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  • 十大滤波算法与卡尔曼滤波总结

    2018-01-1901:55:42

    arduino滤波算法--转载至极客工坊  ----http://www.geek-workshop.com/thread-7694-1-1.html

    卡尔曼滤波

      1 #include <Wire.h> // I2C library, gyroscope
  2 
  3 // Accelerometer ADXL345
  4 #define ACC (0x53)    //ADXL345 ACC address
  5 #define A_TO_READ (6)        //num of bytes we are going to read each time (two bytes for each axis)
  6 
  7 
  8 // Gyroscope ITG3200 
  9 #define GYRO 0x68 // gyro address, binary = 11101000 when AD0 is connected to Vcc (see schematics of your breakout board)
 10 #define G_SMPLRT_DIV 0x15   
 11 #define G_DLPF_FS 0x16   
 12 #define G_INT_CFG 0x17
 13 #define G_PWR_MGM 0x3E
 14 
 15 #define G_TO_READ 8 // 2 bytes for each axis x, y, z
 16 
 17 
 18 // offsets are chip specific. 
 19 int a_offx = 0;
 20 int a_offy = 0;
 21 int a_offz = 0;
 22 
 23 int g_offx = 0;
 24 int g_offy = 0;
 25 int g_offz = 0;
 26 ////////////////////////
 27 
 28 ////////////////////////
 29 char str[512]; 
 30 
 31 void initAcc() {
 32   //Turning on the ADXL345
 33   writeTo(ACC, 0x2D, 0);      
 34   writeTo(ACC, 0x2D, 16);
 35   writeTo(ACC, 0x2D, 8);
 36   //by default the device is in +-2g range reading
 37 }
 38 
 39 void getAccelerometerData(int* result) {
 40   int regAddress = 0x32;    //first axis-acceleration-data register on the ADXL345
 41   byte buff[A_TO_READ];
 42   
 43   readFrom(ACC, regAddress, A_TO_READ, buff); //read the acceleration data from the ADXL345
 44   
 45   //each axis reading comes in 10 bit resolution, ie 2 bytes.  Least Significat Byte first!!
 46   //thus we are converting both bytes in to one int
 47   result[0] = (((int)buff[1]) << 8) | buff[0] + a_offx;   
 48   result[1] = (((int)buff[3]) << 8) | buff[2] + a_offy;
 49   result[2] = (((int)buff[5]) << 8) | buff[4] + a_offz;
 50 }
 51 
 52 //initializes the gyroscope
 53 void initGyro()
 54 {
 55   /*****************************************
 56   * ITG 3200
 57   * power management set to:
 58   * clock select = internal oscillator
 59   *     no reset, no sleep mode
 60   *   no standby mode
 61   * sample rate to = 125Hz
 62   * parameter to +/- 2000 degrees/sec
 63   * low pass filter = 5Hz
 64   * no interrupt
 65   ******************************************/
 66   writeTo(GYRO, G_PWR_MGM, 0x00);
 67   writeTo(GYRO, G_SMPLRT_DIV, 0x07); // EB, 50, 80, 7F, DE, 23, 20, FF
 68   writeTo(GYRO, G_DLPF_FS, 0x1E); // +/- 2000 dgrs/sec, 1KHz, 1E, 19
 69   writeTo(GYRO, G_INT_CFG, 0x00);
 70 }
 71 
 72 
 73 void getGyroscopeData(int * result)
 74 {
 75   /**************************************
 76   Gyro ITG-3200 I2C
 77   registers:
 78   temp MSB = 1B, temp LSB = 1C
 79   x axis MSB = 1D, x axis LSB = 1E
 80   y axis MSB = 1F, y axis LSB = 20
 81   z axis MSB = 21, z axis LSB = 22
 82   *************************************/
 83 
 84   int regAddress = 0x1B;
 85   int temp, x, y, z;
 86   byte buff[G_TO_READ];
 87   
 88   readFrom(GYRO, regAddress, G_TO_READ, buff); //read the gyro data from the ITG3200
 89   
 90   result[0] = ((buff[2] << 8) | buff[3]) + g_offx;
 91   result[1] = ((buff[4] << 8) | buff[5]) + g_offy;
 92   result[2] = ((buff[6] << 8) | buff[7]) + g_offz;
 93   result[3] = (buff[0] << 8) | buff[1]; // temperature
 94   
 95 }
 96 
 97 
 98 float xz=0,yx=0,yz=0;
 99 float p_xz=1,p_yx=1,p_yz=1;
100 float q_xz=0.0025,q_yx=0.0025,q_yz=0.0025;
101 float k_xz=0,k_yx=0,k_yz=0;
102 float r_xz=0.25,r_yx=0.25,r_yz=0.25;
