（stm32）十大滤波算法，轻松开发嵌入式

最新推荐文章于 2025-04-15 19:16:18 发布

一月千帆

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文章标签： stm32 算法嵌入式硬件

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#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "lcd.h"
#include "adc.h"
#include "usartbo.h"

u16 ftable[255] = {
	2048, 2098, 2148, 2198, 2248, 2298, 2348, 2398, 2447, 2496,
 2545, 2594, 2642, 2690, 2737, 2785, 2831, 2877, 2923, 2968,
 3013, 3057, 3100, 3143, 3185, 3227, 3267, 3307, 3347, 3385,
 3423, 3460, 3496, 3531, 3565, 3598, 3631, 3662, 3692, 3722,
 3750, 3778, 3804, 3829, 3854, 3877, 3899, 3920, 3940, 3958,
 3976, 3992, 4007, 4021, 4034, 4046, 4056, 4065, 4073, 4080,
 4086, 4090, 4093, 4095, 4095, 4095, 4093, 4090, 4086, 4080,
 4073, 4065, 4056, 4046, 4034, 4021, 4007, 3992, 3976, 3958,
 3940, 3920, 3899, 3877, 3854, 3829, 3804, 3778, 3750, 3722,
 3692, 3662, 3631, 3598, 3565, 3531, 3496, 3460, 3423, 3385,
 3347, 3307, 3267, 3227, 3185, 3143, 3100, 3057, 3013, 2968,
 2923, 2877, 2831, 2785, 2737, 2690, 2642, 2594, 2545, 2496,
 2447, 2398, 2348, 2298, 2248, 2198, 2148, 2098, 2047, 1997,
 1947, 1897, 1847, 1797, 1747, 1697, 1648, 1599, 1550, 1501,
 1453, 1405, 1358, 1310, 1264, 1218, 1172, 1127, 1082, 1038,
 995, 952, 910, 868, 828, 788, 748, 710, 672, 635,
 599, 564, 530, 497, 464, 433, 403, 373, 345, 317,
 291, 266, 241, 218, 196, 175, 155, 137, 119, 103,
 88, 74, 61, 49, 39, 30, 22, 15, 9, 5,
 2, 0, 0, 0, 2, 5, 9, 15, 22, 30,
 39, 49, 61, 74, 88, 103, 119, 137, 155, 175,
 196, 218, 241, 266, 291, 317, 345, 373, 403, 433,
 464, 497, 530, 564, 599, 635, 672, 710, 748, 788,
 828, 868, 910, 952, 995, 1038, 1082, 1127, 1172, 1218,
 1264, 1310, 1358, 1405, 1453, 1501, 1550, 1599, 1648, 1697,
 1747, 1797, 1847, 1897, 1947
};

int a=0;
int b=1;
/*//
方法一：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<=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。
优点：能克服偶然因素引起的脉冲干扰
缺点：无法抑制周期性的干扰，平滑度差
*/

#define  A 51
u16 Value1;

u16 filter1() 
{
  u16 NewValue;
	Value1 = ftable[b-1];
  NewValue = ftable[b];
	b++;
	a++;
	if(a==255) a=0;
	if(b==255) b=1;
  if(((NewValue - Value1) > A) || ((Value1 - NewValue) > A))
	{
		print_host(ftable[a],NewValue);
    return NewValue;
	}
  else
	{
		 print_host(ftable[a],Value1);
     return Value1;
	}
}

/*//
方法二：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：克服偶然因素（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
*/
#define N 3

u16 value_buf[N]; 
u16 filter2()
{  
  u16 count,i,j,temp;
  for(count=0;count<N;count++)
  {
    value_buf[count] =  ftable[a];
	  a++;
	  if(a==255) a=0;
  }
	for (j=0;j<N-1;j++)
	{
		 for (i=0;i<N-j;i++)
		 {
			if ( value_buf[i] >  value_buf[i+1] )
			{
			 temp = value_buf[i];
			 value_buf [i]= value_buf[i+1]; 
			 value_buf[i+1] = temp;
			}
		 }
	}
//	printf("%d\n",value_buf[(N-1)/2]);
	return value_buf[(N-1)/2];
}
void pros2()
{
   print_host(4,filter2());
}
/*//
方法三：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值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4。）
      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；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
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。
*/

#define N 5
u16 filter3()
{
	u16 sum = 0,count;
	for ( count=0;count<N;count++)
	{
		sum = sum+ ftable[a];
		a++;
		if(a==255) a=0;
	}
	print_host(4,sum/N);
//	printf("%d\n",sum/N);
	return (sum/N);
}

/*//
方法四：递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
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。
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；
      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。
*/

