前言

传感器的接线非常简单，一共四根线

vcc和gnd按照要求接线即可。TRIG接数字引脚8号口，ECHO接数字引脚9号口。

程序

1.无滤波程序

#define TRIGGER 8
#define ECHO 9
long duration;
float distance;#define LONGEST_DISTANCE 200 // 200 cm = 2 meters
float farTime =  LONGEST_DISTANCE*2/0.034;void setup() {pinMode(TRIGGER, OUTPUT); // Sets the trigPin as an OutputpinMode(ECHO, INPUT); // Sets the echoPin as an InputSerial.begin(57600); // Starts the serial communication
}long counter=0;
void loop() {// Clears the trigPindigitalWrite(TRIGGER, LOW);delayMicroseconds(2);// Sets the trigPin on HIGH state for 10 micro secondsdigitalWrite(TRIGGER, HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(TRIGGER, LOW);// Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microsecondsduration = pulseIn(ECHO, HIGH, farTime);//计算距离（厘米）distance = duration * 0.034 / 2; // 10^-6 * 34000 cm/sSerial.println(distance);delay(10);
}

可以看到，当前方障碍物距离变化时，会产生尖峰，这是噪声，我们需要去掉。

2.低通滤波器滤波程序

我们通过低通滤波器进行滤波，再看看效果。

#define TRIGGER 8
#define ECHO 9
long duration;
float distance;#define LONGEST_DISTANCE 200 // 200 cm = 2 meters
float farTime =  LONGEST_DISTANCE*2/0.034;class LowPassFilte{public:LowPassFilte(float Tf);//低通滤波器时间常量~LowPassFilte() = default;float operator() (float x);float Tf; //!< 低通滤波器时间常量protected:unsigned long timestamp_prev;  //!< 上次执行时间戳float y_prev; //!< 经过上次执行后过滤到的值
};LowPassFilte::LowPassFilte(float time_constant): Tf(time_constant), y_prev(0.0f)
{timestamp_prev = micros();
}float LowPassFilte::operator() (float x)
{unsigned long timestamp = micros();float dt = (timestamp - timestamp_prev)*1e-6f;if (dt < 0.0f || dt > 0.5f)dt = 1e-3f;float alpha = Tf/(Tf + dt);float y = alpha*y_prev + (1.0f - alpha)*x;y_prev = y;timestamp_prev = timestamp;return y;
}LowPassFilte us_filter(0.1);void setup() {pinMode(TRIGGER, OUTPUT); // Sets the trigPin as an OutputpinMode(ECHO, INPUT); // Sets the echoPin as an InputSerial.begin(57600); // Starts the serial communication
}long counter=0;
void loop() {// Clears the trigPindigitalWrite(TRIGGER, LOW);delayMicroseconds(2);// Sets the trigPin on HIGH state for 10 micro secondsdigitalWrite(TRIGGER, HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(TRIGGER, LOW);// Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microsecondsduration = pulseIn(ECHO, HIGH, farTime);//计算距离（厘米）distance = duration * 0.034 / 2; // 10^-6 * 34000 cm/s//摒弃突变值Serial.print(distance);Serial.print(",");Serial.println(us_filter(distance));delay(10);
}

可以看到，红色的波形是经过滤波之后的结果，已经变得平滑许多了，但是由于蓝色波形（原始数据）有时会有较大突变，还是会影响我们获取到的结果，我们下一步，将这个突变较大的突变值给弃掉。

