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在工业过程控制系统中,由于被控对象的环境比较恶劣,干扰源比较多,仪器、仪表采集的信息常会受到干扰,所以在模拟系统中,为了消除干扰,常采用RC滤波电路,而在由工业控制计算机组成的自动检测系统中,为了提高采样的可靠性,减少虚假信息的影响,常常采用数字滤波的方法。

数字滤波的方法有很多种,可以根据不同的测量参数进行选择。下面给出几种常用的数字滤波方法的C语言函数,这些函数有一定的通用性,用Turbo C 2.0编制而成,在研华PC-610/386机上均编译通过,适用于PC机及其兼容机。

1.程序判数滤波 采样的信号,如因常受到随机干扰传感器不稳定而引起严重失真时,可以采用此方法。方法是:根据生产经验确定两交采样允许的最大偏差△×,若先后两次采样的信号相减数值大于△×,表明输入的是干扰信号,应该去掉;用上次采样值作为本次采样值,若小于、等于△×表明没有受到干扰,本次采样值效。该方法适用于慢变化的物理参数的采样,如温度、物理位置等测量系统。

程序判断滤波的C程序函数如下:

float program_detect_filter(float old_new_value[], float X)

{

float sample_value;

if (fabs(old_new_value[1]_old_new_value[0])>X)

sample_value=old_new_value[0];

else

sample_value=old_new_value[1];

retrun(sample_value);

}

函数调用需一个一维的两个元素的数组(old_new_value[2],用于存放上次采样值(old_new_value[0],)和本次采样值(old_new_value[1],),函数中sample_value表示有效采样值,X表示根据根据经验确定的两次采样允许的最大偏差△×。

2、中值滤波

中值滤汉是对某一参数连续输入N次(一般N取奇数),从中选择一个中间值作为本次采样值,若变量变化比较缓慢,采用此方法效果比较好,但对快速变化过程的参数,如流量、自然伽玛等,则不宜采用。

中值滤波的C程序函数如下:

float middle_filter(float middle_value [] , intcount)

{

float sample_value, data;

int i, j;

for (i=1; i for(j=count-1; j>=i,–j){

if(middle_value[j-1]=middle_value[j]{

data=middle_value[j-1];

middle_value[j-1]=middle_value[j]

middle_value[j]=data;

}

}

sample_value=middle_value(count-1)/2];

return(sample_value);

}

函数假设对某一参数连续采样3次,若多次采样,可 对该函数稍作修改即可。3次采样值存储在数组mddle_value[3],其中Sample-value表示有效采样值,count表示连续采样次。

3、滑动算术平均值滤波

滑动算术平均值滤波是设一循环队列,依顺序存放N次采样数据,每次数据采集时,先将放在队列中第一个最早采集的数据丢掉,再把新数据放入队尾,然后求包括新数据在内的N个数据的算术平均值,便得到该次采样的有效数据。该方法主要用于对压力、流量等周期脉动的采样值进行平滑加工处理。

滑动算术平均值滤波C程序函数如下:

float move_average_filtaer(float data_buf[], int count)

{

float sample_vaue,data=0;

int i;

for (i=0;i data+=data_buf[i];

sample_value=data/count;

return(sample_value;

}

函数假设顺序存放5次采样数据的数据缓冲区data_buf[5],对于多于5次的滑动算术平均滤波,只需对该函数稍作修改即可,其中sample_value表示本次采样的有效数据,count表示数据有样次数。

4.滑动加权平均值滤波

滑动加权平均滤波是设一个数据缓冲区依顺序存放N次采样数据,

每采进一个新数据,就将最先采集的数据丢掉,而后求包括新数据在内的N个数据的加权平均值,便得到该次采样的有效数据。该方法对脉冲性干扰的平滑作用尚不理想,不适用于脉冲性干扰比较严重的场合。

滑动加权平均值滤波的C程序函数如下:

floa move_times_filter(float data _buf [])

{

float sample_value;

float filter_k[3]={0.3,0.2,0.15》;

sample_value=filter_k[0]data_buf[2]+filter_k[1](data_buf[1]

