11种滤波算法程序分享
今天跟大家带来熟数字滤波算法:
1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
/*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 1int filter() { int newvalue; newvalue = get_ad(); if(((newvalue - value) > filter_a) || ((value - newvalue) > filter_a)) return value; else return newvalue;}
2、中位值滤波法
/*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 101int filter() { int filter_buf[filter_n]; int i, j; int filter_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_buf[i + 1]) { filter_temp = filter_buf[i]; filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; filter_buf[i + 1] = filter_temp; } } } return filter_buf[(filter_n - 1) / 2];}
3、算术平均滤波法
/*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 12int 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);}
4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
/*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 12int 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[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）
/*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 100int filter() { int i, j; int filter_temp, filter_sum = 0; int filter_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_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_max) filter_max=filter_buf[i]; else if(filter_buf[i] 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
/*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 0.01int filter() { int newvalue; newvalue = get_ad(); value = (int)((float)newvalue * filter_a + (1.0 - filter_a) * (float)value); return value;}
8、加权递推平均滤波法
/*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 12int 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 =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 12int 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;}
10、限幅消抖滤波法
/*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 5int 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;}
11、卡尔曼滤波（非扩展卡尔曼）
#include // i2c library, gyroscope// accelerometer adxl345#define acc (0x53) //adxl345 acc address#define a_to_read (6) //num of bytes we are going to read each time (two bytes for each axis)// gyroscope itg3200 #define gyro 0x68 // gyro address, binary = 11101000 when ad0 is connected to vcc (see schematics of your breakout board)#define g_smplrt_div 0x15 #define g_dlpf_fs 0x16 #define g_int_cfg 0x17#define g_pwr_mgm 0x3e#define g_to_read 8 // 2 bytes for each axis x, y, z// offsets are chip specific. int a_offx = 0;int a_offy = 0;int a_offz = 0;int g_offx = 0;int g_offy = 0;int g_offz = 0;////////////////////////////////////////////////char str[512]; void initacc() { //turning on the adxl345 writeto(acc, 0x2d, 0); writeto(acc, 0x2d, 16); writeto(acc, 0x2d, 8); //by default the device is in +-2g range reading}void getaccelerometerdata(int* result) { int regaddress = 0x32; //first axis-acceleration-data register on the adxl345 byte buff[a_to_read]; readfrom(acc, regaddress, a_to_read, buff); //read the acceleration data from the adxl345 //each axis reading comes in 10 bit resolution, ie 2 bytes. least significat byte first!! //thus we are converting both bytes in to one int result[0] = (((int)buff[1]) << 8) | buff[0] + a_offx; result[1] = (((int)buff[3]) << 8) | buff[2] + a_offy; result[2] = (((int)buff[5]) << 8) | buff[4] + a_offz;}//initializes the gyroscopevoid initgyro(){ /***************************************** * itg 3200 * power management set to: * clock select = internal oscillator * no reset, no sleep mode * no standby mode * sample rate to = 125hz * parameter to +/- 2000 degrees/sec * low pass filter = 5hz * no interrupt ******************************************/ writeto(gyro, g_pwr_mgm, 0x00); writeto(gyro, g_smplrt_div, 0x07); // eb, 50, 80, 7f, de, 23, 20, ff writeto(gyro, g_dlpf_fs, 0x1e); // +/- 2000 dgrs/sec, 1khz, 1e, 19 writeto(gyro, g_int_cfg, 0x00);}void getgyroscopedata(int * result){ /************************************** gyro itg-3200 i2c registers: temp msb = 1b, temp lsb = 1c x axis msb = 1d, x axis lsb = 1e y axis msb = 1f, y axis lsb = 20 z axis msb = 21, z axis lsb = 22 *************************************/ int regaddress = 0x1b; int temp, x, y, z; byte buff[g_to_read]; readfrom(gyro, regaddress, g_to_read, buff); //read the gyro data from the itg3200 result[0] = ((buff[2] << 8) | buff[3]) + g_offx; result[1] = ((buff[4] << 8) | buff[5]) + g_offy; result[2] = ((buff[6] << 8) | buff[7]) + g_offz; result[3] = (buff[0] << 8) | buff[1]; // temperature }float xz=0,yx=0,yz=0;float p_xz=1,p_yx=1,p_yz=1;float q_xz=0.0025,q_yx=0.0025,q_yz=0.0025;float k_xz=0,k_yx=0,k_yz=0;float r_xz=0.25,r_yx=0.25,r_yz=0.25; //int acc_temp[3]; //float acc[3]; int acc[3]; int gyro[4]; float axz; float ayx; float ayz; float t=0.025;void setup(){ serial.begin(9600); wire.begin(); initacc(); initgyro(); }//unsigned long timer = 0;//float o;void loop(){ getaccelerometerdata(acc); getgyroscopedata(gyro); //timer = millis(); sprintf(str, %d,%d,%d,%d,%d,%d, acc[0],acc[1],acc[2],gyro[0],gyro[1],gyro[2]); //acc[0]=acc[0]; //acc[2]=acc[2]; //acc[1]=acc[1]; //r=sqrt(acc[0]*acc[0]+acc[1]*acc[1]+acc[2]*acc[2]); gyro[0]=gyro[0]/ 14.375; gyro[1]=gyro[1]/ (-14.375); gyro[2]=gyro[2]/ 14.375; axz=(atan2(acc[0],acc[2]))*180/pi; ayx=(atan2(acc[0],acc[1]))*180/pi; /*if((acc[0]!=0)&&(acc[1]!=0)) { ayx=(atan2(acc[0],acc[1]))*180/pi; } else { ayx=t*gyro[2]; }*/ ayz=(atan2(acc[1],acc[2]))*180/pi; //kalman filter calculate_xz(); calculate_yx(); calculate_yz(); //sprintf(str, %d,%d,%d, xz_1, xy_1, x_1); //serial.print(xz);serial.print(,); //serial.print(yx);serial.print(,); //serial.print(yz);serial.print(,); //sprintf(str, %d,%d,%d,%d,%d,%d, acc[0],acc[1],acc[2],gyro[0],gyro[1],gyro[2]); //sprintf(str, %d,%d,%d,gyro[0],gyro[1],gyro[2]); serial.print(axz);serial.print(,); //serial.print(ayx);serial.print(,); //serial.print(ayz);serial.print(,); //serial.print(str); //o=gyro[2];//w=acc[2]; //serial.print(o);serial.print(,); //serial.print(w);serial.print(,); serial.print(); //delay(50);}void calculate_xz(){ xz=xz+t*gyro[1]; p_xz=p_xz+q_xz; k_xz=p_xz/(p_xz+r_xz); xz=xz+k_xz*(axz-xz); p_xz=(1-k_xz)*p_xz;}void calculate_yx(){ yx=yx+t*gyro[2]; p_yx=p_yx+q_yx; k_yx=p_yx/(p_yx+r_yx); yx=yx+k_yx*(ayx-yx); p_yx=(1-k_yx)*p_yx;}void calculate_yz(){ yz=yz+t*gyro[0]; p_yz=p_yz+q_yz; k_yz=p_yz/(p_yz+r_yz); yz=yz+k_yz*(ayz-yz); p_yz=(1-k_yz)*p_yz; }//---------------- functions//writes val to address register on accvoid writeto(int device, byte address, byte val) { wire.begintransmission(device); //start transmission to acc wire.write(address); // send register address wire.write(val); // send value to write wire.endtransmission(); //end transmission}//reads num bytes starting from address register on acc in to buff arrayvoid readfrom(int device, byte address, int num, byte buff[]) { wire.begintransmission(device); //start transmission to acc wire.write(address); //sends address to read from wire.endtransmission(); //end transmission wire.begintransmission(device); //start transmission to acc wire.requestfrom(device, num); // request 6 bytes from acc int i = 0; while(wire.available()) //acc may send less than requested (abnormal) { buff[i] = wire.read(); // receive a byte i++; } wire.endtransmission(); //end transmission}
