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GD32F103卡尔曼滤波实现及效果

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 楼主| zeshoufx 发表于 2022-11-25 20:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
gd32F103, gd32f1, 卡尔曼滤波, 滤波
卡尔曼滤波在数据去噪，获得真实值的运用中广泛使用，在采集一些信号时，很实用。
测试方法：通过将DAC输出与ADC连接，，DAC输出一固定值
通过ADC采集数据，由于ADC精度受限以及一些干扰，ADC采集到
的数据在固定值附近波动，通过卡尔曼滤波估计一下ADC采集的真实值。

这个与之前的PID测试有点区别，PID是设定目标，自动调节DAC，使
ADC采集数据接近目标。
PID演示连接：
专栏：ARM DSP库 PID控制测试 - 哔哩哔哩 (bilibili.com)
视频：【ARM单片机PID控制测试——基于DSP库】 https://www.bilibili.com/video/BV1sd4y1w755/?share_source=copy_web&vd_source=7f0cb9c0f09b768583faf157910eb515
视频
1、卡尔曼滤波结构体：type_KalmanFilter
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  1. //卡尔曼滤波结构体
    

  2. typedef struct KalmanFilter 
    

  3. {
    

  4.         float x_mea;         // 测量值
    

  5.         float x_est;         // 估计值
    

  6.         float e_mea;         // 测量偏差
    

  7.         float e_est;         // 估计偏差
    

  8.         float Kk;                  // Karlman 增益
    

  9. }type_KalmanFilter;
2、初始化，为结构体成员赋值
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  1. //Kalman初始化
    

  2. void Kalman_Init(type_KalmanFilter* kalmanFilter, float FirstMeaValue, float E_mea, float FirstEstValue, float E_est) 
    

  3. {
    

  4.         kalmanFilter->x_est = FirstEstValue;
    

  5.         kalmanFilter->x_mea = FirstMeaValue;
    

  6.         kalmanFilter->e_est = E_est;
    

  7.         kalmanFilter->e_mea = E_mea;
    

  8.         kalmanFilter->Kk = Kk_calc(kalmanFilter->e_est, kalmanFilter->e_mea);
    

  9. }
3、更新，将采集到的数据作为测量输入
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  1. //Kalman更新
    

  2. void Kalman_Update(type_KalmanFilter* kalmanFilter, float newMeaValue) 
    

  3. {
    

  4.         float temp = kalmanFilter->e_est;
    

  5.         kalmanFilter->x_est = kalmanFilter->x_est + kalmanFilter->Kk * (newMeaValue - kalmanFilter->x_est);
    

  6.         kalmanFilter->x_mea = newMeaValue;
    

  7.         kalmanFilter->Kk = Kk_calc(kalmanFilter->e_est, kalmanFilter->e_mea);
    

  8.         kalmanFilter->e_est = (1 - kalmanFilter->Kk) * temp;
    

  9. }
4、端口设置
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  1. void ad_da_init(void)
    

  2. {
    

  3.         //时钟配置
    

  4.         rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    

  5.         rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
    

  6.         rcu_periph_clock_enable(RCU_ADC0);
    

  7.         rcu_periph_clock_enable(RCU_DAC);
    

  8.         
    

  9.         rcu_adc_clock_config(RCU_CKADC_CKAPB2_DIV12);
    

  10.         
    

  11.         //接口配置
    

  12.         gpio_init(GPIOA,GPIO_MODE_AIN,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_4);
    

  13.         gpio_init(GPIOA,GPIO_MODE_AIN,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_PIN_6);
    

  14.         
    

  15.         //ADC输入配置
    

  16.         adc_special_function_config(ADC0,ADC_CONTINUOUS_MODE,ENABLE);
    

  17.         adc_data_alignment_config(ADC0,ADC_DATAALIGN_RIGHT);
    

  18.         adc_channel_length_config(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL,1);
    

  19.         adc_regular_channel_config(ADC0,0,ADC_CHANNEL_6,ADC_SAMPLETIME_55POINT5);
    

  20.         adc_external_trigger_config(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL,DISABLE);
    

  21.         
    

  22.         adc_enable(ADC0);
    

  23.         delay_ms(1);
    

  24.         adc_calibration_enable(ADC0);
    

  25.         
    

  26.         //DAC输出配置
    

  27.         dac_trigger_source_config(DAC0,DAC_TRIGGER_SOFTWARE);
    

  28.         dac_trigger_enable(DAC0);
    

  29.         dac_wave_mode_config(DAC0,DAC_WAVE_DISABLE);
    

  30.         dac_output_buffer_enable(DAC0);
    

  31.         
    

  32.         dac_enable(DAC0);
    

  33.         dac_data_set(DAC0, DAC_ALIGN_12B_R, (u16)1024);
    

  34.     dac_software_trigger_enable(DAC0);
    

  35.         
    