+data_buf[3])+filter_k[2]*(data_buf[0]+data_buf[4;

return(sample_value);

}

函数假设依次存放5次采样数据的数据缓冲区data_buf[5],对于多于5次的滑动加权平均滤波,只需对该函数稍作修改即可,其中数据组filter_k[3]表示加权系数,这三个系数的关系为filter_k[0]+2*filter_k[1]+2*filter_k[2]=1,本次采样的有效数据用sample_value表示。

5、防脉冲干扰平均值滤波

防脉冲干扰平均值滤波是连续进行N次采样,去掉其中最大值和最小值,然后求剩下的N-2个数据的平均值,作为本次采样的有效值。该方法适用于变量跳变比较严重的场合。这种滤波也应用边采样边计算的方法。

float max_min_chioce(float x_buffer[],int number

{

int max_value, min_value;

float sample_value=0.0;

int i;

max_value, =x_buffer[o];

min_value=x_buffer[0];

for(i=1;i){

if(x_buffer[i]>max_value)max_value=x_buffer[i];

if(x_buffer[i] }

for(i=0; i sample_value=(sample_value_max_value_min_value)/(number-2);

return(sample_value);

}

函数假设存放连续进行5次采样的数据缓冲区data_buf[5],对于多于5次的防脉冲干扰平均值滤波,只需对该函数稍作修改即可,其中Sample_value表示本次采样的有效数据,number表示连续进行的采样次数。

6、低通数字滤波

低通滤波也称一阶滞后滤波,方法是第N次采样后滤波结果输出值是(1-a)乘第N次采样值加a乘上次滤波结果输出值。可见a<<1。该方法适用于变化过程比较慢的参数的滤波的C程序函数如下:

float low_filter(float low_buf[])

{

float sample_value;

float X=0.01;

sample_value=(1_X)*low_buf[1]+X*low buf[0];

retrun(sample_value);

}

函数假设求第2次采样后滤波结果输出值sampe_valeu,数组low_buf[2]表示存放上次滤

波结果输出值(low_buf[0])和本次采样值(low_buf[1]),X表示a。

为方便以上几种滤波函数的理解,下面给出调用以上函数的程序例。

main()

{

folat old_new_buf[2]={1.2,2.6};

float middle_value[3]={20,12,18};

float data_average_buf[5]={10,20,20,10,10};

float data_times_buf[5]={1.4,1.5,1.3,1.2,1.0};

float data_max_min_buf[5]={1.2,80,1.4,0.2,1.3};

foat low_buf[2]={1.2,2.0};

float xx;

xx=program_detect_filter(old_new_buf,1.0};

printf(“The program detect filter value is:%f\n”,xx);

xx=middle_filter (middle_value, 3);

printf(“The middle filter value is:%f\n:,xx);

xx=move_avergae_filter(data_avergae_buf,5);

printf(“the mover average filter value is:%f\n”,xx);

xx=move_times_filter(data_time_fud);

printf(“The move times filter value is:%f\n”,xx);

xx=max_min_choice(data_max_min_buf,5);

printf(“The max-min filter value is:%f\n”,xx);

xx=low_filter(low_buf);

printf(“The low filter value is:%f\n”,xx);

}

运行执行程序,屏幕显示:

The program detect filter value is: 1.200000

The middle filter value is:18.000000

The move average filter value is:14.000000

The move times filter value is:1.310000

The max_min filter value is:1.366666

The low filter value is:1.992000

zhajisuo

2009-9-05 10:58:25

数字滤波器与模拟滤波器的区别主要在于一个是采用软件（程序）的数值计算（数字滤波器），另外一个是采用硬件电路获得（模拟滤波器）。

数字滤波器的原理有多种，取平均值是其中的一种。取平均值就是滤除任何有具有频率的变化分量的信号。数字滤波器还可根据不同原理编制专门的程序，对采集的信号进行特殊的计算来滤除特定频率的信号。

模拟滤波器的原理主要是利用电容器对高频信号的低阻抗、对低频信号的高阻抗和电感对对低频信号的低阻抗、对高频信号的高阻抗的特性，滤除特定频率的信号。