标题: stm32f103rct6卡尔曼滤波源码 [打印本页]
作者: xcj666    时间: 2018-5-5 23:00
标题: stm32f103rct6卡尔曼滤波源码
卡尔曼滤波源码
以stm32f103rct6为例
测试串口通信数据
MPU数据进行处理
检测X轴加速度，Y轴角速度
参考网上例程

单片机源程序如下:
  1. #include "stm32f10x.h"
  2. #include <stdio.h>
  3. #include "delay.h"
  4. #include "sys.h"
  5. #include "Usart.h"
  6. #include "MPU6050.h"
  7. //******角度参数************
  8. float Gyro_y;        //Y轴陀螺仪数据暂存
  9. float Angle_gy;      //由角速度计算的倾斜角度
  10. float Accel_x;             //X轴加速度值暂存
  11. float Angle_ax;      //由加速度计算的倾斜角度
  12. float Angle;         //最终测量角度
  13. void TIM2_Configuration(void)
  14. {
  15.   TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;//定义一个定时器结构体变量

  17.   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);//使能定时器2
  18.   
  19.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (10000 - 1);        //计数100次，因为从0开始，所以减1
  20.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = (72 - 1);        //时钟72分频，因为0不分频，所以减1
  21.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;        // 使用的采样频率之间的分频比例
  22.    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;        //向上计数
  23.   TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);        //初始化定时器2

  25.   TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);                //清除定时器2中断标志位
  26.   TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);                //打开定时器2中断

  28.   TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  //计数器使能，开始计数
  29. }

  31. void NVIC_Configuration(void)
  32. {
  33.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  34.   
  35.   NVIC_SetVectorTable(NVIC_VectTab_FLASH, 0x0000);
  36.   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);

  38. /********************注册定时器2中断处理函数***********************/

  40.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
  41.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
  42.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
  43.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  44.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

  46. /******************注册串口1中断服务函数************************/
  47.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//配置串口中断
  48.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;//占先式优先级设置为0
  49.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //副优先级设置为0
  50.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = DISABLE;//中断禁止
  51.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//中断初始化


  54. }

  56. /*************卡尔曼滤波*********************************/
  57. void Kalman_Filter(float Accel,float Gyro)               
  58. {
  59.                
  60.         static const float Q_angle=0.001;  
  61.         static const float Q_gyro=0.003;
  62.         static const float R_angle=0.5;
  63.         static const float dt=0.01;                          //dt为kalman滤波器采样时间;
  64.         static const char  C_0 = 1;
  65.         static float Q_bias, Angle_err;
  66.         static float PCt_0, PCt_1, E;
  67.         static float K_0, K_1, t_0, t_1;
  68.         static float Pdot[4] ={0,0,0,0};
  69.         static float PP[2][2] = { { 1, 0 },{ 0, 1 } };
  70.        
  71.         Angle+=(Gyro - Q_bias) * dt; //先验估计

  73.         Pdot[0]=Q_angle - PP[0][1] - PP[1][0]; // Pk-先验估计误差协方差的微分

  75.         Pdot[1]= -PP[1][1];
  76.         Pdot[2]= -PP[1][1];
  77.         Pdot[3]=Q_gyro;
  78.        
  79.         PP[0][0] += Pdot[0] * dt;   // Pk-先验估计误差协方差微分的积分
  80.         PP[0][1] += Pdot[1] * dt;   // =先验估计误差协方差
  81.         PP[1][0] += Pdot[2] * dt;
  82.         PP[1][1] += Pdot[3] * dt;
  83.                
  84.         Angle_err = Accel - Angle;        //zk-先验估计
  85.        
  86.         PCt_0 = C_0 * PP[0][0];
  87.         PCt_1 = C_0 * PP[1][0];
  88.        
  89.         E = R_angle + C_0 * PCt_0;
  90.        
  91.         K_0 = PCt_0 / E;
  92.         K_1 = PCt_1 / E;
  93.        
  94.         t_0 = PCt_0;
  95.         t_1 = C_0 * PP[0][1];

  97.         PP[0][0] -= K_0 * t_0;                 //后验估计误差协方差
  98.         PP[0][1] -= K_0 * t_1;
  99.         PP[1][0] -= K_1 * t_0;
  100.         PP[1][1] -= K_1 * t_1;
  101.                
  102.         Angle        += K_0 * Angle_err;         //后验估计
  103.         Q_bias        += K_1 * Angle_err;         //后验估计
  104.         Gyro_y   = Gyro - Q_bias;         //输出值(后验估计)的微分=角速度
  105. }
  106. void Angle_Calculate(void)
  107. {
  108.         static        uint8_t DataBuffer[2];        //数据缓存
  109. /****************************加速度****************************************/
  110.         I2C_ReadBuffer(DataBuffer, ACCEL_XOUT_H, 2);
  111.         Accel_x  = (short)((DataBuffer[0]<<8)+DataBuffer[1]);          //读取X轴加速度
  112.         Angle_ax = (Accel_x +220) /16384;   //去除零点偏移,计算得到角度（弧度）
  113.         Angle_ax = Angle_ax*1.2*180/3.14;     //弧度转换为度,

  115. /****************************角速度****************************************/
  116.         I2C_ReadBuffer(DataBuffer, GYRO_YOUT_H, 2);
  117.         Gyro_y = (short)((DataBuffer[0]<<8)+DataBuffer[1]);              //静止时角速度Y轴输出为-18左右
  118.         Gyro_y = (Gyro_y + 18)/16.4;         //去除零点偏移，计算角速度值
  119. //                Angle_gy = Angle_gy + Gyro_y*0.01;  //角速度积分得到倾斜角度.       

  121. /***************************卡尔曼滤波+角度融合*************************************/
  122.         Kalman_Filter(Angle_ax,Gyro_y);       //卡尔曼滤波计算倾角

  124. /*******************************互补滤波******************************************/

  126. /*补偿原理是取当前倾角和加速度获
  127.         得倾角差值进行放大，然后与陀螺
  128.         仪角速度叠加后再积分，从而使倾
  129.         角最跟踪为加速度获得的角度0.5
  130.         为放大倍数，可调节补偿度;
  131.         0.01为系统周期10ms       
  132. */       
  133. //        Angle = Angle + (((Angle_ax-Angle)*0.5 + Gyro_y)*0.01);*/
  134.                                                                                                                                          
  135. }
  136. int main(void)
  137. {
  138.         Stm32_Clock_Init(6);//系统时钟设置为外部晶振，9倍频
  139.         delay_init(72);//系统SysTick初始化
  140.         Usart_Configuration();
  141.         TIM2_Configuration();
  142.         NVIC_Configuration();
  143.         I2C_Congiguration();
  144.         MPU6050_Init();
  145.         while (1)
  146.         {
  147.                 printf("%f        %f        ",Angle,Gyro_y);
  148.                 USART1_Send_Enter();       
  149.                 delay_ms(100);
  150.         }
  151. }
  152. /****************定时器2中断服务函数***************************************/
  153. void TIM2_IRQHandler(void)
  154. {
  155.         if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
  156.   {
  157.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
  158.                 Angle_Calculate();
  159.         }
  160. }
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