- /***********************************************************************
- // 两轮自平衡车最终版控制程序(6轴MPU6050+互补滤波+PWM电机)
- // 单片机STC12C5A60S2
- // 晶振:20M
- // 日期:2014.11.26 - ?
- ***********************************************************************/
- #include <REG52.H>
- #include <math.h>
- #include <stdio.h>
- #include <INTRINS.H>
- typedef unsigned char uchar;
- typedef unsigned short ushort;
- typedef unsigned int uint;
- //******功能模块头文件*******
- #include "DELAY.H" //延时头文件
- //--------------------------------------------
- #include "STC_ISP.H" //程序烧录头文件
- #include "SET_SERIAL.H"//串口头文件
- #include "SET_PWM.H"//PWM头文件
- #include "MOTOR.H"//电机控制头文件
- #include "MPU6050.H"//MPU6050头文件
- //-----------------这些文件---------------------------
- //******角度参数************
- float Gyro_y; //Y轴陀螺仪数据暂存
- //--------------加速度和角度的转化------------------
- float Angle_gy; //由角速度计算的倾斜角度
- //陀螺仪直接反应角度
- float Accel_x; //X轴加速度值暂存
- float Angle_ax; //由加速度计算的倾斜角度 、
- float Angle; //小车最终倾斜角度
- uchar value; //角度正负极性标记
- //******PWM参数*************
- int speed_mr; //右电机 转速//这个的测量---------转盘
- int speed_ml; //左电机 转速
- int PWM_R; //右轮PWM值计算
- int PWM_L; //左轮PWM值计算
- float PWM; //综合PWM计算
- float PWMI; //PWM积分值
- //******电机参数*************
- float speed_r_l;//电机转速
- float speed; //电机转速滤波
- float position; //位移
- //******蓝牙遥控参数*************
- uchar remote_char;
- char turn_need;
- char speed_need;
- //*********************************************************
- //定时器100Hz数据更新中断 T1定时器
- //*********************************************************
- void Init_Timer1(void)//10毫秒@20MHz,100Hz刷新频率
- {
- AUXR &= 0xBF;//定时器时钟12T模式
- TMOD &= 0x0F;//设置定时器模式
- TMOD |= 0x10;//设置定时器模式
- TL1 = 0xE5; //设置定时初值
- TH1 = 0xBE; //设置定时初值
- TF1 = 0; //清除TF1标志
- TR1 = 1; //定时器1开始计时
- }
- //*********************************************************
- //中断控制初始化
- //*********************************************************
- void Init_Interr(void)
- {
- EA = 1; //开总中断
- EX0 = 1; //开外部中断INT0
- EX1 = 1; //开外部中断INT1
- IT0 = 1; //下降沿触发
- IT1 = 1; //下降沿触发
- ET1 = 1; //开定时器1中断
- }
- //******卡尔曼参数************
- float code Q_angle=0.001;
- float code Q_gyro=0.003;
- float code R_angle=0.5;
- float code dt=0.01; //dt为kalman滤波器采样时间;
- char code C_0 = 1;
- float xdata Q_bias, Angle_err;
- float xdata PCt_0, PCt_1, E;
- float xdata K_0, K_1, t_0, t_1;
- float xdata Pdot[4] ={0,0,0,0};
- float xdata PP[2][2] = { { 1, 0 },{ 0, 1 } };
- //*********************************************************
- // 卡尔曼滤波
- //*********************************************************
- //Kalman滤波,20MHz的处理时间约0.77ms;
- void Kalman_Filter(float Accel,float Gyro) // 滤波,输出标准的方波驱动电机
- {
- Angle+=(Gyro - Q_bias) * dt; //先验估计陀螺角度
- Pdot[0]=Q_angle - PP[0][1] - PP[1][0]; // Pk-先验估计误差协方差的微分
- Pdot[1]=- PP[1][1];
- Pdot[2]=- PP[1][1];
- Pdot[3]=Q_gyro;
- PP[0][0] += Pdot[0] * dt; // Pk-先验估计误差协方差微分的积分
- PP[0][1] += Pdot[1] * dt; // =先验估计误差协方差
- PP[1][0] += Pdot[2] * dt;
- PP[1][1] += Pdot[3] * dt;
- Angle_err = Accel - Angle;//zk-先验估计
- PCt_0 = C_0 * PP[0][0];
- PCt_1 = C_0 * PP[1][0];
- E = R_angle + C_0 * PCt_0;
- K_0 = PCt_0 / E;
- K_1 = PCt_1 / E;
- t_0 = PCt_0;
- t_1 = C_0 * PP[0][1];
- PP[0][0] -= K_0 * t_0; //后验估计误差协方差
- PP[0][1] -= K_0 * t_1;
- PP[1][0] -= K_1 * t_0;
- PP[1][1] -= K_1 * t_1;
- Angle+= K_0 * Angle_err; //后验估计
- Q_bias+= K_1 * Angle_err; //后验估计
- Gyro_y = Gyro - Q_bias; //输出值(后验估计)的微分=角速度
- }
- //*********************************************************
- // 倾角计算(卡尔曼融合)
- //*********************************************************
- void Angle_Calcu(void)
- {
- //------加速度--------------------------
- //范围为2g时,换算关系:16384 LSB/g
- //角度较小时,x=sinx得到角度(弧度), deg = rad*180/3.14
- //因为x>=sinx,故乘以1.3适当放大
- Accel_x = GetData(ACCEL_XOUT_H); //读取X轴加速度 存在ACCEL_XOUT_H 寄存器
- Angle_ax = (Accel_x - 1100) /16384; //去除零点偏移,计算得到角度(弧度)
- Angle_ax = Angle_ax*1.2*180/3.14; //弧度转换为度,
- //-------角速度-------------------------
- //范围为2000deg/s时,换算关系:16.4 LSB/(deg/s)
- Gyro_y = GetData(GYRO_YOUT_H); //静止时角速度Y轴输出为 【-30】 左右
- Gyro_y = -(Gyro_y + 30)/16.4; //去除零点偏移,计算角速度值, 【负号为方向处理】
- //Angle_gy = Angle_gy + Gyro_y*0.01; //角速度积分得到倾斜角度.
