软件滤波是一种通过软件算法来识别和滤除信号中的干扰成分,从而提取有用信息的方法。以下是一些常用的软件滤波方法及其实现:
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。
缺点:无法抑制周期性干扰,平滑度差。
示例代码:
```c
define A 10
uchar Value; // 上次采样有效值
uchar AmplitudeLimiterFilter() {
uchar NewValue, ReturnValue;
NewValue = GetAD(); // 本次采样值
if (((NewValue - Value) > A) || ((Value - NewValue) > A)) {
ReturnValue = Value;
} else {
ReturnValue = NewValue;
}
return ReturnValue;
}
```
中位值滤波法
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、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。
缺点:对流量、速度等快速变化的参数不宜。
示例代码:
```c
define N 9
uchar MiddleValueFilter() {
uchar i, j, k;
uchar temp;
uchar ArrDataBuffer[N];
for (i = 0; i < N - 1; i++) {
// 采样值由小到大排列
for (j = i + 1; j < N; j++) {
if (ArrDataBuffer[j] < temp) {
temp = ArrDataBuffer[j];
}
}
ArrDataBuffer[i] = temp;
}
return ArrDataBuffer[N / 2];
}
```
算术平均滤波法
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。
优点:适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。
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。
示例代码:
```c
define N 12
float moving_average_filter(float *buffer, int *index, float new_value) {
buffer[*index] = new_value;
*index = (*index + 1) % N;
float sum = 0.0;
for (int i = 0; i < N; i++) {
sum += buffer[i];
}
return sum / N;
}
```
递推平均滤波法
方法: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,然后对队列中的N个数据进行算术平均运算。
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。
缺点:灵敏度低,对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差。
示例代码:
```c
define N 12
float recursive_average_filter(float *buffer, int *index) {
buffer[*index] = /* 新采样值 */;
*index = (*index + 1) % N;
float sum = 0.0;
for (int i = 0; i < N; i++) {
sum += buffer[i];
}
return sum / N;
}
```
中位值平均滤波法
方法: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。
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