总线直流电机驱动模块

项目简介

本项目是一个基于STM32G031G6U6芯片的直流减速电机控制系统，使用A4950驱动芯片实现对直流减速电机的精确控制。该系统可以实现电机转速控制、速度闭环和位置控制等功能，可以应用于各种需要精确控制的应用场景。

硬件配置

主控制器

• MCU：STM32G031G6U6 - ARM Cortex-M0+内核，64MHz主频，32KB Flash，8KB RAM
• 封装：UFQFPN28封装，体积小巧，适合空间有限的应用场景

电机驱动部分

• 驱动芯片：A4950，双H桥DMOS全桥PWM电机驱动器
  • 工作电压范围：8V-40V
  • 最大输出电流：3A
  • 电源电压不超过15V（参考原理图注释）
• 控制方式：PWM控制，频率1000Hz，分辨率1000

编码器接口

• 支持两路增量式编码器（ENCODER_A1/A2, ENCODER_B1/B2）
• 使用LPTIM1和TIM3实现编码器计数
• 实时获取电机转速和位置信息

通信接口

• UART：通过USART2实现串口通信（PA2/PA3引脚）
• SPI：SPI2接口（PA0/PA4/PA5引脚），用于驱动OLED显示

显示接口

• OLED显示器接口（SPI通信）
  • OLED_CS, OLED_DC, OLED_RES等控制信号
  • 显示电机目标速度（target_speed）和当前速度（current_speed）
  • 通过OLED_ShowString和OLED_ShowNum函数实现数据显示

电源部分

• 5V转3.3V电路
• 12V转5V电路
• 电源指示LED

软件架构

基础驱动

• STM32G0 HAL库驱动
• 外设驱动（GPIO, SPI, UART, TIM, LPTIM等）

控制算法

• PID控制：
  • 速度环PID控制：比例系数Kp=0.7，微分系数Kd=0.1
  • 位置环PID控制：比例系数Kp=0.7，积分系数Ki=0.01，微分系数Kd=0.1
  • 双环位置环PID控制：比例系数Kp=0.3，积分系数Ki=0.01，微分系数Kd=0.1
  • 双环速度环PID控制：比例系数Kp=0.5，微分系数Kd=0.08
• 控制模式：
  • PWM输出范围：-1000~1000
  • 支持正转、反转、惯性滑行、制动刹车等多种控制模式
  • 支持开环控制、速度闭环控制、位置闭环控制、位置速度双环控制

通信协议

• 串口通信：

  • 支持电机状态查询

  • 支持参数设置

  • 支持实时数据监控

  • 命令格式示例：

    • PWM控制命令：Set PWM:,
      • 电机ID：1或2，对应两个电机
      • PWM值：-1000~1000，正值表示正转，负值表示反转，0表示停止
      • 示例：Set PWM:1,500 - 设置电机1以50%占空比正转
      • 执行效果：设置PWM值，并且通过Set Mode命令切换到开环控制模式
    • 速度控制命令：Set Speed:,
      • 电机ID：1或2
      • 速度值：目标速度，单位为脉冲/秒
      • 示例：Set Speed:2,300 - 设置电机2的目标速度为300脉冲/秒
      • 执行效果：设置目标速度，并且通过Set Mode命令切换到速度环控制模式
    • 位置控制命令：Set Position:,
      • 电机ID：1或2
      • 位置值：目标位置，单位为编码器计数值
      • 示例：Set Position:1,1600 - 设置电机1的目标位置为1600个脉冲
      • 执行效果：设置目标位置，并且通过Set Mode命令切换到位置环控制模式
    • 双环位置控制命令：Set PS Position:,
      • 电机ID：1或2
      • 位置值：目标位置，单位为编码器计数值
      • 示例：Set PS Position:2,2000 - 设置电机2的目标位置为2000个脉冲
      • 执行效果：设置双环控制的目标位置，并且通过Set Mode命令切换到位置速度双环控制模式
    • 控制模式切换命令：Set Mode:,
      • 电机ID：1或2
      • 模式：
        • open - 开环控制模式
        • speed - 速度环控制模式
        • position - 位置环控制模式
        • ps - 位置速度双环控制模式
      • 示例：Set Mode:2,ps - 设置电机2为位置速度双环控制模式

  • 命令处理流程：

    1. 接收串口命令
    2. 解析命令字符串，识别命令类型
    3. 提取参数（电机ID、目标值等）
    4. 更新电机控制参数
    5. 根据控制模式执行相应的控制算法

数据存储

• Flash参数存储区
  • 支持PID参数的保存和加载
  • 电机配置保存