103   //int acc_temp[3];
104   //float acc[3];
105   int acc[3];
106   int gyro[4];
107   float Axz;
108   float Ayx;
109   float Ayz;
110   float t=0.025;
111 void setup()
112 {
113   Serial.begin(9600);
114   Wire.begin();
115   initAcc();
116   initGyro();
117   
118 }
119 
120 //unsigned long timer = 0;
121 //float o;
122 void loop()
123 {
124   
125   getAccelerometerData(acc);
126   getGyroscopeData(gyro);
127   //timer = millis();
128   sprintf(str, "%d,%d,%d,%d,%d,%d", acc[0],acc[1],acc[2],gyro[0],gyro[1],gyro[2]);
129   
130   //acc[0]=acc[0];
131   //acc[2]=acc[2];
132   //acc[1]=acc[1];
133   //r=sqrt(acc[0]*acc[0]+acc[1]*acc[1]+acc[2]*acc[2]);
134   gyro[0]=gyro[0]/ 14.375;
135   gyro[1]=gyro[1]/ (-14.375);
136   gyro[2]=gyro[2]/ 14.375;
137   
138    
139   Axz=(atan2(acc[0],acc[2]))*180/PI;
140   Ayx=(atan2(acc[0],acc[1]))*180/PI;
141   /*if((acc[0]!=0)&&(acc[1]!=0))
142     {
143       Ayx=(atan2(acc[0],acc[1]))*180/PI;
144     }
145     else
146     {
147       Ayx=t*gyro[2];
148     }*/
149   Ayz=(atan2(acc[1],acc[2]))*180/PI;
150   
151   
152  //kalman filter
153   calculate_xz();
154   calculate_yx();
155   calculate_yz();
156   
157   //sprintf(str, "%d,%d,%d", xz_1, xy_1, x_1);
158   //Serial.print(xz);Serial.print(",");
159   //Serial.print(yx);Serial.print(",");
160   //Serial.print(yz);Serial.print(",");
161   //sprintf(str, "%d,%d,%d,%d,%d,%d", acc[0],acc[1],acc[2],gyro[0],gyro[1],gyro[2]);
162   //sprintf(str, "%d,%d,%d",gyro[0],gyro[1],gyro[2]);
163     Serial.print(Axz);Serial.print(",");
164     //Serial.print(Ayx);Serial.print(",");
165     //Serial.print(Ayz);Serial.print(",");
166   //Serial.print(str);
167   //o=gyro[2];//w=acc[2];
168   //Serial.print(o);Serial.print(",");
169   //Serial.print(w);Serial.print(",");
170   Serial.print("
");
171 
172   
173   //delay(50);
174 }
175 void calculate_xz()
176 {
177 
178  xz=xz+t*gyro[1];
179  p_xz=p_xz+q_xz;
180  k_xz=p_xz/(p_xz+r_xz);
181  xz=xz+k_xz*(Axz-xz);
182  p_xz=(1-k_xz)*p_xz;
183 }
184 void calculate_yx()
185 {
186   
187   yx=yx+t*gyro[2];
188   p_yx=p_yx+q_yx;
189   k_yx=p_yx/(p_yx+r_yx);
190   yx=yx+k_yx*(Ayx-yx);
191   p_yx=(1-k_yx)*p_yx;
192 
193 }
194 void calculate_yz()
195 {
196   yz=yz+t*gyro[0];
197   p_yz=p_yz+q_yz;
198   k_yz=p_yz/(p_yz+r_yz);
199   yz=yz+k_yz*(Ayz-yz);
200   p_yz=(1-k_yz)*p_yz;
201  
202 }
203 
204 
205 //---------------- Functions
206 //Writes val to address register on ACC
207 void writeTo(int DEVICE, byte address, byte val) {
208    Wire.beginTransmission(DEVICE); //start transmission to ACC 
209    Wire.write(address);        // send register address
210    Wire.write(val);        // send value to write
211    Wire.endTransmission(); //end transmission
212 }
213 
214 
215 //reads num bytes starting from address register on ACC in to buff array
216 void readFrom(int DEVICE, byte address, int num, byte buff[]) {
217   Wire.beginTransmission(DEVICE); //start transmission to ACC 
218   Wire.write(address);        //sends address to read from
219   Wire.endTransmission(); //end transmission
220   
221   Wire.beginTransmission(DEVICE); //start transmission to ACC
222   Wire.requestFrom(DEVICE, num);    // request 6 bytes from ACC
223   
224   int i = 0;
225   while(Wire.available())    //ACC may send less than requested (abnormal)
226   { 
227     buff[i] = Wire.read(); // receive a byte
228     i++;
229   }
230   Wire.endTransmission(); //end transmission
231 }

