嵌入式測控系統中數字濾波算法的實(shí)現

　　1.5加權平均濾波

　　算術(shù)平均濾波和去極值平均濾波均存在平滑性和靈敏性的矛盾。因為，采樣次數太少，平滑效果差；采樣次數太多，靈敏度下降，對參數的變化趨勢不敏感。為協(xié)調兩者的關(guān)系，可采用加權平均濾波。即對連續N次采樣值分別乘上不同的加權系數之后再求累加和。加權系數一般先小后大，以突出后面若干采樣的效果，來(lái)加強系統對參數變化趨勢的辨識。各個(gè)加權系數均應是小于1的小數，且應滿(mǎn)足總和等于1的約束條件。這樣，加權運算之后的累加和即為有效采樣值。為方便計算，可取各加權系數均為整數，且總和為256，加權運算之后的累加和再除以256后便是有效采樣值。其參考程序如下：

　1.6滑動(dòng)平均濾波

　　以上介紹的各種平均濾波算法具有一個(gè)共同點(diǎn)，即每取得一個(gè)有效采樣值都必須連續進(jìn)行若干次采樣，這些方法在采樣速度較慢(如雙積分型A／D轉換)或目標參數變化較快時(shí)，系統的實(shí)時(shí)性往往不能得到保證。而滑動(dòng)平均濾波算法只采樣一次，它將這一次采樣值和過(guò)去的若干次采樣值一起求平均，然后所得到的有效采樣值即可投入使用。這樣，如果取N個(gè)采樣值求平均，則RAM中必須開(kāi)辟N個(gè)數據的暫存區。每新采集一個(gè)數據便存入暫存區，同時(shí)去掉一個(gè)最老的數據，以保持這N個(gè)數據始終是最近的數據。這種數據存放方式可以用環(huán)形隊列數據結構來(lái)實(shí)現。其參考程序如下：

　　1.7低通濾波

　　將普通硬件RC低通濾波器的微分方程用差分方程來(lái)表示，便可用軟件算法來(lái)模擬硬件濾波功能。經(jīng)推導，對于低通濾波算法有：

　　式中Xn為本次采樣值；Yn-1為上次的濾波輸出值；α為濾波系數，其值1；Yn為本次濾波輸出值。這種算法對變化緩慢的物理量是很有效的。但應注意一點(diǎn)，它不能濾除高于二分之一采樣頻率的干擾信號。比如采樣頻率為2 Hz，則對1 Hz以上的干擾信號通常應配合硬件濾波電路來(lái)濾除。該方法的參考程序如下：

　　2各種數字濾波方法對比

　　數字濾波的方法多種多樣，表1給出了幾種數字濾波算法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用對象。

　　3 結束語(yǔ)

　　基于嵌入式測控系統的數字濾波方法多種多樣，因此，在選擇濾波方法時(shí)，首先要考慮微控制器的存儲量、運算時(shí)間、運算能力以及實(shí)時(shí)性是否滿(mǎn)足實(shí)際要求。然后再根據主要的干擾源(對系統的測試精度影響最大的干擾源)和測試對象的特點(diǎn)來(lái)選擇合適的濾波方法。