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1、限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
/*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 1int filter() { int newvalue; newvalue = get_ad(); if(((newvalue - value) > filter_a) || ((value - newvalue) > filter_a)) return value; else return newvalue;}
2、中位值滤波法
/*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 101int filter() { int filter_buf[filter_n]; int i, j; int filter_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_buf[i + 1]) { filter_temp = filter_buf[i]; filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; filter_buf[i + 1] = filter_temp; } } } return filter_buf[(filter_n - 1) / 2];}
3、算术平均滤波法
/*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 12int 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);}
4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
/*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 12int 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[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）
/*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 100int filter() { int i, j; int filter_temp, filter_sum = 0; int filter_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_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_max) filter_max=filter_buf[i]; else if(filter_buf[i] 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
/*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 0.01int filter() { int newvalue; newvalue = get_ad(); value = (int)((float)newvalue * filter_a + (1.0 - filter_a) * (float)value); return value;}
8、加权递推平均滤波法
/*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 12int 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 =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 12int 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;}
10、限幅消抖滤波法
/*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 5int 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;}
11、卡尔曼滤波（非扩展卡尔曼）
#include // i2c library, gyroscope// accelerometer adxl345#define acc (0x53) //adxl345 acc address#define a_to_read (6) //num of bytes we are going to read each time (two bytes for each axis)// gyroscope itg3200 #define gyro 0x68 // gyro address, binary = 11101000 when ad0 is connected to vcc (see schematics of your breakout board)#define g_smplrt_div 0x15 #define g_dlpf_fs 0x16 #define g_int_cfg 0x17#define g_pwr_mgm 0x3e#define g_to_read 8 // 2 bytes for each axis x, y, z// offsets are chip specific. int a_offx = 0;int a_offy = 0;int a_offz = 0;int g_offx = 0;int g_offy = 0;int g_offz = 0;////////////////////////////////////////////////char str[512]; void initacc() { //turning on the adxl345 writeto(acc, 0x2d, 0); writeto(acc, 0x2d, 16); writeto(acc, 0x2d, 8); //by default the device is in +-2g range reading}void getaccelerometerdata(int* result) { int regaddress = 0x32; //first axis-acceleration-data register on the adxl345 byte buff[a_to_read]; readfrom(acc, regaddress, a_to_read, buff); //read the acceleration data from the adxl345 //each axis reading comes in 10 bit resolution, ie 2 bytes. least significat byte first!! //thus we are converting both bytes in to one int result[0] = (((int)buff[1]) << 8) | buff[0] + a_offx; result[1] = (((int)buff[3]) << 8) | buff[2] + a_offy; result[2] = (((int)buff[5]) << 8) | buff[4] + a_offz;}//initializes the gyroscopevoid initgyro(){ /***************************************** * itg 3200 * power management set to: * clock select = internal oscillator * no reset, no sleep mode * no standby mode * sample rate to = 125hz * parameter to +/- 2000 degrees/sec * low pass filter = 5hz * no interrupt ******************************************/ writeto(gyro, g_pwr_mgm, 0x00); writeto(gyro, g_smplrt_div, 0x07); // eb, 50, 80, 7f, de, 23, 20, ff writeto(gyro, g_dlpf_fs, 0x1e); // +/- 2000 dgrs/sec, 1khz, 1e, 19 writeto(gyro, g_int_cfg, 0x00);}void getgyroscopedata(int * result){ /************************************** gyro itg-3200 i2c registers: temp msb = 1b, temp lsb = 1c x axis msb = 1d, x axis lsb = 1e y axis msb = 1f, y axis lsb = 20 z axis msb = 21, z axis lsb = 22 *************************************/ int regaddress = 0x1b; int temp, x, y, z; byte buff[g_to_read]; readfrom(gyro, regaddress, g_to_read, buff); //read the gyro data from the itg3200 result[0] = ((buff[2] << 8) | buff[3]) + g_offx; result[1] = ((buff[4] << 8) | buff[5]) + g_offy; result[2] = ((buff[6] << 8) | buff[7]) + g_offz; result[3] = (buff[0] << 8) | buff[1]; // temperature }float xz=0,yx=0,yz=0;float p_xz=1,p_yx=1,p_yz=1;float q_xz=0.0025,q_yx=0.0025,q_yz=0.0025;float k_xz=0,k_yx=0,k_yz=0;float r_xz=0.25,r_yx=0.25,r_yz=0.25; //int acc_temp[3]; //float acc[3]; int acc[3]; int gyro[4]; float axz; float ayx; float ayz; float t=0.025;void setup(){ serial.begin(9600); wire.begin(); initacc(); initgyro(); }//unsigned long timer = 0;//float o;void loop(){ getaccelerometerdata(acc); getgyroscopedata(gyro); //timer = millis(); sprintf(str, %d,%d,%d,%d,%d,%d, acc[0],acc[1],acc[2],gyro[0],gyro[1],gyro[2]); //acc[0]=acc[0]; //acc[2]=acc[2]; //acc[1]=acc[1]; //r=sqrt(acc[0]*acc[0]+acc[1]*acc[1]+acc[2]*acc[2]); gyro[0]=gyro[0]/ 14.375; gyro[1]=gyro[1]/ (-14.375); gyro[2]=gyro[2]/ 14.375; axz=(atan2(acc[0],acc[2]))*180/pi; ayx=(atan2(acc[0],acc[1]))*180/pi; /*if((acc[0]!=0)&&(acc[1]!=0)) { ayx=(atan2(acc[0],acc[1]))*180/pi; } else { ayx=t*gyro[2]; }*/ ayz=(atan2(acc[1],acc[2]))*180/pi; //kalman filter calculate_xz(); calculate_yx(); calculate_yz(); //sprintf(str, %d,%d,%d, xz_1, xy_1, x_1); //serial.print(xz);serial.print(,); //serial.print(yx);serial.print(,); //serial.print(yz);serial.print(,); //sprintf(str, %d,%d,%d,%d,%d,%d, acc[0],acc[1],acc[2],gyro[0],gyro[1],gyro[2]); //sprintf(str, %d,%d,%d,gyro[0],gyro[1],gyro[2]); serial.print(axz);serial.print(,); //serial.print(ayx);serial.print(,); //serial.print(ayz);serial.print(,); //serial.print(str); //o=gyro[2];//w=acc[2]; //serial.print(o);serial.print(,); //serial.print(w);serial.print(,); serial.print(); //delay(50);}void calculate_xz(){ xz=xz+t*gyro[1]; p_xz=p_xz+q_xz; k_xz=p_xz/(p_xz+r_xz); xz=xz+k_xz*(axz-xz); p_xz=(1-k_xz)*p_xz;}void calculate_yx(){ yx=yx+t*gyro[2]; p_yx=p_yx+q_yx; k_yx=p_yx/(p_yx+r_yx); yx=yx+k_yx*(ayx-yx); p_yx=(1-k_yx)*p_yx;}void calculate_yz(){ yz=yz+t*gyro[0]; p_yz=p_yz+q_yz; k_yz=p_yz/(p_yz+r_yz); yz=yz+k_yz*(ayz-yz); p_yz=(1-k_yz)*p_yz; }//---------------- functions//writes val to address register on accvoid writeto(int device, byte address, byte val) { wire.begintransmission(device); //start transmission to acc wire.write(address); // send register address wire.write(val); // send value to write wire.endtransmission(); //end transmission}//reads num bytes starting from address register on acc in to buff arrayvoid readfrom(int device, byte address, int num, byte buff[]) { wire.begintransmission(device); //start transmission to acc wire.write(address); //sends address to read from wire.endtransmission(); //end transmission wire.begintransmission(device); //start transmission to acc wire.requestfrom(device, num); // request 6 bytes from acc int i = 0; while(wire.available()) //acc may send less than requested (abnormal) { buff[i] = wire.read(); // receive a byte i++; } wire.endtransmission(); //end transmission}
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