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來源：極客工坊，作者：shenhaiyu /*A、名稱：限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）B、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。C、優(yōu)點(diǎn)： 能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾。D、缺點(diǎn)： 無法抑制那種周期性的干擾。 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)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子 Value = 300;}void loop() { Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值 Value = Filter_Value; // 最近一次有效采樣的值，該變量為全局變量 Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出 delay(50);}// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值int Get_AD() { return random(295, 305);}// 限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）#define FILTER_A 1int Filter() { int NewValue; NewValue = Get_AD(); if(((NewValue - Value) > FILTER_A) || ((Value - NewValue) > FILTER_A)) return Value; else return NewValue;}2、中位值濾波法
3、算術(shù)平均濾波法 /*A、名稱：算術(shù)平均濾波法B、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?。阂话懔髁?，N=12；壓力：N=4。C、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； 這種信號(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)。D、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。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)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子}void loop() { Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值 Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出 delay(50);}// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值int Get_AD() { return random(295, 305);}// 算術(shù)平均濾波法#define FILTER_N 12int 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、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）
5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法） /*A、名稱：中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）B、方法： 采一組隊(duì)列去掉最大值和最小值后取平均值， 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。C、優(yōu)點(diǎn)： 融合了“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法”兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)。 對(duì)于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由其所引起的采樣值偏差。 對(duì)周期干擾有良好的抑制作用。 平滑度高，適于高頻振蕩的系統(tǒng)。D、缺點(diǎn)： 計(jì)算速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣。 比較浪費(fèi)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)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子}void loop() { Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值 Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出 delay(50);}// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值int Get_AD() { return random(295, 305);}// 中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）（算法1）#define FILTER_N 100int 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); } // 采樣值從小到大排列（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; } } } // 去除最大最小極值后求平均 for(i = 1; i < FILTER_N - 1; i++) filter_sum += filter_buf[i]; return filter_sum / (FILTER_N - 2);}// 中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）（算法2）/*#define FILTER_N 100int 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 的目的是為了四舍五入 filter_sum = filter_sum / i; return filter_sum;}*/6、限幅平均濾波法
7、一階滯后濾波法 /*A、名稱：一階滯后濾波法B、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。C、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。D、缺點(diǎn)： 相位滯后，靈敏度低； 滯后程度取決于a值大?。?/span> 不能消除濾波頻率高于采樣頻率1/2的干擾信號(hào)。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)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子 Value = 300;}void loop() { Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值 Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出 delay(50);}// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值int Get_AD() { return random(295, 305);}// 一階滯后濾波法#define FILTER_A 0.01int Filter() { int NewValue; NewValue = Get_AD(); Value = (int)((float)NewValue * FILTER_A + (1.0 - FILTER_A) * (float)Value); return Value;}8、加權(quán)遞推平均濾波法
9、消抖濾波法 /*A、名稱：消抖濾波法B、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。C、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)。D、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)。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)); // 產(chǎn)生隨機(jī)種子 Value = 300;}void loop() { Filter_Value = Filter(); // 獲得濾波器輸出值 Serial.println(Filter_Value); // 串口輸出 delay(50);}// 用于隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)300左右的當(dāng)前值int Get_AD() { return random(295, 305);}// 消抖濾波法#define FILTER_N 12int 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、限幅消抖濾波法