#define FILTER4_N 3
u16 filter_buf[FILTER4_N + 1];
u16 filter4() 
{
  int i;
  int filter_sum = 0;
  filter_buf[FILTER4_N] = ftable[a];		
	a++;
	if(a==255) a=0;
  for(i = 0; i < FILTER4_N; i++) 
	{
    filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; // 所有数据左移，低位仍掉
    filter_sum += filter_buf[i];
  }
//	printf("%d\n",filter_sum / FILTER4_N);
  return (int)(filter_sum / FILTER4_N);
}


void pros4(void)
{
	u16 i=0;
  print_host(4,filter4());
}
/*//
方法五：中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）
方法： 采一组队列去掉最大值和最小值后取平均值，     （N值的选取：3-14）。 
      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“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。
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。
*/

#define N 3
int filter5() 
{
  int i, j;
  int filter_temp, filter_sum = 0;
  int filter_buf[N];
  for(i = 0; i < N; i++) 
	{
    filter_buf[i] = ftable[a];
		a++;
		if(a==255)   a=0;
    delay_us(10);
  }
  // 采样值从小到大排列（冒泡法）
  for(j = 0; j < N - 1; j++) 
	{
    for(i = 0; i < N - 1 - j; i++) 
		{
      if(filter_buf[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 < N - 1; i++) filter_sum += filter_buf[i];
//	printf("%d\n",filter_sum / ( N - 2));
  return filter_sum / (N - 2);
}

void pros5(void)
{
	u16 i=0;
	for(i=0;i<255;i++)
	{
     print_host(ftable[i],filter5());
	}
}

/*//
方法六：限幅平均滤波法
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。
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。
缺点：比较浪费RAM。
*/

#define FILTER6_N 3
#define FILTER6_A 51
int filter_buf[FILTER6_N];

int filter6() 
{
  int i;
  int filter_sum = 0;
  filter_buf[FILTER6_N - 1] = ftable[a];		
	a++;
	if(a==255)   a=0;
  if(((filter_buf[FILTER6_N - 1] - filter_buf[FILTER6_N - 2]) > FILTER6_A) || ((filter_buf[FILTER6_N - 2] - filter_buf[FILTER6_N - 1]) > FILTER6_A))
    filter_buf[FILTER6_N - 1] = filter_buf[FILTER6_N - 2];
  for(i = 0; i < FILTER6_N - 1; i++) 
	{
    filter_buf[i] = filter_buf[i + 1];
    filter_sum += filter_buf[i];
  }
//	printf("%d\n",filter_sum / ( FILTER6_N - 1));
  return filter_sum / (FILTER6_N - 1);
}

void pros6(void)
{
  print_host(4,filter6());
}
/*//
方法七：一阶滞后滤波法
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。
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。
       平滑度高，适于高频振荡的系统。
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。
*/

#define FILTER7_A 0.01
u16 Value;
u16 filter7() 
{
  int NewValue;
	Value = ftable[b-1];		
  NewValue = ftable[b];		
	b++;
	if(b==255)   b=1;
  Value = (int)((float)NewValue * FILTER7_A + (1.0 - FILTER7_A) * (float)Value);
//	printf("%d\n",Value);
  return Value;
}
void pros7(void)
{
	u16 i=0;
	for(i=0;i<255;i++)
	{
     print_host(ftable[i],filter7());
	}
}

/*//
方法八：加权递推平均滤波法
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。
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。
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。
*/

#define FILTER8_N 12
int coe[FILTER8_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[FILTER8_N + 1];
int filter8() 
{
  int i;
  int filter_sum = 0;
  filter_buf[FILTER8_N] = ftable[a];		
	a++;
	if(a==255)   a=0;
  for(i = 0; i < FILTER8_N; i++) 
 {
    filter_buf[i] = filter_buf[i + 1]; // 所有数据左移，低位仍掉
    filter_sum += filter_buf[i] * coe[i];
  }
  filter_sum /= sum_coe;
//	printf("%d\n",filter_sum);
  return filter_sum;
}

void pros8(void)
{
	u16 i=0;
	for(i=0;i<255;i++)
	{
     print_host(ftable[i],filter8());
	}
}
/*//
方法九： 消抖滤波法
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。
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。
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。
*/

#define FILTER9_N 51
u16 i = 0;
u16 Value;
u16 filter9() 
{
  int new_value;
	Value = ftable[b-1];
  new_value = ftable[b];		
	b++;
	if(b==255)   b=1;
  if(Value != new_value) 
	{
    i++;
    if(i > FILTER9_N) 
		{
      i = 0;
      Value = new_value;
    }
  }
  else   i = 0;
  return Value;
}

void pros9(void)
{
	u16 i=0;
	for(i=0;i<255;i++)
	{
     print_host(ftable[i],filter9());
	}
}

/*//
方法十：限幅消抖滤波法
方法： 相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法”；
       先限幅，后消抖。
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。
缺点：   对于快速变化的参数不宜。
*/

