在信號(hào)處理過程中，常用的方法主要有兩種：硬件濾波和軟件濾波。

硬件濾波是一種物理濾波方法，它通過特定的硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的濾波。這類濾波器通常具有固定的濾波特性，如截止頻率、濾波器類型等。

軟件濾波則是基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的濾波方法，它通過編寫特定的算法來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的濾波。軟件濾波具有高度的靈活性，可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整濾波參數(shù)，適應(yīng)不同的信號(hào)處理場(chǎng)景。

本文將為您著重介紹10種經(jīng)典的軟件濾波方法及優(yōu)缺點(diǎn)。

1.限幅濾波法/程序判斷濾波法

方法：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A）

每次檢測(cè)到新值時(shí)判斷：

如果本次值與上次值之差<=A，則本次值有效

如果本次值與上次值之差>A，則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值

優(yōu)點(diǎn)：

能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾

缺點(diǎn)：

無法抑制那種周期性的干擾

平滑度差

2.中位值濾波法

方法：

連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)）

把N次采樣值按大小排列

取中間值為本次有效值

優(yōu)點(diǎn)：

能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾

對(duì)溫度、液位的變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有良好的濾波效果

缺點(diǎn)：

對(duì)流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜

3.算術(shù)平均濾波法

方法：

連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算

N值較大時(shí)：信號(hào)平滑度較高，但靈敏度較低

N值較小時(shí)：信號(hào)平滑度較低，但靈敏度較高

N值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4

優(yōu)點(diǎn)：

適用于對(duì)一般具有隨機(jī)干擾的信號(hào)進(jìn)行濾波

這樣信號(hào)的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號(hào)在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)

缺點(diǎn)：

對(duì)于測(cè)量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用，比較浪費(fèi)RAM

4.遞推平均濾波法/滑動(dòng)平均濾波法

方法：

把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列

隊(duì)列的長度固定為N

每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾，并扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù)(先進(jìn)先出原則)

把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算，就可獲得新的濾波結(jié)果

N值的選?。毫髁?，N=12；壓力：N=4；液面，N=4~12；溫度，N=1~4

優(yōu)點(diǎn)：

對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高

適用于高頻振蕩的系統(tǒng)

缺點(diǎn)：

靈敏度低，對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差，不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差，不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合，比較浪費(fèi)RAM

5.中位值平均濾波法/防脈沖干擾平均濾波法

方法：

相當(dāng)于“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法”

連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值

然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值

N值的選?。?~14

優(yōu)點(diǎn)：

融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

缺點(diǎn)：

測(cè)量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣，比較浪費(fèi)RAM

6.幅平均濾波法

方法：

相當(dāng)于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”

每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理，再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理

優(yōu)點(diǎn)：

融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

缺點(diǎn)：

比較浪費(fèi)RAM

7.一階滯后濾波法

方法：

取a=0~1

本次濾波結(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果

優(yōu)點(diǎn)：

對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用

適用于波動(dòng)頻率較高的場(chǎng)合

缺點(diǎn)：

相位滯后，靈敏度低，滯后程度取決于a值大小，不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號(hào)

8.加權(quán)遞推平均濾波法

方法：

是對(duì)遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)

通常是，越接近現(xiàn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。

給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號(hào)平滑度越低

優(yōu)點(diǎn)：

適用于有較大純滯后時(shí)間常數(shù)的對(duì)象

和采樣周期較短的系統(tǒng)

缺點(diǎn)：

對(duì)于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號(hào)，不能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差

9.消抖濾波法

方法：

設(shè)置一個(gè)濾波計(jì)數(shù)器

將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較：

如果采樣值＝當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零

如果采樣值<>當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器+1，并判斷計(jì)數(shù)器是否>=上限N（溢出）

如果計(jì)數(shù)器溢出，則將本次值替換當(dāng)前有效值，并清計(jì)數(shù)器

優(yōu)點(diǎn)：

對(duì)于變化緩慢的被測(cè)參數(shù)有較好的濾波效果,

可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開/關(guān)跳動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng)

缺點(diǎn)：

對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜，如果在計(jì)數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值，則會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng)

10.限幅消抖濾波法

方法：

相當(dāng)于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”

先限幅,后消抖

優(yōu)點(diǎn)：

繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點(diǎn)

改進(jìn)了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導(dǎo)入系統(tǒng)

缺點(diǎn)：

對(duì)于快速變化的參數(shù)不宜

現(xiàn)場(chǎng)案例應(yīng)用詳解

以某鋼廠為例，在生產(chǎn)過程中，鋼廠會(huì)產(chǎn)出大量蒸汽，由于低壓蒸汽管網(wǎng)在控制上存在的響應(yīng)遲緩、易導(dǎo)致蒸汽浪費(fèi)等問題，會(huì)大大降低生產(chǎn)效益。所以，對(duì)這些蒸汽的回收和再利用，能夠顯著提升生產(chǎn)效益，實(shí)現(xiàn)資源的多重價(jià)值。由于各生產(chǎn)廠部分布相對(duì)分散，蒸汽的生產(chǎn)和利用區(qū)域呈現(xiàn)出明顯的地域分散性，形成了跨越廣闊空間、錯(cuò)綜復(fù)雜的低壓蒸汽管網(wǎng)。那么，如何精確采集模擬量信號(hào)成為一個(gè)難題。

為了解決這一難題，該方案以無線的方式來對(duì)OG蒸汽進(jìn)行回收，模擬量信號(hào)精確度可達(dá)1%，提升了生產(chǎn)效益，提升蒸汽管理的效率和可靠性，減少能源損耗，促進(jìn)鋼廠生產(chǎn)流程的優(yōu)化與升級(jí)。

無線通訊方案示意圖 ▼

審核編輯 黃宇