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电子产品世界 » 论坛首页 » 嵌入式开发 » MCU » 十大滤波算法程序大全（Arduino精编无错版）

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十大滤波算法程序大全（Arduino精编无错版）

啸风
专家
2013-12-18 22:58:11     打赏

最近用Arduino做电子秤，为了解决数据的跳变研究了不少滤波算法。网上能找到大把的十大滤波算法帖子，每一篇都不太一样，都号称精编啊，除错啊什么的，可是放到板子里却没一个能正常跑起来的。于是决定自己整理一下这些程序，完美移植到Arduino中。

所以大家看到这个帖子的时候，不要怀疑我重复发帖。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（别的程序连冒泡算法都是溢出的，不信自己找来细看看），所以也算个小原创吧，在别人基础上的原创。

转载请注明出处：极客工坊  http://www.geek-workshop.com/thread-7694-1-1.html

By shenhaiyu 2013-11-01



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
11、新增加 卡尔曼滤波（非扩展卡尔曼），代码在17楼（点击这里）感谢zhangzhe0617分享

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）

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
  3. B、方法：
  4.     根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A），
  5.     每次检测到新值时判断：
  6.     如果本次值与上次值之差<=A，则本次值有效，
  7.     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。
  8. C、优点：
  9.     能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。
  10. D、缺点：
  11.     无法抑制那种周期性的干扰。
  12.     平滑度差。
  13. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  14. */
  15.  
  16. intFilter_Value;
  17. intValue;
  18.  
  19. voidsetup(){
  20.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  21.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  22.   Value =300;
  23. }
  24.  
  25. voidloop(){
  26.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  27.   Value = Filter_Value;         // 最近一次有效采样的值，该变量为全局变量
  28.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  29.   delay(50);
  30. }
  31.  
  32. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  33. intGet_AD(){
  34.   returnrandom(295,305);
  35. }
  36.  
  37. // 限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
  38. #define FILTER_A1
  39. intFilter(){
  40.   intNewValue;
  41.   NewValue = Get_AD();
  42.   if(((NewValue - Value)> FILTER_A)||((Value - NewValue)> FILTER_A))
  43.    returnValue;
  44.   else
  45.    returnNewValue;
  46. }






2、中位值滤波法

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：中位值滤波法
  3. B、方法：
  4.     连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，
  5.     取中间值为本次有效值。
  6. C、优点：
  7.     能有效克服因偶然因素引起的波动干扰；
  8.     对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。
  9. D、缺点：
  10.     对流量、速度等快速变化的参数不宜。
  11. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  12. */
  13.  
  14. intFilter_Value;
  15.  
  16. voidsetup(){
  17.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  18.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  19. }
  20.  
  21. voidloop(){
  22.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  23.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  24.   delay(50);
  25. }
  26.  
  27. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  28. intGet_AD(){
  29.   returnrandom(295,305);
  30. }
  31.  
  32. // 中位值滤波法
  33. #define FILTER_N101
  34. intFilter(){
  35.   intfilter_buf[FILTER_N];
  36.   inti, j;
  37.   intfilter_temp;
  38.   for(i =0; i < FILTER_N; i++){
  39.     filter_buf[i]= Get_AD();
  40.    delay(1);
  41.   }
  42.   // 采样值从小到大排列（冒泡法）
  43.   for(j =0; j < FILTER_N -1; j++){
  44.    for(i =0; i < FILTER_N -1- j; i++){
  45.       if(filter_buf[i]> filter_buf[i +1]){
  46.         filter_temp = filter_buf[i];
  47.         filter_buf[i]= filter_buf[i +1];
  48.         filter_buf[i +1]= filter_temp;
  49.       }
  50.    }
  51.   }
  52.   returnfilter_buf[(FILTER_N -1)/2];
  53. }






3、算术平均滤波法

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：算术平均滤波法
  3. B、方法：
  4.     连续取N个采样值进行算术平均运算：
  5.     N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低；
  6.     N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高；
  7.     N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4。
  8. C、优点：
  9.     适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波；
  10.     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。
  11. D、缺点：
  12.     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；
  13.     比较浪费RAM。
  14. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  15. */
  16.  
  17. intFilter_Value;
  18.  
  19. voidsetup(){
  20.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  21.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  22. }
  23.  
  24. voidloop(){
  25.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  26.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  27.   delay(50);
  28. }
  29.  
  30. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  31. intGet_AD(){
  32.   returnrandom(295,305);
  33. }
  34.  
  35. // 算术平均滤波法
  36. #define FILTER_N12
  37. intFilter(){
  38.   inti;
  39.   intfilter_sum =0;
  40.   for(i =0; i < FILTER_N; i++){
  41.     filter_sum += Get_AD();
  42.    delay(1);
  43.   }
  44.   return(int)(filter_sum / FILTER_N);
  45. }