  36.         //Kalman初始化
    

  37.         Kalman_Init(&k, 1024, 2, 1024, 2);
    

  38. }
5、滤波处理
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  1. void dsp_test(void)
    

  2. {
    

  3.         u16 adc_get=0;
    

  4.         
    

  5.         adc_software_trigger_enable(ADC0,ADC_REGULAR_CHANNEL);
    

  6.         if(adc_flag_get(ADC0,ADC_FLAG_EOC))
    

  7.         {
    

  8.                 adc_flag_clear(ADC0,ADC_FLAG_EOC);
    

  9.                 adc_get = adc_regular_data_read(ADC0);
    

  10.                 Kalman_Update(&k,adc_get);
    

  11.         }
    

  12.         
    

  13.         printf("%d        %f        %f\r\n",adc_get,k.x_mea,k.x_est);
    

  14. }
6、主函数
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  1. #include "bitband.h"
    

  2. #include "led.h"
    

  3. #include "systick.h"
    

  4. #include "print.h"
    

  5. #include "dsp_test.h"
    


  6. 

  7. u16 mem_infor[2]={0};
    

  8. u32 uid[3]={0};
    


  9. 


  10. 

  11. int main(void)
    

  12. {
    

  13.     systick_set(96);
    

  14.         led_init();
    

  15.         
    

  16.         print_config(9600);
    

  17.         
    

  18.         get_mem_infor(&mem_infor[0],&mem_infor[1]);
    

  19.         printf("GD32F103VKT6 Flash Size=%dKB,Sram Size=%dKB...\r\n",mem_infor[1],mem_infor[0]);
    

  20.         get_uid(uid);
    

  21.         printf("GD32F103VKT6 UID=%d%d%d...\r\n",uid[0],uid[1],uid[2]);
    

  22.         
    

  23.         ad_da_init();
    

  24.         
    

  25.     while(1)
    

  26.         {
    

  27.                 dsp_test();
    

  28.                 delay_ms(100);
    

  29.     }
    

  30. }
演示视频：
GD32F103卡尔曼滤波实现
【GD32F103卡尔曼滤波测试】 https://www.bilibili.com/video/BV1bR4y1o7TQ/?share_source=copy_web&vd_source=7f0cb9c0f09b768583faf157910eb515
GD32F103卡尔曼滤波测试效果
【GD32F103卡尔曼滤波测试效果】 https://www.bilibili.com/video/BV1u14y1n7KD/?share_source=copy_web&vd_source=7f0cb9c0f09b768583faf157910eb515
7、将数据打印输出，导入MATLAB，结果如图所示：
可以看到整体上实际的采集值在波动，而卡尔曼滤波估计的真实值却基本很平稳

结果2

结果2

结果1

结果1
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呐咯密密 发表于 2022-11-26 16:58 | 显示全部楼层
这个卡尔曼滤波执行一次时间多久，会不会影响系统的时效性
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 楼主| zeshoufx 发表于 2022-11-26 20:00 | 显示全部楼层
呐咯密密 发表于 2022-11-26 16:58
这个卡尔曼滤波执行一次时间多久，会不会影响系统的时效性

还没具体测试过，，，我觉得跟多采集几次然后取平均这种暴力滤波方式差不多，，明天测试后补充，，，
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OKAKAKO 发表于 2022-12-2 17:08 | 显示全部楼层
zeshoufx 发表于 2022-11-26 20:00
还没具体测试过，，，我觉得跟多采集几次然后取平均这种暴力滤波方式差不多，，明天测试后补充 ...

估计跟直接取平均还是有区别的，大概误差应该在0.2左右
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 楼主| zeshoufx 发表于 2022-12-2 20:08 | 显示全部楼层
OKAKAKO 发表于 2022-12-2 17:08
估计跟直接取平均还是有区别的，大概误差应该在0.2左右

0.2秒吗
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Jacquetry 发表于 2022-12-21 17:35 | 显示全部楼层
这个应该会有一点误差的
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星辰大海不退缩 发表于 2022-12-22 16:25 | 显示全部楼层
卡尔曼滤波确实通过MATLAB分析后的结果很稳定，果然滤波能消除干扰
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jf101 发表于 2022-12-24 13:26 | 显示全部楼层
zeshoufx 发表于 2022-11-26 20:00
还没具体测试过，，，我觉得跟多采集几次然后取平均这种暴力滤波方式差不多，，明天测试后补充 ...

楼主，平均算法滤波测试了嘛？结果跟卡尔曼滤波差距怎么样？
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dspmana 发表于 2023-1-9 17:42 | 显示全部楼层
这个卡尔曼可以做数据融合的吗？              
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pentruman 发表于 2023-1-9 17:51 | 显示全部楼层
这个的计算量应该不会很小了。              
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