馬桂英

摘 要 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字技術(shù)也得到了較好的進步，數(shù)字濾波技術(shù)在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。在研究中，筆者將對現(xiàn)階段比較常見的幾種數(shù)字濾波方法進行論述，并通過對比分析將這些方法的優(yōu)缺點和適用的對象進行論述。

關(guān)鍵詞 單片機；數(shù)字濾波；研究

中圖分類號 TP2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）06-0077-01

數(shù)字濾波是由軟件算法來實現(xiàn)的，和硬件濾波將比較，優(yōu)勢在于不需要增加硬件設(shè)備，僅僅需要在程序進入控制算法之前加設(shè)一個數(shù)字濾波程序。在微機化控制系統(tǒng)之中，每一個信號的采集通道都可以共用同一個數(shù)字濾波程序，這就比硬件濾波減少了多個濾波器的使用。除此之外，數(shù)字濾波的使用更為靈活，而且只要進行適當(dāng)?shù)臑V波程序改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)不同的濾波效果。就目前的而言，有很多基于單片機的數(shù)字濾波方法，常見的幾種數(shù)字濾波方法有程序判斷法、中位值濾波法、算術(shù)平均濾波法等。

1 常用的基于單片機的數(shù)字濾波算法

1.1 程序判斷法

在大量的工程實踐結(jié)果的表現(xiàn)下，很多的物理量的變化其實都存在著一定的范圍，例如相鄰的兩次采樣值yM和yM-1之間的變化就有著一定的限度。程序判斷濾波就是根據(jù)實踐的結(jié)論量進行兩次采樣信號之間的最大偏差值的確認，一旦相鄰采樣值超出了偏差值以后，就表明其中存在著干擾問題，需要將這部分數(shù)據(jù)進行剔除，也就是需要用ym-1來代替ym。當(dāng)小于偏差值得時候，那么該信號就能夠作為本次的采樣值。

1.2 中位值濾波法

對于中位值濾波法而言，就是將某一個被測參數(shù)進行連續(xù)的采樣，然后將連續(xù)采樣的值根據(jù)大小順序進行排列，排列的主要方法是“冒泡排序法”，通過“冒泡排序法”將數(shù)據(jù)進行排序之后，選擇中間值作為采樣的采樣值。對于中位值濾波法而言，其很大程度上能夠克服由于偶然因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)波動或者因為采樣器不穩(wěn)定引發(fā)的誤碼現(xiàn)象。中位值濾波法主要應(yīng)用于溫度、液體等變化比較緩慢的被測參數(shù)。

1.3 算數(shù)平均濾波法

算數(shù)平均濾波法的主要是將同一采樣點進行連續(xù)的采樣，并將其算數(shù)平均值作為本次采樣的有效值。對于平均值而言，我們可以了解到，信號是在一定數(shù)值之間進行上下波動的，當(dāng)采樣的時候如果僅僅是單一選擇一個值作為采樣值那么這個依據(jù)會存在一定的誤差。算術(shù)平均值法對信號的平滑濾波程度的選擇，完全取決于采樣的數(shù)量，當(dāng)采樣數(shù)量足夠大的時候，平滑度就會較高，那么采樣的個數(shù)也會很多，運算的工作就會比較復(fù)雜，有效數(shù)據(jù)的獲取周期就會比較長。

2 數(shù)字濾波方法的優(yōu)缺點和適用對象

對于程序判斷法而言，其優(yōu)點在于能夠有效地克服隨機的干擾和尖脈沖效果，缺點在于數(shù)據(jù)處理的速度比較慢，主要適用的對象為溫度、液體等緩慢的變化量。中位值濾波法的優(yōu)點在于，能夠?qū)ε既灰蛩匾鸬牟▌舆M行良好的規(guī)避，還能夠?qū)σ虿蓸悠鞑环€(wěn)定引起的誤碼干擾進行排除。缺點在于不能用于快速變化的參數(shù)測量，其處理的速度也比較慢，適用對象與程序判斷法相同。算數(shù)平均濾波法的優(yōu)點在于能夠?qū)χ芷诟蓴_濾波進行排除，還可以降低系統(tǒng)的隨機干擾效果。缺點在于，其明顯的脈沖會使得數(shù)據(jù)的選取高于平均值，對于尖脈沖的抗干擾能力比較差，而且數(shù)據(jù)處理速度較慢。適用的對象為溫度、流量、壓力、液平面等。

