[发明专利]一种基于多新息卡尔曼滤波的自平衡车设计方案

权利要求书

1.一种基于多新息卡尔曼滤波算法的自平衡车设计方案，其特征在于，主要包括：微处理器单元(1)、电源单元(2)、姿态测量单元(3)、直流电机单元(4)、LED指示单元(5)、无线传输单元(6)和手机客户端(7)；所述电源单元(2)、姿态测量单元(3)、直流电机单元(4)、LED指示单元(5)、无线传输单元(6)均与微处理器单元(1)连接，所述微处理器单元(1)通过无线传输单元(6)与手机客户端(7)连接；所述的微处理器单元(1)负责自平衡车姿态数据处理和控制任务调度；所述的LED指示单元(5)负责指示自平衡车系统的运行和故障状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于多新息卡尔曼滤波的自平衡车设计方案，其特征在于，所述的姿态测量单元(3)采用MPU6050传感，获得自平衡车X/Y/Z轴的姿态角数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于多新息卡尔曼滤波的自平衡车设计方案，其特征在于，所述的电源单元(2)提供3.3V微处理器单元和姿态测量单元工作电压；并提供5V无线传输单元工作电压和提供12V的电机运行工作电压。

4.根据权利要求1所述的一种基于多新息卡尔曼滤波的自平衡车设计方案，其特征在于，所述的无线传输单元(6)采用ESP8266模组，其与微处理器单元采用串口通讯方式，负责采集实时的姿态数据和电机数据；以及采用WIFI连接，传输手机客户端下发的指令数据和PID参数。

5.根据权利要求1所述的一种基于多新息卡尔曼滤波的自平衡车设计方案，其特征在于，所述手机客户端(7)安装控制自平衡车的应用程序，应用程序一方面负责下发控制自平衡车的指令，另一方面负责计算出最优的PID参数，PID参数的优化采用蚁群算法。

6.根据权利要求1所述的一种基于多新息卡尔曼滤波的自平衡车设计方案，其特征在于，所述直流电机单元(4)的电路包括：U1模块、P1接线端口和P2接线端口，直流电机单元(4)负责独立双向控制两个直流电机，保证自平衡车的运动。

7.根据权利要求5所述的一种基于多新息卡尔曼滤波的自平衡车设计方案，其特征在于，所述的U1模块采用TB6612FNG集成芯片，其通过PWM1和PWM2与所述微处理器单元(1)连接，通过VCC5V和VCC12V与所述电源单元2连接；所述U1模块中的引脚A_M1、A_M2和B_M1、B_M2通过P1接线端口和P2接线端口分别与电机A和电机B相连；所述U1模块中的引脚AB_EN、AA_EN、BA_EN、BB_EN通过P1接线端口和P2接线端口分别与电机A和电机B相连；通过高低电平，AB_EN，AA_EN负责电机A的正反转和停止，BA_EN，BB_EN负责电机B的正反转和停止。

8.根据权利要求6所述的一种基于多新息卡尔曼滤波的自平衡车设计方案，其特征在于，所述U1模块中的VCC5V电源接电容C14和C20，所述电容C14和C20用于滤除电压的纹波，保证供电的稳定性，P1接线端口和P2接线端口连接的VCC5V分别连接电容C16和C17，亦是保证供电的稳定性。

9.一种多新息卡尔曼滤波算法，其特征包括以下步骤：

S1：通过姿态测量单元中的MPU6050传感器获得姿态角度数，所述微处理器单元读取姿态数据；

S2：根据当前微处理器单元的负荷选取合适的新息长度；

S3：执行多新息卡尔曼滤波算法；

S4：得到可用姿态角实时值；

S5：将姿态角实时值通过无线传输模块传送到手机客户端。