滤波算法十大程序

最近在研究平衡车，由于MPU6050的深入，我也学会了一些滤波算法，自己写了一些算法，收集了一些算法，供大家一起学习分享，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，所以也算个小原创吧，在别人基础上的原创。

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

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）

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

int Filter_Value;

int Value;

void setup() {

  Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信

  randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子

  Value = 300;

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(295, 305);

}

// 限幅滤波法（又称程序判断滤波法）

#define FILTER_A 1

int Filter() {

  int NewValue;

  NewValue = Get_AD();

  if(((NewValue - Value) > FILTER_A) || ((Value - NewValue) > FILTER_A))

    return Value;

  else

    return NewValue;

}[/pre]

2、中位值滤波法

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

int Filter_Value;

void setup() {

  Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信

  randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(295, 305);

}

// 中位值滤波法

#define FILTER_N 101

int Filter() {

  int filter_buf[FILTER_N];

  int i, j;

  int filter_temp;

  for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {

    filter_buf = 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 > filter_buf[i + 1]) {

        filter_temp = filter_buf;

        filter_buf = filter_buf[i + 1];

        filter_buf[i + 1] = filter_temp;

      }

    }

  }

  return filter_buf[(FILTER_N - 1) / 2];

}[/pre]

3、算术平均滤波法

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

int Filter_Value;

void setup() {

  Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信

  randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(295, 305);

}

// 算术平均滤波法

#define FILTER_N 12

int Filter() {

  int i;

  int filter_sum = 0;

  for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {

    filter_sum += Get_AD();

    delay(1);

  }

  return (int)(filter_sum / FILTER_N);

}[/pre]

4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

int Filter_Value;

void setup() {

  Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信

  randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(295, 305);

}

// 递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）

#define FILTER_N 12

int filter_buf[FILTER_N + 1];

int Filter() {

  int i;

  int filter_sum = 0;

  filter_buf[FILTER_N] = Get_AD();

  for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {

    filter_buf = filter_buf[i + 1]; // 所有数据左移，低位仍掉

    filter_sum += filter_buf;

  }

  return (int)(filter_sum / FILTER_N);

}[/pre]

5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

int Filter_Value;

void setup() {

  Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信

  randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(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 100

int Filter() {

  int i, j;

  int filter_temp, filter_sum = 0;

  int filter_buf[FILTER_N];

  for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {

    filter_buf = 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 > filter_buf[i + 1]) {

        filter_temp = filter_buf;

        filter_buf = 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;

  return filter_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 100

int 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 = 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 > filter_max)

      filter_max=filter_buf;

    else if(filter_buf < filter_min)

      filter_min=filter_buf;

    filter_sum = filter_sum + filter_buf;

    filter_buf = 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;

}*/[/pre]

6、限幅平均滤波法

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

#define FILTER_N 12

int Filter_Value;

int filter_buf[FILTER_N];

void setup() {

  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;

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(295, 305);

}

// 限幅平均滤波法

#define FILTER_A 1

int Filter() {

  int i;

  int filter_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 = filter_buf[i + 1];

    filter_sum += filter_buf;

  }

  return (int)filter_sum / (FILTER_N - 1);

}[/pre]

7、一阶滞后滤波法

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

int Filter_Value;

int Value;

void setup() {

  Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信

  randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子

  Value = 300;

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(295, 305);

}

// 一阶滞后滤波法

#define FILTER_A 0.01

int Filter() {

  int NewValue;

  NewValue = Get_AD();

  Value = (int)((float)NewValue * FILTER_A + (1.0 - FILTER_A) * (float)Value);

  return Value;

}[/pre]

8、加权递推平均滤波法

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

int Filter_Value;

void setup() {

  Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信

  randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(295, 305);

}

// 加权递推平均滤波法

#define FILTER_N 12

int coe[FILTER_N] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12};    // 加权系数表

int sum_coe = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12; // 加权系数和

int filter_buf[FILTER_N + 1];

int Filter() {

  int i;

  int filter_sum = 0;

  filter_buf[FILTER_N] = Get_AD();

  for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {

    filter_buf = filter_buf[i + 1]; // 所有数据左移，低位仍掉

    filter_sum += filter_buf * coe;

  }

  filter_sum /= sum_coe;

  return filter_sum;

}[/pre]

9、消抖滤波法

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

int Filter_Value;

int Value;

void setup() {

  Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信

  randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子

  Value = 300;

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(295, 305);

}

// 消抖滤波法

#define FILTER_N 12

int i = 0;

int Filter() {

  int new_value;

  new_value = Get_AD();

  if(Value != new_value) {

    i++;

    if(i > FILTER_N) {

      i = 0;

      Value = new_value;

    }

  }

  else

    i = 0;

  return Value;

}[/pre]

10、限幅消抖滤波法

[pre line="1"]/*

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 2013-11-01

*/

int Filter_Value;

int Value;

void setup() {

  Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信

  randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子

  Value = 300;

}

void loop() {

  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

int Get_AD() {

  return random(295, 305);

}

// 限幅消抖滤波法

#define FILTER_A 1

#define FILTER_N 5

int i = 0;

int Filter() {

  int NewValue;

  int new_value;

  NewValue = Get_AD();

  if(((NewValue - Value) > FILTER_A) || ((Value - NewValue) > FILTER_A))

    new_value = Value;

  else

    new_value = NewValue;

  if(Value != new_value) {

    i++;

    if(i > FILTER_N) {

      i = 0;

      Value = new_value;

    }

  }

  else

    i = 0;

  return Value;

}

本文转载： http://www.geek-workshop.com/thread-7694-1-1.html

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