4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
  3. B、方法：
  4.     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，
  5.     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），
  6.     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。
  7.     N值的选取：流量，N=12；压力，N=4；液面，N=4-12；温度，N=1-4。
  8. C、优点：
  9.     对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高；
  10.     适用于高频振荡的系统。
  11. D、缺点：
  12.     灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差；
  13.     不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差；
  14.     不适用于脉冲干扰比较严重的场合；
  15.     比较浪费RAM。
  16. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  17. */
  18.  
  19. intFilter_Value;
  20.  
  21. voidsetup(){
  22.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  23.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  24. }
  25.  
  26. voidloop(){
  27.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  28.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  29.   delay(50);
  30. }
  31.  
  32. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  33. intGet_AD(){
  34.   returnrandom(295,305);
  35. }
  36.  
  37. // 递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
  38. #define FILTER_N12
  39. intfilter_buf[FILTER_N +1];
  40. intFilter(){
  41.   inti;
  42.   intfilter_sum =0;
  43.   filter_buf[FILTER_N]= Get_AD();
  44.   for(i =0; i < FILTER_N; i++){
  45.     filter_buf[i]= filter_buf[i +1];// 所有数据左移，低位仍掉
  46.     filter_sum += filter_buf[i];
  47.   }
  48.   return(int)(filter_sum / FILTER_N);
  49. }






5、中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
  3. B、方法：
  4.     采一组队列去掉最大值和最小值后取平均值，
  5.     相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。
  6.     连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，
  7.     然后计算N-2个数据的算术平均值。
  8.     N值的选取：3-14。
  9. C、优点：
  10.     融合了“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”两种滤波法的优点。
  11.     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。
  12.     对周期干扰有良好的抑制作用。
  13.     平滑度高，适于高频振荡的系统。
  14. D、缺点：
  15.     计算速度较慢，和算术平均滤波法一样。
  16.     比较浪费RAM。
  17. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  18. */
  19.  
  20. intFilter_Value;
  21.  
  22. voidsetup(){
  23.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  24.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  25. }
  26.  
  27. voidloop(){
  28.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  29.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  30.   delay(50);
  31. }
  32.  
  33. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  34. intGet_AD(){
  35.   returnrandom(295,305);
  36. }
  37.  
  38. // 中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）（算法1）
  39. #define FILTER_N100
  40. intFilter(){
  41.   inti, j;
  42.   intfilter_temp, filter_sum =0;
  43.   intfilter_buf[FILTER_N];
  44.   for(i =0; i < FILTER_N; i++){
  45.     filter_buf[i]= Get_AD();
  46.    delay(1);
  47.   }
  48.   // 采样值从小到大排列（冒泡法）
  49.   for(j =0; j < FILTER_N -1; j++){
  50.    for(i =0; i < FILTER_N -1- j; i++){
  51.       if(filter_buf[i]> filter_buf[i +1]){
  52.         filter_temp = filter_buf[i];
  53.         filter_buf[i]= filter_buf[i +1];
  54.         filter_buf[i +1]= filter_temp;
  55.       }
  56.    }
  57.   }
  58.   // 去除最大最小极值后求平均
  59.   for(i =1; i < FILTER_N -1; i++)filter_sum += filter_buf[i];
  60.   returnfilter_sum /(FILTER_N -2);
  61. }
  62.  
  63.  
  64. //  中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）（算法2）
  65. /*
  66. #define FILTER_N 100
  67. int Filter() {
  68.   int i;
  69.   int filter_sum = 0;
  70.   int filter_max, filter_min;
  71.   int filter_buf[FILTER_N];
  72.   for(i = 0; i < FILTER_N; i++) {
  73.     filter_buf[i] = Get_AD();
  74.     delay(1);
  75.   }
  76.   filter_max = filter_buf[0];
  77.   filter_min = filter_buf[0];
  78.   filter_sum = filter_buf[0];
  79.   for(i = FILTER_N - 1; i > 0; i--) {
  80.     if(filter_buf[i] > filter_max)
  81.       filter_max=filter_buf[i];
  82.     else if(filter_buf[i] < filter_min)
  83.       filter_min=filter_buf[i];
  84.     filter_sum = filter_sum + filter_buf[i];
  85.     filter_buf[i] = filter_buf[i - 1];
  86.   }
  87.   i = FILTER_N - 2;
  88.   filter_sum = filter_sum - filter_max - filter_min + i / 2; // +i/2 的目的是为了四舍五入
  89.   filter_sum = filter_sum / i;
  90.   return filter_sum;
  91. }*/