3 數(shù)字濾波的選擇

對于數(shù)字濾波的選擇而言，因其種類的多樣所以在選擇的時候一定要遵循一定的原則。現(xiàn)階段的主要選擇原則有如下幾條：

1）作為單片機其是在一塊芯片上集成了CPU、ROM、RAM等功能部件。雖然具有較好的邏輯運算能力，但是算術(shù)運算能力還是比較有限的，不僅如此，其存儲空間也不是很可觀，因此選擇濾波方法的時候要對單片機的各項機能進行考量，看其是否能夠滿足實際需求。

2）對于不同的干擾源的選擇要考慮濾波方法是否能夠滿足單片機的測控系統(tǒng)需求，在進行計算的時候，即使是同一個測控系統(tǒng)，其都會引入到很多的干擾項，因此，在選擇濾波的時候一定要注意，將主要干擾進行選出，然后根據(jù)主要干擾來選擇適用的濾波方法。

3）在進行濾波方法的選擇上要與測試對象進行結(jié)合，對于一些變化比較緩慢的測試對象而言，如溫度、流量、壓力等，就需要選擇相應(yīng)的濾波方法，對于一些要求實時性的測試而言，就需要選擇一些反應(yīng)速度較快的濾波技術(shù)。

4 結(jié)論

基于單片機系統(tǒng)的濾波方法的種類豐富多樣，但是在具體運用的過程中，如何進行算則，需要我們在不斷的實踐和摸索中進行研究，對于剛開始使用單片機系統(tǒng)程序算法進行數(shù)字濾波的人而言，這個選擇的把握還是比較困難的。不過只要牢牢記住上文中筆者所提到的兩點原則，就能夠準確找到選擇的方向。在熟練掌握之后，就可以在這些方法之上進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整或修改，從而根據(jù)不同的需求來進行方法的擴充和改進，讓數(shù)據(jù)的測量和獲取能夠與真實值更加接近，從而提高濾波的效果，為數(shù)字濾波的計算準確性做出良好的使用方法和選擇方法上的保障。

參考文獻

[1]梁威.基于數(shù)字濾波和EMD方法的電力計量系統(tǒng)故障信息提取應(yīng)用研究[D].開封：河南大學(xué)，2015.

[2]佘東.單片機數(shù)字濾波程序設(shè)計與實現(xiàn)[J].四川兵工學(xué)報，2012（9）：78-80.

[3]徐博，郝艷玲，劉付強.數(shù)字濾波方法在光纖陀螺捷聯(lián)羅經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[A].中國儀器儀表學(xué)會青年學(xué)術(shù)會議，2007.

[4]曹景新，張麗平.基于MCS-51單片機指令系統(tǒng)的數(shù)字濾波方法研究[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2004（3）：21-22.

[5]趙毅，牟同升，沈小麗.單片機系統(tǒng)中數(shù)字濾波的算法[J].電測與儀表，2001（6）：5-8.

[6]商蜀西，曾藝，聶小平.單片微機MCS-51實時測量系統(tǒng)中一批數(shù)據(jù)的一種數(shù)字濾波方法[J].荊州師專學(xué)報，1998（2）：23-25.

[7]李先祥.一種應(yīng)用于80C196KB單片機控制伺服系統(tǒng)的數(shù)字測速方法[J].電子技術(shù)應(yīng)用，1996（11）：9-11.