得滤波器输出值Serial.println(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);}// 限幅平均滤波法#define FILTER_A 1intFilter() {inti;intfilter_sum = 0;filter_buf[FILTER_N - 1] = Get_AD();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))filter_buf[FILTER_N - 1] = filter_buf[FILTER_N - 2];for(i = 0; i < FILTER_N - 1; i++) {filter_buf[i] = filter_buf[i + 1];filter_sum += filter_buf[i];}return(int)filter_sum / (FILTER_N - 1);}
7、一阶滞后滤波法
ARDUINO 代码
/*A、名称:一阶滞后滤波法B、方法: 取a=0-1,本次滤波结果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果。C、优点: 对周期性干扰具有良好的抑制作用; 适用于波动频率较高的场合。D、缺点: 相位滞后,灵敏度低; 滞后程度取决于a值大小; 不能消除滤波频率高于采样频率1/2的干扰信号。E、整理:shenhaiyu -11-01*/intFilter_Value;intValue;voidsetup() {Serial.begin(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Serial.println(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);}// 一阶滞后滤波法#define FILTER_A 0.01intFilter() {intNewValue;NewValue = Get_AD();Value = (int)((float)NewValue * FILTER_A + (1.0 - FILTER_A) * (float)Value);returnValue;}
8、加权递推平均滤波法
ARDUINO 代码
/*A、名称:加权递推平均滤波法B、方法: 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; 通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。 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。C、优点: 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。D、缺点: 对于纯滞后时间常数较小、采样周期较长、变化缓慢的信号; 不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差。E、整理:shenhaiyu -11-01*/intFilter_Value;voidsetup() {Serial.begin(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Serial.println(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);}// 加权递推平均滤波法#define FILTER_N 12intcoe[FILTER_N] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}; // 加权系数表intsum_coe = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12; // 加权系数和intfilter_buf[FILTER_N + 1];intFilter() {inti;intfilter_sum = 0;filter_buf[FILTER_N] = Get_AD();for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; // 所有数据左移,低位仍掉filter_sum += filter_buf[i] * coe[i];}filter_sum /= sum_coe;returnfilter_sum;}
9、消抖滤波法
ARDUINO 代码
/*A、名称:消抖滤波法B、方法: 设置一个滤波计数器,将每次采样值与当前有效值比较: 如果采样值=当前有效值,则计数器清零; 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); 如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器。C、优点: 对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果; 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。D、缺点: 对于快速变化的参数不宜; 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。E、整理:shenhaiyu -11-01*/intFilter_Value;intValue;voidsetup() {Serial.begin(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Serial.println(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);}// 消抖滤波法#define FILTER_N 12inti = 0;intFilter() {intnew_value;new_value = Get_AD();if(Value != new_value) {i++;if(i > FILTER_N) {i = 0;Value = new_value;}}elsei = 0;returnValue;}
10、限幅消抖滤波法
ARDUINO 代码
/*A、名称:限幅消抖滤波法B、方法: 相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”; 先限幅,后消抖。C、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。D、缺点: 对于快速变化的参数不宜。E、整理:shenhaiyu -11-01*/intFilter_Value;intValue;voidsetup() {Serial.begin(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Serial.println(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#define FILTER_A 1#define FILTER_N 5inti = 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(i > FILTER_N) {i = 0;Value = new_value;}}elsei = 0;returnValue;}
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