AD数据滤波算法，适用于各种MCU实时数据处理的场合

ID:390280 · 发表于 2018-8-27 09:10

前面闲来无事，整理了下平时用得比较多的部分MCU滤波算法，当然代码网上都有，我只是做了一个搬运工，合并了一些算法，整理成模块函数，需要用的时候直接调用就可以。

这里简单介绍包含的内容，详细代码和使用说明在附件里。大家可自行查阅。

AD滤波算法函数模块说明：

一、该模块包含滤波算法有：中位值滤波、中位值平均滤波、递推平均滤波、一阶滞后滤波。用户可根据项目不同情况选用不同的滤波算法。

1.1、中位值滤波：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。适用范围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。不过对流量、速度等快速变化的参数不宜。

1.2、中位值平均滤波：连续采用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。适用范围：对应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。但是测量速度较慢, 比较浪费RAM。

1.3递推平均滤波：把连续取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，把队列中得N个数据进行算术平均运算，就可以获得新的滤波结果。

适用范围：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。缺点是灵敏度低，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。

1.4、一阶滞后滤波：对周期性干扰具有良好的抑制作用，适用于波动频率较高得场合。缺点就是相位滞后，灵敏度低，滞后程度取决于a的大小，不能消除滤波频率高于采样频率1/21/2的干扰信号。本次滤波结果result=(1-a)*本次采样值+a*上次值。a=(0~1）

二、滤波函数

2.1、中位值/中位值平均滤波函数

函数名：FILTER_median(TYPE_STATE Flag)

输入值：Flag：选择中位值滤波或中位值平均滤波

ON：中位值平均滤波 OFF：中位值滤波

返回值：滤波结果

2.2、递推平均滤波函数

函数名：FILTER_recursive()

输入值：无

返回值：sum：滤波结果

2.3、一阶滞后滤波函数

函数名：FILTER_firstorder()

输入值：无

返回值：value：滤波结果

备注：在干电池剩余电量检测中，经过测试对比数据，使用中位值平均滤波算法比较合适。数据整体表现平稳，灵敏度较高，脉冲干扰直接滤除。测试数据如下：

单片机源程序如下:

/*********************************************************
*文件名: filter.c
*日期: 2018/7/26
*描述: AD滤波算法函数集合
*备注:
**********************************************************/
#include "filter.h"
/*************************************
函数名：Delay
描述：软件延时
输入值：ncount ：延时时长
返回值：无
**************************************/
void Delay(unsigned short int ncount)
{
for(; ncount != 0; ncount--);
}
/*
uint16_t FILTER_limit() //限幅滤波 A为两次采样最大偏差值
{
uint16_t new_value=0,value=0;
new_value = AD_VALUE;
if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A ) )
return value;
else
return new_value;
}
*/
/*****************************************************
函数名：FILTER_median
描述：中位值滤波：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。
适用范围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。
不过对流量、速度等快速变化的参数不宜。
中位值平均滤波：连续采用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。
适用范围：对应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。但是测量速度较慢, 比较浪费RAM。
输入值：Flag：选择中位值滤波或中位值平均滤波
ON：中位值平均滤波 OFF：中位值滤波
返回值：滤波结果
备注：中位值滤波：N取奇数，N=2^x次方+1 为宜
中位值平均滤波：N=2^x次方+2 为宜
******************************************************/
unsigned short int FILTER_median(TYPE_STATE Flag) //中位值滤波中位值平均滤波 N为采样次数，取奇数 Flag:中位值平均滤波使能
{
unsigned short int value_buf[N],temp=0;
#if(Flag)
unsigned short int sum=0;
#endif
unsigned char count,i,j;
for (count=0;count<N;count++)
{
value_buf[count] = AD_VALUE;
Delay(300); //等待AD转换
}
for(j=0;j<N-1;j++) //排序
{
for(i=0;i<N-j-1;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;
}
}
}
#if(Flag)
for(count=1;count<N-1;count++) //中位求平均由Flag标志控制
sum+=value_buf[count];
return (uint16_t)(sum/(N-2));
#endif
return value_buf[(N-1)/2]; //中位值
}
/***************************************************
函数名：FILTER_recursive
描述：递推平均滤波：把连续取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，把队列中得N个数据进行算术平
均运算，就可以获得新的滤波结果。
适用范围：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。缺点是灵敏度低，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
输入值：无
返回值：sum：滤波结果
备注：N=2^x次方为宜
***************************************************/
unsigned short int FILTER_recursive() //递推平均滤波 N为队列长度
{
unsigned short int sum=0;
unsigned char count=0;
static unsigned char i=0,num=0;
static unsigned short int value_temp[N];
do{
if(i<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，就可获得新的滤波结果
value_temp[i] = AD_VALUE;
i++;
i=(i==N)?0:i; //三目运算 i清零
}
num++;
num=num<N?num:N;
}while(num<N);
for(count=0;count<N;count++)
sum += value_temp[count];
sum = sum/N;
return sum;
}
/*****************************************************************
函数名：FILTER_firstorder
描述：一阶滞后滤波：取a=(0,1）
本次滤波结果result=(1-a)*本次采样值+a*上次值
对周期性干扰具有良好的抑制作用，
适用于波动频率较高得场合。缺点就是相位滞后，灵敏度低，
滞后程度取决于a的大小，不能消除滤波频率高于采样频率1/21/2的干扰信号
输入值：无
返回值：value：滤波结果
备注：A取值0——100 A值越小，滤波结果越平稳，但是灵敏度越低
A值越大，灵敏度越高，但是滤波结果越不稳定
*****************************************************************/
unsigned short int FILTER_firstorder() //一阶滞后滤波，A取值0——100
{
static unsigned short int value=0;
unsigned short int new_value;
value = (value==0)?AD_VALUE:value; // 三目运算，避免第一次采样value值为0
new_value = AD_VALUE;
value = (100-A)*value/100 + A*new_value/100;
return value;
}