3.低通滤波器滤波程序（弃掉高幅噪声）

由于正常情况下，自然界或者传感器的噪声是高频低幅的，因此高幅噪声主要是传感器内部造成的，这些垃圾数据，我们将其摒弃。

#define TRIGGER 8
#define ECHO 9
long duration;
float distance_last;
float distance;#define LONGEST_DISTANCE 200 // 200 cm = 2 meters
float farTime =  LONGEST_DISTANCE*2/0.034;class LowPassFilte{public:LowPassFilte(float Tf);//低通滤波器时间常量~LowPassFilte() = default;float operator() (float x);float Tf; //!< 低通滤波器时间常量protected:unsigned long timestamp_prev;  //!< 上次执行时间戳float y_prev; //!< 经过上次执行后过滤到的值
};LowPassFilte::LowPassFilte(float time_constant): Tf(time_constant), y_prev(0.0f)
{timestamp_prev = micros();
}float LowPassFilte::operator() (float x)
{unsigned long timestamp = micros();float dt = (timestamp - timestamp_prev)*1e-6f;if (dt < 0.0f || dt > 0.5f)dt = 1e-3f;float alpha = Tf/(Tf + dt);float y = alpha*y_prev + (1.0f - alpha)*x;y_prev = y;timestamp_prev = timestamp;return y;
}LowPassFilte us_filter(0.1);
LowPassFilte us_filter1(0.001);long time_last=0;void setup() {pinMode(TRIGGER, OUTPUT); // Sets the trigPin as an OutputpinMode(ECHO, INPUT); // Sets the echoPin as an InputSerial.begin(57600); // Starts the serial communicationdigitalWrite(TRIGGER, LOW);delayMicroseconds(2);// Sets the trigPin on HIGH state for 10 micro secondsdigitalWrite(TRIGGER, HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(TRIGGER, LOW);// Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microsecondsduration = pulseIn(ECHO, HIGH, farTime);//计算距离（厘米）distance_last = distance = duration * 0.034 / 2; // 10^-6 * 34000 cm/stime_last=millis();
}
long counter=0;
byte lvbo=0;
void loop() {// Clears the trigPindigitalWrite(TRIGGER, LOW);delayMicroseconds(2);// Sets the trigPin on HIGH state for 10 micro secondsdigitalWrite(TRIGGER, HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(TRIGGER, LOW);// Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microsecondsduration = pulseIn(ECHO, HIGH, farTime);//计算距离（厘米）distance = duration * 0.034 / 2; // 10^-6 * 34000 cm/sSerial.print(distance);//摒弃高幅数据if((abs(distance-distance_last))>10){if(lvbo<10){distance = distance_last;lvbo++;}elselvbo=0;}Serial.print(",");Serial.println(us_filter(distance));distance_last = distance;delay(10);
}

可以看到滤波效果非常好，首先，我们去除了高频低幅噪声，同时也去掉了高频高幅噪声，只剩下了我们的目标值（低频低幅数据），因为正常情况下，障碍物距离我们传感器的位置是均匀低俗变化的。

红色为滤波之后的效果，蓝色为原始数据。

4.中位值滤波

连续采样N次（N取奇数），把N次采样值按大小排列，取中间值为本次有效值。我这里采样11次。

#define TRIGGER 8
#define ECHO 9
long duration;
float distance;#define LONGEST_DISTANCE 200 // 200 cm = 2 meters
float farTime =  LONGEST_DISTANCE*2/0.034;//中值滤波器
class MidFilter{public:int Sum;MidFilter(int Sum);//数据总数float operator() (float Num[11]);
};MidFilter::MidFilter(int Sum){this->Sum=Sum;
}float MidFilter::operator() (float Num[11]){for(int i=0;i<Sum-1;i++){for(int j=i+1;j<Sum;j++){if((Num[i])>(Num[j])){float t=Num[i];Num[i]=Num[j];Num[j]=t;}}}return Num[(int(Sum/2))];
}//实例化中值滤波器
MidFilter mid5(11);void setup() {pinMode(TRIGGER, OUTPUT); // Sets the trigPin as an OutputpinMode(ECHO, INPUT); // Sets the echoPin as an InputSerial.begin(57600); // Starts the serial communication
}long counter=0;
void loop() {float distance_s[11]={0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0};// Clears the trigPinfor(int i=0;i<=10;i++){digitalWrite(TRIGGER, LOW);delayMicroseconds(2);// Sets the trigPin on HIGH state for 10 micro secondsdigitalWrite(TRIGGER, HIGH);delayMicroseconds(10);digitalWrite(TRIGGER, LOW);// Reads the echoPin, returns the sound wave travel time in microsecondsduration = pulseIn(ECHO, HIGH, farTime);//计算距离（厘米）distance_s[i] = duration * 0.034 / 2; // 10^-6 * 34000 cm/s//    Serial.println(distance_s[i]);}
//  Serial.println();
//  Serial.print(distance_s[0]);
//  Serial.print(",");Serial.println(mid5(distance_s));delay(10);
}

滤波效果发现不是很好，还是会出现尖峰和低谷这种情况。不知是否我的代码有问题？

5.中位值平均滤波

总结

我们通过上述第三个程序，可以获得比较理想的滤波后的传感器数据。

但是，从上图中可以看到，我们观察滤波之后的红色波形，相比蓝色波形有一定的滞后性，这个我们如何解决呢？

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