基于STM32的电机控制

科研训练任务作品简介

一、科研训练任务要求：

1. 通过STM32单片机与pc串口之间的数据传输
2. 通过STM32单片机读取MPU6050的陀螺仪和加速度计数据，并通过串口助手显示
3. 通过STM32的PWM输出实现电机的开环控制
4. 通过STM32的输入捕获功能实现电机编码器值的解算
5. 通过串口将电机实际转速输出到电脑的串口助手
6. 能通过串口发送期望的速度给单片机
7. 基于STM32单片机实现电机转速的kPID控制
8. 实现stm32双机CAN模块、485模块之间的通信
9. 在stm32系统上调通modobus通信协议，实现多机通信

二、作品实现介绍：

1. 硬件设计 项目硬件结构主要由STM32F103ZET6作为主控板，GY-86（6轴陀螺仪），L298N直流电机驱动器，12V电源，I2C型OLED显示屏，HC-05主从机型蓝牙模块，25GA370直流电机减速电机构成。 图1 总体结构示意图

1.1电机控制部分 项目整体使用定时器功能（引脚PA8、引脚PB13）输出PWM信号到L298N直流电机驱动器，使其驱动25GA370直流电机转动。使用另一个定时器功能（引脚PB0）接收编码器关于电机的测速值。在电机转动一圈时编码器可以输出固定的脉冲数，通过读取编码器脉冲可以获取当前电机转动状态。

1.2陀螺仪数据采集部分 项目整体使用I2C1通讯接口（引脚PB6（SCL）、引脚PB7（SDL））获取GY-86六轴陀螺仪的原始数据，在主控板中通过四元数转换，由三轴角速度和三轴加速度数据转换得到俯仰角和翻滚角数据，同时设定角度临界值±3°，当角度大于或小于水平方向的角度时，将输出PWM信号控制电机发生换向。

1.3OLED显示部分 项目整体使用I2C2通讯接口（引脚PG14（SDL）、引脚PG15（SCL））与OLED显示屏通讯，将实时的电机转速和电机的转向（顺时针和逆时针）发送到OLED屏幕上显示。

1.4UART通讯部分 项目整体使用USART通讯方式，利用（引脚PA9（TX）、引脚PA10（RX））与电脑上位机串口助手实现通讯，或者经由HC-05蓝牙模块实现蓝牙通讯，实现实时获取当前电机理论转速和实际转速，以及可以通过串口助手实现对电机转速的调控（蓝牙模块同理）。

2. 软件设计 2.1电机控制部分 主函数部分为按键检测，如果有按键按下，将执行电机的速度增加或者减少，通过系统滴答定时器实现的中断回调函数，采集编码器的数据并计算电机的当前转速：

另外对于电机速度的控制，采用增量式PID控制：

int IncPIDCalc(int NextPoint) 
{
int iError,iIncpid;                                 //当前误差
iError=sptr->SetPoint-NextPoint;                    //增量计算
iIncpid=(sptr->Proportion * iError)                  //E[k]项
-(sptr->Integral * sptr->LastError)                   //E[k-1]项
+(sptr->Derivative * sptr->PrevError);               //E[k-2]项
sptr->PrevError=sptr->LastError;                //存储误差，用于下次计算sptr->LastError=iError;
return(iIncpid);                                  //返回增量值
}

2.2陀螺仪数据采集部分 利用I2C1通讯模式，获取GY-86六轴陀螺仪的原始数据（三轴角速度和三轴加速度），同时对数据进行校核误差：

注：完整代码另附

三、小结

科研训练任务按预期要求完成，在结合多个任务的情况下，实现对电机的开环控制，闭环控制，利用陀螺仪的数据，并做四元数转换，得到角度信息，再通过PID对电机的控制，实现了基础的电机控制的全部任务要求。在此基础上可以继续发掘诸如：平衡小车，倒立摆等多种电机控制的系统模型。