支持CAN通信的SimpleFOC无刷驱动

项目简介

这是本人一个机器人项目的一个子模块（也可用在其他地方），基于 STM32 芯片、支持CAN通信的无刷电机驱动板，有如下特性：

• 芯片方案
  • 主控芯片：STM32F103C6T6
  • 驱动芯片：DRV8313
  • 磁编码器：AS5600
  • CAN驱动芯片：TJA1050T
• 仅支持电压控制扭矩，硬件不支持电流闭环
• 使用 CAN 通信控制（硬件留有串口但程序没有使用）
• 可反馈转角和转速，反馈频率500Hz
• 使用按钮设置电机ID或触发自动标定，产生的参数支持掉电保存
• PCB 尺寸：直径30mm
• 本项目中供电电压：12V
• 物料成本：约￥25

注：经测试 STM32F103C8T6 可直接替换，软硬件都可直接兼容

完整的机器人项目可以查看这个视频：
https://www.bilibili.com/video/BV1bP411k75b/
完整项目开源链接：Gitee Github

软件说明

STM32 程序见附件，程序开发环境为 Keil uVision 5，使用 STM32CubeMX v5.6.0 生成工程，使用 HAL 库编写

FOC核心算法参考了CSDN博主 loop222 所移植的C语言版 SimpleFOC，本程序将其移植到了HAL库中，并添加了CAN通信、Flash掉电存储、蜂鸣、按键、LED、滤波等功能

使用说明

硬件设置

1. 将驱动板与电机固定在一起，电机转子上的径向磁铁与磁编码器对正且相距2~3mm

2. 驱动电路板使用2.54mm排针孔引出了电机三相线、CAN总线、电源、SWD调试接口和串口，用户可根据需要自行焊接

   注：电源建议选择12V左右，具体范围可以参考DRV8313芯片的电压范围和降压LDO芯片的最高耐压

驱动ID设置及自动标定

驱动ID：区分一条CAN总线上多个电机的标识，范围1-8，同一总线上的驱动ID不能重复

自动标定：驱动需要知道电机的极对数、零点偏移量、传感器方向信息，这些信息可以通过自动标定获得

• 在正常运行状态下，LED的闪烁代表电机当前ID
• 按下按钮不松手即可进入ID设置，此时LED会以500ms周期闪烁，闪烁第N次时松手即可设置ID为N
• 闪烁次数超过8次仍不松手，LED会常亮2秒，此时松手即可进入自动标定
• 若2秒后仍然不松手，LED会熄灭，此后松手不会触发任何操作
• 自动标定时，电机会缓慢旋转，需确保电机处于空载状态，尽可能减少旋转阻力，标定成功后会播放开机音效

CAN通信协议

CAN通信使用标准帧，波特率为1Mbps

驱动反馈数据帧格式：

不同ID的驱动板会使用不同的CAN数据帧标识符(StdID)发送反馈数据：

驱动ID	StdID	帧类型	DLC
N	0x100+N	标准帧	8

DATA[0-3]	DATA[4-5]	DATA[6-7]
累计转角*1000	当前转速*10	保留
单位rad	单位rad/s	/
int32_t	int16_t	/

驱动板接收电压指令数据帧格式：

为节省总线带宽，不同ID的驱动板不会使用完全不同的数据帧接收数据，而是共用一个数据帧中的不同字节

共用接收数据帧 StdID = 0x100 的四个驱动ID为1-4：

DATA[0-1]	DATA[2-3]	DATA[4-5]	DATA[6-7]
ID=1 输出电压	ID=2 输出电压	ID=3 输出电压	ID=4 输出电压
单位mV	单位mV	单位mV	单位mV
int16_t	int16_t	int16_t	int16_t

共用接收数据帧 StdID = 0x200 的四个驱动ID为5-8：

DATA[0-1]	DATA[2-3]	DATA[4-5]	DATA[6-7]
ID=5 输出电压	ID=6 输出电压	ID=7 输出电压	ID=8 输出电压
单位mV	单位mV	单位mV	单位mV
int16_t	int16_t	int16_t	int16_t

也就是说，如果向总线发送StdID=0x100的数据帧，那么ID为1-4的驱动板会同时接收到指令；如果发送StdID=0x200的数据帧，则ID为5-8的驱动板会收到指令

改进方向

• AS5600磁编码器数据不够稳定，采样频率也不够高(软件IIC实测最高约2KHz)，留给滤波算法的余地不大，可以考虑更换更好的编码器