复制代码

/*********************************************************
*文件名: filter.h
*日期: 2018/7/26
*描述: AD滤波算法函数头文件
*备注:
**********************************************************/
#ifndef __FILTER_H__
#define __FILTER_H__
//typedef unsigned char uint8_t;
//typedef unsigned short int uint16_t;
//typedef unsigned int uint32_t;
//typedef unsigned __int64 uint64_t;
typedef enum {OFF = 0x0, ON = 0x1} TYPE_STATE;
extern unsigned short int meanvalue; // ADC值声明 meanvalue根据情况改变
#define AD_VALUE meanvalue // ADC采集值 meanvalue根据情况改变可直接宏定义AD函数
#define A 50 // 一阶滞后滤波系数
#define N 9 // 采样次数不同的滤波方法取值不同
#define TIME 300 //AD读取延时，等待AD采集完成大致够AD采集时间即可
/******** 函******* 数 ******* 声 ******* 明 ********/
unsigned short int FILTER_limit(void); //限幅滤波
unsigned short int FILTER_median(TYPE_STATE Flag); //中位值滤波中位值平均滤波 Flag:中位值平均滤波使能
unsigned short int FILTER_recursive(void); //递推平均滤波
unsigned short int FILTER_firstorder(void); //一阶滞后滤波
#endif

复制代码

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滤波算法.rar (43.04 KB, 下载次数: 255)

ID:517610 · 发表于 2019-4-21 10:32

好东西啊，多谢楼主分享

ID:517610 · 发表于 2019-4-21 10:41

这些滤波算法确实挺适合单片机使用，简单方便，哈，谢谢楼主分享

ID:225960 · 发表于 2019-4-21 18:35

可以的，码农的搬运工，学习了，正好最近在学习32的AD数据采集

ID:346927 · 发表于 2019-5-17 21:16

非常好的资料，多谢楼主分享

ID:18591 · 发表于 2019-5-19 19:38

THANSK ~~~~~~~~~~~~

ID:511677 · 发表于 2019-5-23 12:51

正是我需要的，谢谢。

ID:20672 · 发表于 2019-9-14 22:48

谢谢分享~~

ID:428438 · 发表于 2019-9-16 10:30

谢谢楼主，不错。以前AD数据都没有考虑滤波。。。

ID:71535 · 发表于 2019-9-16 18:54

东西比较丰富，大家保存备用

ID:124631 · 发表于 2019-10-8 11:07

大自然的搬运工

ID:142699 · 发表于 2019-10-9 09:24

这个写法比较基础,用结构体写的话会更好用一些

ID:68129 · 发表于 2019-11-7 16:34

谢谢分享

ID:68129 · 发表于 2019-11-7 16:39

学习了，之前只做了中值平均滤波

ID:298628 · 发表于 2019-11-9 11:36

谢谢大佬的分享

ID:46475 · 发表于 2019-12-7 10:43

好东西，感谢分享

ID:65956 · 发表于 2019-12-7 14:39

源码中有几处带问号“？”的应是什么？
num=num<N?num:N;

value = (value==0)?AD_VALUE:value; // 三目运算，避免第一次采样value值为0

ID:607998 · 发表于 2020-4-15 15:16

谢谢分享~~

ID:108573 · 发表于 2020-4-16 10:58

不错，每天来逛逛，下载点资料

ID:72029 · 发表于 2020-4-30 11:30

不错，值得参考

ID:392070 · 发表于 2020-6-16 19:53

感谢楼主分享

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