    十大滤波算法

    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
/*
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;
}





2、中位值滤波法
ARDUINO 代码复制打印
/*
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[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_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;
      }
    }
  }
  return filter_buf[(FILTER_N - 1) / 2];
}





3、算术平均滤波法
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/*
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);
}





4、递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
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/*
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[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）
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/*
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[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_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 < FILTER_N - 1; i++) filter_sum += filter_buf[i];
  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[i] = 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[i] > filter_max)
      filter_max=filter_buf[i];
    else if(filter_buf[i] < filter_min)
      filter_min=filter_buf[i];
    filter_sum = filter_sum + filter_buf[i];
    filter_buf[i] = 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;
}*/





6、限幅平均滤波法
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/*
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[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
ARDUINO 代码复制打印
/*
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;
}





8、加权递推平均滤波法
ARDUINO 代码复制打印
/*
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[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;
  return filter_sum;
}





9、消抖滤波法
ARDUINO 代码复制打印
/*
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;
}





10、限幅消抖滤波法
ARDUINO 代码复制打印
/*
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;
}

    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. int Filter_Value;
    17. int Value;
    18.  
    19. void setup() {
    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. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    34.   return random(295, 305);
    35. }
    36.  
    37. // 限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
    38. #define FILTER_A 1
    39. int Filter() {
    40.   int NewValue;
    41.   NewValue = Get_AD();
    42.   if(((NewValue - Value) > FILTER_A) || ((Value - NewValue) > FILTER_A))
    43.     return Value;
    44.   else
    45.     return NewValue;
    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. int Filter_Value;
    15.  
    16. void setup() {
    17.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
    18.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
    19. }
    20.  
    21. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    29.   return random(295, 305);
    30. }
    31.  
    32. // 中位值滤波法
    33. #define FILTER_N 101
    34. int Filter() {
    35.   int filter_buf[FILTER_N];
    36.   int i, j;
    37.   int filter_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.   return filter_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. int Filter_Value;
    18.  
    19. void setup() {
    20.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
    21.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
    22. }
    23.  
    24. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    32.   return random(295, 305);
    33. }
    34.  
    35. // 算术平均滤波法
    36. #define FILTER_N 12
    37. int Filter() {
    38.   int i;
    39.   int filter_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. int Filter_Value;
    20.  
    21. void setup() {
    22.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
    23.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
    24. }
    25.  
    26. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    34.   return random(295, 305);
    35. }
    36.  
    37. // 递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）
    38. #define FILTER_N 12
    39. int filter_buf[FILTER_N + 1];
    40. int Filter() {
    41.   int i;
    42.   int filter_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. int Filter_Value;
    21.  
    22. void setup() {
    23.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
    24.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
    25. }
    26.  
    27. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    35.   return random(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_N 100
    40. int Filter() {
    41.   int i, j;
    42.   int filter_temp, filter_sum = 0;
    43.   int filter_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.   return filter_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_N 12
    16. int Filter_Value;
    17. int filter_buf[FILTER_N];
    18.  
    19. void setup() {
    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. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    33.   return random(295, 305);
    34. }
    35.  
    36. // 限幅平均滤波法
    37. #define FILTER_A 1
    38. int Filter() {
    39.   int i;
    40.   int filter_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. int Filter_Value;
    16. int Value;
    17.  
    18. void setup() {
    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. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    32.   return random(295, 305);
    33. }
    34.  
    35. // 一阶滞后滤波法
    36. #define FILTER_A 0.01
    37. int Filter() {
    38.   int NewValue;
    39.   NewValue = Get_AD();
    40.   Value = (int)((float)NewValue * FILTER_A + (1.0 - FILTER_A) * (float)Value);
    41.   return Value;
    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. int Filter_Value;
    16.  
    17. void setup() {
    18.   Serial.begin(9600);       // 初始化串口通信
    19.   randomSeed(analogRead(0)); // 产生随机种子
    20. }
    21.  
    22. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    30.   return random(295, 305);
    31. }
    32.  
    33. // 加权递推平均滤波法
    34. #define FILTER_N 12
    35. int coe[FILTER_N] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12};    // 加权系数表
    36. int sum_coe = 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10 + 11 + 12; // 加权系数和
    37. int filter_buf[FILTER_N + 1];
    38. int Filter() {
    39.   int i;
    40.   int filter_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.   return filter_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. int Filter_Value;
    18. int Value;
    19.  
    20. void setup() {
    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. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    34.   return random(295, 305);
    35. }
    36.  
    37. // 消抖滤波法
    38. #define FILTER_N 12
    39. int i = 0;
    40. int Filter() {
    41.   int new_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.   return Value;
    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. int Filter_Value;
    15. int Value;
    16.  
    17. void setup() {
    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. void loop() {
    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. int Get_AD() {
    31.   return random(295, 305);
    32. }
    33.  
    34. // 限幅消抖滤波法
    35. #define FILTER_A 1
    36. #define FILTER_N 5
    37. int i = 0;
    38. int Filter() {
    39.   int NewValue;
    40.   int new_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.   return Value;
    56. }
    @青山不移，文笔不息。学习，坚持,梦想青春！
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