#define FILTER10_A 51
#define FILTER10_N 5
u16 i = 0;
u16 Value;

u16 filter10() 
{
  u16 NewValue;
  u16 new_value;
	Value = ftable[b-1];
  NewValue = ftable[b];		
	b++;
	if(b==255)   b=1;
  if(((NewValue - Value) > FILTER10_A) || ((Value - NewValue) > FILTER10_A))
    new_value = Value;
  else
    new_value = NewValue;
  if(Value != new_value) 
	{
    i++;
    if(i > FILTER10_N) 
		{
      i = 0;
      Value = new_value;
    }
  }
  else   i = 0;
  return Value;
}

void pros10(void)
{
	u16 i=0;
	for(i=0;i<255;i++)
	{
     print_host(ftable[i],filter10());
	}
}

/*//
         主函数
*/
int main(void)
{ 
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	uart_init(256000);	 	//串口初始化为9600
	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口
	while(1)
	{
		filter1();
		filter2();
		pros2();
		filter3();
	  filter4();
		pros4();
	  filter5();
		pros5();
		
		filter6();
		pros6();
		filter7();
		pros7();
		filter8();
		pros8();
		filter9();
		pros9();
		filter10();
		pros10();
		delay_ms(20);
	}											    
}

#include "led.h"

//	 
//本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
//ALIENTEK miniSTM32开发板
//LED驱动代码	   
//正点原子@ALIENTEK
//技术论坛:www.openedv.com
//修改日期:2012/9/2
//版本：V1.0
//版权所有，盗版必究。
//Copyright(C) 广州市星翼电子科技有限公司 2009-2019
//All rights reserved									  
// 	   

//初始化PB5和PE5为输出口.并使能这两个口的时钟		    
//LED IO初始化
void LED_Init(void)
{
 
 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
 	
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);	 //使能PA,PD端口时钟
	
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;				 //LED0-->PA.8 端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; 		 //推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;		 //IO口速度为50MHz
 GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					 //根据设定参数初始化GPIOA.8
 GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_8);						 //PA.8 输出高

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;	    		 //LED1-->PD.2 端口配置, 推挽输出
 GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);	  				 //推挽输出 ，IO口速度为50MHz
 GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2); 						 //PD.2 输出高 
}

 #include "adc.h"
 #include "delay.h"
//	 
//本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
//ALIENTEK miniSTM32开发板
//ADC 代码	   
//正点原子@ALIENTEK
//技术论坛:www.openedv.com
//修改日期:2012/9/7
//版本：V1.0
//版权所有，盗版必究。
//Copyright(C) 广州市星翼电子科技有限公司 2009-2019
//All rights reserved									  
// 
	   
		   
//初始化ADC
//这里我们仅以规则通道为例
//我们默认将开启通道0~3																	   
void  Adc_Init(void)
{ 	
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1	, ENABLE );	  //使能ADC1通道时钟
 

	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M

	//PA1 作为模拟通道输入引脚                         
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模拟输入引脚
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	

	ADC_DeInit(ADC1);  //复位ADC1,将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值

	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单通道模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单次转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	//转换由软件而不是外部触发启动
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//ADC数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//顺序进行规则转换的ADC通道的数目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	//根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器   

  
	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	//使能指定的ADC1
	
	ADC_ResetCalibration(ADC1);	//使能复位校准  
	 
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	//等待复位校准结束
	
	ADC_StartCalibration(ADC1);	 //开启AD校准
 
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 //等待校准结束
 
//	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		//使能指定的ADC1的软件转换启动功能

}				  
//获得ADC值
//ch:通道值 0~3
u16 Get_Adc(u8 ch)   
{
  	//设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );	//ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期	  			    
  
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		//使能指定的ADC1的软件转换启动功能	
	 
	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束

	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	//返回最近一次ADC1规则组的转换结果
}

u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
	u32 temp_val=0;
	u8 t;
	for(t=0;t<times;t++)
	{
		temp_val+=Get_Adc(ch);
		delay_ms(5);
	}
	return temp_val/times;
}

 #include "usartbo.h"
 #include "sys.h"
 
u8 send_first[2]={0x03,0xfc};//发送帧头
u8 send_last[2]={0xfc,0x03};//发送帧尾
u8 send_9999[2]={0x0f,0x27};//发送9999分割区间


/*//
函数名:print_host
功能:整合波形上位机发送帧
输入:待显示信号
返回:无
//*/

void print_host(u16 val,u16 a)
{
	printf("%c%c",send_first[0],send_first[1]);	
	printf("%c",val);
	printf("%c",val>>8);
	printf("%c",a);
	printf("%c",a>>8);
	printf("%c%c",send_last[0],send_last[1]);
}


//void print_host(u16 val)
//{
//	printf("%c",send_first[0]);	
//	printf("%c",val);
//	printf("%c",val>>8);
//	printf("%c",send_last[0]);
//}