限幅滤波法对数据进行滤波优化

限幅滤波法（又称程序判断滤波法）可以有效抑制数据中的随机脉冲干扰。以下是具体的实现方法和代码示例：

限幅滤波法原理

通过比较相邻两次采样值的差值是否超过预设的阈值：

• 若差值 ≤ 阈值：视为有效数据，保留当前值
• 若差值 > 阈值：视为干扰数据，用前一次值替代

适用于数据变化缓慢的场景（如温度、压力等物理量）。

代码实现

1. 简单阈值判断法

#define THRESHOLD 10  // 根据实际数据波动范围调整uint16_t LimitFilter(uint16_t new_value) {static uint16_t last_value;if (abs(new_value - last_value) > THRESHOLD) {return last_value;  // 超过阈值返回上次值} else {last_value = new_value;  // 更新有效值return new_value;}
}

2. 带惯性补偿的改进算法

#define THRESHOLD 20       // 基础阈值
#define INERTIA_FACTOR 0.3 // 惯性系数(0~1)float ImprovedLimitFilter(float new_val) {static float last_val;float delta = new_val - last_val;if (fabs(delta) > THRESHOLD) {// 超限时按惯性逼近last_val += delta * INERTIA_FACTOR; } else {last_val = new_val;}return last_val;
}

使用注意事项

1. 阈值选择

   • 需大于正常信号的最大变化率
   • 小于干扰信号的最小变化量
   • 示例参考：
     • 温度采集：2~5℃
     • 转速测量：50~100 RPM

2. 数据初始化

   void Filter_Init(uint16_t init_value) {LimitFilter(init_value); // 首次调用时传入初始值
   }
   

3. ADC应用示例

   uint16_t Read_ADC_Filtered(void) {uint16_t raw = ADC_ReadChannel(ADC_CHANNEL_1);return LimitFilter(raw);
   }
   

性能特点对比

特性	传统限幅滤波	改进惯性滤波
计算复杂度	低	中
抗脉冲干扰	优	良
信号跟踪速度	快	可调
相位延迟	无	有
适合场景	缓变信号	变速信号

优化建议

1. 动态阈值调整

   // 根据信号变化率自动调整阈值
   void DynamicThreshold(float speed) {static float threshold = THRESHOLD;threshold = BASE_TH + speed * K_FACTOR;// 限制在合理范围threshold = constrain(threshold, TH_MIN, TH_MAX); 
   }
   

2. 复合滤波策略
   结合中值滤波提高鲁棒性：

   #define SAMPLE_SIZE 5uint16_t CombinedFilter(void) {static uint16_t buf[SAMPLE_SIZE];// 先进行中值滤波uint16_t median = MedianFilter(ADC_Read());// 再进行限幅滤波return LimitFilter(median);
   }
   

3. 边界保护

   // 防止首次采样异常
   if(last_value == 0 && new_value > MAX_SAFE_VALUE) {return 0;
   }
   

实际应用技巧

1. 在低速采样时（<100Hz），建议配合移动平均滤波使用
2. 对于12位ADC数据，典型阈值范围：30-100 LSB
3. 在电机控制等实时性要求高的场景中，建议使用查表法优化计算速度

通过合理配置参数，限幅滤波法可有效提升STM32在工业现场等复杂环境中的测量可靠性。建议结合具体信号特性通过示波器或数据记录仪进行阈值校准。