滤波程序的设计取决于具体的应用场景和需求。以下是一些常见的滤波方法及其实现步骤:
限幅滤波法
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大于A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值。
优点:能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
示例代码(Arduino):
```cpp
int Filter_Value;
int Value;
void setup() {
Serial.begin(9600);
randomSeed(analogRead(0));
Value = 300;
}
void loop() {
Filter_Value = Filter();
Value = Filter_Value;
Serial.println(Filter_Value);
delay(50);
}
int Filter() {
int new_value = Get_AD();
if ((new_value - Value > FILTER_A) || (Value - new_value > FILTER_A)) {
return Value;
} else {
return new_value;
}
}
int Get_AD() {
return random(295, 305);
}
```
平均值滤波
方法:对信号进行多次采样,计算其平均值作为滤波后的输出值。
优点:算法简便,能够切实有效地平滑随机噪声。
示例代码(模拟量5次采样平均值):
```cpp
const int sample_count = 5;
float sum = 0;
int count = 0;
float filtered_value;
void loop() {
float new_value = analogRead(A0);
sum += new_value;
count++;
if (count == sample_count) {
filtered_value = sum / sample_count;
sum = 0;
count = 0;
// 处理滤波后的值
}
}
```
中值滤波
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。
优点:能有效克服因偶然因素引起的波动干扰,对温度、液位的变化再送入队列进行递推平均滤波处理。
示例代码(中值滤波):
```cpp
const int sample_count = 7;
float values[sample_count];
int index = 0;
float median;
void loop() {
float new_value = analogRead(A0);
values[index] = new_value;
index = (index + 1) % sample_count;
if (index == 0) {
// 计算中值
float sum = 0;
for (int i = 0; i < sample_count; i++) {
sum += values[i];
}
median = sum / sample_count;
// 处理滤波后的值
}
}
```
一阶滞后滤波
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。
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。
示例代码(一阶滞后滤波):
```cpp
const float alpha = 0.1;
float filtered_value;
float last_value = 0;
void loop() {
float new_value = analogRead(A0);
filtered_value = alpha * new_value + (1 - alpha) * last_value;
last_value = filtered_value;
// 处理滤波后的值
}
```
卡尔曼滤波
方法:通过测量数据来估计动态系统的状态,降低噪声对结果的影响。
优点:能够有效降低噪声,适用于高精度测量系统。
示例代码(一维卡尔曼滤波):