6、限幅平均滤波法

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：限幅平均滤波法
  3. B、方法：
  4.     相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”；
  5.     每次采样到的新数据先进行限幅处理，
  6.     再送入队列进行递推平均滤波处理。
  7. C、优点：
  8.     融合了两种滤波法的优点；
  9.     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。
  10. D、缺点：
  11.     比较浪费RAM。
  12. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  13. */
  14.  
  15. #define FILTER_N12
  16. intFilter_Value;
  17. intfilter_buf[FILTER_N];
  18.  
  19. voidsetup(){
  20.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  21.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  22.   filter_buf[FILTER_N -2]=300;
  23. }
  24.  
  25. voidloop(){
  26.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  27.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  28.   delay(50);
  29. }
  30.  
  31. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  32. intGet_AD(){
  33.   returnrandom(295,305);
  34. }
  35.  
  36. // 限幅平均滤波法
  37. #define FILTER_A1
  38. intFilter(){
  39.   inti;
  40.   intfilter_sum =0;
  41.   filter_buf[FILTER_N -1]= Get_AD();
  42.   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))
  43.     filter_buf[FILTER_N -1]= filter_buf[FILTER_N -2];
  44.   for(i =0; i < FILTER_N -1; i++){
  45.     filter_buf[i]= filter_buf[i +1];
  46.     filter_sum += filter_buf[i];
  47.   }
  48.   return(int)filter_sum /(FILTER_N -1);
  49. }






7、一阶滞后滤波法

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：一阶滞后滤波法
  3. B、方法：
  4.     取a=0-1，本次滤波结果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果。
  5. C、优点：
  6.     对周期性干扰具有良好的抑制作用；
  7.     适用于波动频率较高的场合。
  8. D、缺点：
  9.     相位滞后，灵敏度低；
  10.     滞后程度取决于a值大小；
  11.     不能消除滤波频率高于采样频率1/2的干扰信号。
  12. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  13. */
  14.  
  15. intFilter_Value;
  16. intValue;
  17.  
  18. voidsetup(){
  19.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  20.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  21.   Value =300;
  22. }
  23.  
  24. voidloop(){
  25.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  26.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  27.   delay(50);
  28. }
  29.  
  30. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  31. intGet_AD(){
  32.   returnrandom(295,305);
  33. }
  34.  
  35. // 一阶滞后滤波法
  36. #define FILTER_A0.01
  37. intFilter(){
  38.   intNewValue;
  39.   NewValue = Get_AD();
  40.   Value =(int)((float)NewValue * FILTER_A +(1.0- FILTER_A)*(float)Value);
  41.   returnValue;
  42. }






8、加权递推平均滤波法

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：加权递推平均滤波法
  3. B、方法：
  4.     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；
  5.     通常是，越接近现时刻的数据，权取得越大。
  6.     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。
  7. C、优点：
  8.     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。
  9. D、缺点：
  10.     对于纯滞后时间常数较小、采样周期较长、变化缓慢的信号；
  11.     不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差。
  12. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  13. */
  14.  
  15. intFilter_Value;
  16.  
  17. voidsetup(){
  18.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  19.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  20. }
  21.  
  22. voidloop(){
  23.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  24.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  25.   delay(50);
  26. }
  27.  
  28. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  29. intGet_AD(){
  30.   returnrandom(295,305);
  31. }
  32.  
  33. // 加权递推平均滤波法
  34. #define FILTER_N12
  35. intcoe[FILTER_N]={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};   // 加权系数表
  36. intsum_coe =1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;// 加权系数和
  37. intfilter_buf[FILTER_N +1];
  38. intFilter(){
  39.   inti;
  40.   intfilter_sum =0;
  41.   filter_buf[FILTER_N]= Get_AD();
  42.   for(i =0; i < FILTER_N; i++){
  43.     filter_buf[i]= filter_buf[i +1];// 所有数据左移，低位仍掉
  44.     filter_sum += filter_buf[i]* coe[i];
  45.   }
  46.   filter_sum /= sum_coe;
  47.   returnfilter_sum;
  48. }