- //-------卡尔曼滤波融合-----------------------
- Kalman_Filter(Angle_ax,Gyro_y); //卡尔曼滤波计算倾角
- /*//-------互补滤波-----------------------
- //补偿原理是取当前倾角和加速度获得倾角差值进行放大,然后与
- //陀螺仪角速度叠加后再积分,从而使倾角最跟踪为加速度获得的角度
- //0.5为放大倍数,可调节补偿度;0.01为系统周期10ms
- Angle = Angle + (((Angle_ax-Angle)*0.5 + Gyro_y)*0.01);*/
- }
- //*********************************************************
- //电机转速和位移值计算
- //*********************************************************
- void Psn_Calcu(void)
- {
- speed_r_l =(speed_mr + speed_ml)*0.5;
- speed *= 0.7;//上一次的 //车轮速度滤波
- speed += speed_r_l*0.3;
- position += speed; //积分得到位移
- position += speed_need;//加上蓝牙位移,等于总的移动
- if(position<-6000) position = -6000;
- if(position> 6000) position = 6000;
- }
- static float code Kp = 9.0; //PID参数
- static float code Kd = 2.6; //PID参数
- static float code Kpn = 0.01; //PID参数
- static float code Ksp = 2.0; //PID参数
- //*********************************************************
- //电机PWM值计算
- //*********************************************************
- void PWM_Calcu(void)
- {
- if(Angle<-40||Angle>40) //角度过大,关闭电机
- {
- CCAP0H = 0;
- CCAP1H = 0;
- return;
- }
- PWM = Kp*Angle + Kd*Gyro_y; //PID:角速度和角度
- PWM += Kpn*position + Ksp*speed; //PID:速度和位置
- PWM_R = PWM + turn_need;
- PWM_L = PWM - turn_need; //蓝牙的倾斜,
- PWM_Motor(PWM_L,PWM_R);
- }
- //*********************************************************
- //手机蓝牙遥控
- //*********************************************************
- void Bluetooth_Remote(void)
- {
- remote_char = receive_char(); //接收蓝牙串口数据
- if(remote_char ==0x02) speed_need = -80; //前进
- else if(remote_char ==0x01) speed_need = 80; //后退
- else speed_need = 0; //不动
- if(remote_char ==0x03) turn_need = 15; //左转
- else if(remote_char ==0x04) turn_need = -15; //右转
- else turn_need = 0; //不转
- }
- /*=================================================================================*/
- //*********************************************************
- //main
- //*********************************************************
- void main()
- {
- delaynms(500); //上电延时
- Init_PWM(); //PWM初始化
- Init_Timer0(); //初始化定时器0,作为PWM时钟源
- Init_Timer1(); //初始化定时器1
- Init_Interr(); //中断初始化
- Init_Motor(); //电机控制初始化
- Init_BRT(); //串口初始化(独立波特率)
- InitMPU6050(); //初始化MPU6050
- delaynms(500);
- while(1)
- {
- Bluetooth_Remote();
- }
- }
- /*=================================================================================*/
- //********timer1中断***********************
- void Timer1_Update(void) interrupt 3
- {
- TL1 = 0xE5; //设置定时初值10MS
- TH1 = 0xBE;
- //STC_ISP(); //程序下载
- Angle_Calcu(); //倾角计算
- Psn_Calcu(); //电机位移计算
- PWM_Calcu(); //计算PWM值
- speed_mr = speed_ml = 0;
- }
- //********右电机中断***********************
- void INT_L(void) interrupt 0
- {
- if(SPDL == 1) { speed_ml++; } //左电机前进
- else { speed_ml--; } //左电机后退
- LED = ~LED;
- }
- //********左电机中断***********************
- void INT_R(void) interrupt 2
- {
- if(SPDR == 1) { speed_mr++; } //右电机前进
- else { speed_mr--; } //右电机后退
- LED = ~LED;
- }
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