11、卡爾曼濾波（非擴(kuò)展卡爾曼） #include <Wire.h> // I2C library, gyroscope// Accelerometer ADXL345#define ACC (0x53) //ADXL345 ACC address#define A_TO_READ (6) //num of bytes we are going to read each time (two bytes for each axis)// Gyroscope ITG3200 #define GYRO 0x68 // gyro address, binary = 11101000 when AD0 is connected to Vcc (see schematics of your breakout board)#define G_SMPLRT_DIV 0x15 #define G_DLPF_FS 0x16 #define G_INT_CFG 0x17#define G_PWR_MGM 0x3E#define G_TO_READ 8 // 2 bytes for each axis x, y, z// offsets are chip specific. int a_offx = 0;int a_offy = 0;int a_offz = 0;int g_offx = 0;int g_offy = 0;int g_offz = 0;////////////////////////////////////////////////char str[512]; void initAcc() { //Turning on the ADXL345 writeTo(ACC, 0x2D, 0); writeTo(ACC, 0x2D, 16); writeTo(ACC, 0x2D, 8); //by default the device is in +-2g range reading}void getAccelerometerData(int* result) { int regAddress = 0x32; //first axis-acceleration-data register on the ADXL345 byte buff[A_TO_READ]; readFrom(ACC, regAddress, A_TO_READ, buff); //read the acceleration data from the ADXL345 //each axis reading comes in 10 bit resolution, ie 2 bytes. Least Significat Byte first!! //thus we are converting both bytes in to one int result[0] = (((int)buff[1]) << 8) | buff[0] + a_offx; result[1] = (((int)buff[3]) << 8) | buff[2] + a_offy; result[2] = (((int)buff[5]) << 8) | buff[4] + a_offz;}//initializes the gyroscopevoid initGyro(){ /***************************************** * ITG 3200 * power management set to: * clock select = internal oscillator * no reset, no sleep mode * no standby mode * sample rate to = 125Hz * parameter to +/- 2000 degrees/sec * low pass filter = 5Hz * no interrupt ******************************************/ writeTo(GYRO, G_PWR_MGM, 0x00); writeTo(GYRO, G_SMPLRT_DIV, 0x07); // EB, 50, 80, 7F, DE, 23, 20, FF writeTo(GYRO, G_DLPF_FS, 0x1E); // +/- 2000 dgrs/sec, 1KHz, 1E, 19 writeTo(GYRO, G_INT_CFG, 0x00);}void getGyroscopeData(int * result){ /************************************** Gyro ITG-3200 I2C registers: temp MSB = 1B, temp LSB = 1C x axis MSB = 1D, x axis LSB = 1E y axis MSB = 1F, y axis LSB = 20 z axis MSB = 21, z axis LSB = 22 *************************************/ int regAddress = 0x1B; int temp, x, y, z; byte buff[G_TO_READ]; readFrom(GYRO, regAddress, G_TO_READ, buff); //read the gyro data from the ITG3200 result[0] = ((buff[2] << 8) | buff[3]) + g_offx; result[1] = ((buff[4] << 8) | buff[5]) + g_offy; result[2] = ((buff[6] << 8) | buff[7]) + g_offz; result[3] = (buff[0] << 8) | buff[1]; // temperature}float xz=0,yx=0,yz=0;float p_xz=1,p_yx=1,p_yz=1;float q_xz=0.0025,q_yx=0.0025,q_yz=0.0025;float k_xz=0,k_yx=0,k_yz=0;float r_xz=0.25,r_yx=0.25,r_yz=0.25; //int acc_temp[3]; //float acc[3]; int acc[3]; int gyro[4]; float Axz; float Ayx; float Ayz; float t=0.025;void setup(){ Serial.begin(9600); Wire.begin(); initAcc(); initGyro();}//unsigned long timer = 0;//float o;void loop(){ getAccelerometerData(acc); getGyroscopeData(gyro); //timer = millis(); sprintf(str, '%d,%d,%d,%d,%d,%d', acc[0],acc[1],acc[2],gyro[0],gyro[1],gyro[2]); //acc[0]=acc[0]; //acc[2]=acc[2]; //acc[1]=acc[1]; //r=sqrt(acc[0]*acc[0]+acc[1]*acc[1]+acc[2]*acc[2]); gyro[0]=gyro[0]/ 14.375; gyro[1]=gyro[1]/ (-14.375); gyro[2]=gyro[2]/ 14.375; Axz=(atan2(acc[0],acc[2]))*180/PI; Ayx=(atan2(acc[0],acc[1]))*180/PI; /*if((acc[0]!=0)&&(acc[1]!=0)) { Ayx=(atan2(acc[0],acc[1]))*180/PI; } else { Ayx=t*gyro[2]; }*/ Ayz=(atan2(acc[1],acc[2]))*180/PI; //kalman filter calculate_xz(); calculate_yx(); calculate_yz(); //sprintf(str, '%d,%d,%d', xz_1, xy_1, x_1); //Serial.print(xz);Serial.print(','); //Serial.print(yx);Serial.print(','); //Serial.print(yz);Serial.print(','); //sprintf(str, '%d,%d,%d,%d,%d,%d', acc[0],acc[1],acc[2],gyro[0],gyro[1],gyro[2]); //sprintf(str, '%d,%d,%d',gyro[0],gyro[1],gyro[2]); Serial.print(Axz);Serial.print(','); //Serial.print(Ayx);Serial.print(','); //Serial.print(Ayz);Serial.print(','); //Serial.print(str); //o=gyro[2];//w=acc[2]; //Serial.print(o);Serial.print(','); //Serial.print(w);Serial.print(','); Serial.print('\n'); //delay(50);}void calculate_xz(){ xz=xz+t*gyro[1]; p_xz=p_xz+q_xz; k_xz=p_xz/(p_xz+r_xz); xz=xz+k_xz*(Axz-xz); p_xz=(1-k_xz)*p_xz;}void calculate_yx(){ yx=yx+t*gyro[2]; p_yx=p_yx+q_yx; k_yx=p_yx/(p_yx+r_yx); yx=yx+k_yx*(Ayx-yx); p_yx=(1-k_yx)*p_yx;}void calculate_yz(){ yz=yz+t*gyro[0]; p_yz=p_yz+q_yz; k_yz=p_yz/(p_yz+r_yz); yz=yz+k_yz*(Ayz-yz); p_yz=(1-k_yz)*p_yz; }//---------------- Functions//Writes val to address register on ACCvoid writeTo(int DEVICE, byte address, byte val) { Wire.beginTransmission(DEVICE); //start transmission to ACC Wire.write(address); // send register address Wire.write(val); // send value to write Wire.endTransmission(); //end transmission}//reads num bytes starting from address register on ACC in to buff arrayvoid readFrom(int DEVICE, byte address, int num, byte buff[]) { Wire.beginTransmission(DEVICE); //start transmission to ACC Wire.write(address); //sends address to read from Wire.endTransmission(); //end transmission Wire.beginTransmission(DEVICE); //start transmission to ACC Wire.requestFrom(DEVICE, num); // request 6 bytes from ACC int i = 0; while(Wire.available()) //ACC may send less than requested (abnormal) { buff[i] = Wire.read(); // receive a byte i++; } Wire.endTransmission(); //end transmission} |
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