9、消抖滤波法

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：消抖滤波法
  3. B、方法：
  4.     设置一个滤波计数器，将每次采样值与当前有效值比较：
  5.     如果采样值=当前有效值，则计数器清零；
  6.     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）；
  7.     如果计数器溢出，则将本次值替换当前有效值，并清计数器。
  8. C、优点：
  9.     对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果；
  10.     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。
  11. D、缺点：
  12.     对于快速变化的参数不宜；
  13.     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。
  14. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  15. */
  16.  
  17. intFilter_Value;
  18. intValue;
  19.  
  20. voidsetup(){
  21.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  22.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  23.   Value =300;
  24. }
  25.  
  26. voidloop(){
  27.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  28.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  29.   delay(50);
  30. }
  31.  
  32. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  33. intGet_AD(){
  34.   returnrandom(295,305);
  35. }
  36.  
  37. // 消抖滤波法
  38. #define FILTER_N12
  39. inti =0;
  40. intFilter(){
  41.   intnew_value;
  42.   new_value = Get_AD();
  43.   if(Value != new_value){
  44.     i++;
  45.    if(i > FILTER_N){
  46.       i =0;
  47.       Value = new_value;
  48.    }
  49.   }
  50.   else
  51.     i =0;
  52.   returnValue;
  53. }






10、限幅消抖滤波法

ARDUINO 代码复制打印
  1. /*
  2. A、名称：限幅消抖滤波法
  3. B、方法：
  4.     相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”；
  5.     先限幅，后消抖。
  6. C、优点：
  7.     继承了“限幅”和“消抖”的优点；
  8.     改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷，避免将干扰值导入系统。
  9. D、缺点：
  10.     对于快速变化的参数不宜。
  11. E、整理：shenhaiyu 2013-11-01
  12. */
  13.  
  14. intFilter_Value;
  15. intValue;
  16.  
  17. voidsetup(){
  18.   Serial.begin(9600);      // 初始化串口通信
  19.   randomSeed(analogRead(0));// 产生随机种子
  20.   Value =300;
  21. }
  22.  
  23. voidloop(){
  24.   Filter_Value = Filter();      // 获得滤波器输出值
  25.   Serial.println(Filter_Value);// 串口输出
  26.   delay(50);
  27. }
  28.  
  29. // 用于随机产生一个300左右的当前值
  30. intGet_AD(){
  31.   returnrandom(295,305);
  32. }
  33.  
  34. // 限幅消抖滤波法
  35. #define FILTER_A1
  36. #define FILTER_N5
  37. inti =0;
  38. intFilter(){
  39.   intNewValue;
  40.   intnew_value;
  41.   NewValue = Get_AD();
  42.   if(((NewValue - Value)> FILTER_A)||((Value - NewValue)> FILTER_A))
  43.     new_value = Value;
  44.   else
  45.     new_value = NewValue;
  46.   if(Value != new_value){
  47.     i++;
  48.    if(i > FILTER_N){
  49.       i =0;
  50.       Value = new_value;
  51.    }
  52.   }
  53.   else
  54.     i =0;
  55.   returnValue;
  56. }
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关键词： 十大     滤波算法     Arduino    

Snake0301
高工
2013-12-18 23:20:32     打赏
2楼
收藏备用，感谢海盗。

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songzhige
高工
2013-12-18 23:21:14     打赏
3楼

收藏慢慢看，，

内容比较长，一会半会消化不了


评论
areak
专家
2013-12-19 08:06:22     打赏
4楼
好多经典算法啊，收藏了

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machinnneee
专家
2013-12-19 09:13:55     打赏
5楼
Arduino现在很火呀，代码很给力

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lukunn
助工
2013-12-19 13:04:45     打赏
6楼
mark！！！楼主也要看完再COPY啊，人家说卡尔曼滤波在17楼，都不舍得一块COPY来！

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liklon
高工
2013-12-20 01:04:34     打赏
7楼
第一次这些滤波算法是在匠人手记里面，，看得真爽

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jobs
院士
2013-12-20 22:34:36     打赏
8楼
玩算法很难的。

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