代码收藏家技术教程 2023-07-20

SmartKnob移植ESP32和STM32平台的详细步骤

说明

1、SmartKnob源码使用SimpleFOC驱动电机，移植之前要有一定的SimpleFOC基础。

2、本篇主要移植了电机控制部分，其它如蓝牙、wifi、OLED显示屏没有涉及。

3、官方版本使用的是5V供电，本教程在现有驱动板的基础上移植，使用的是12V供电，smartknob中的参数可以直接用，但想要获得更好的效果还需要调试。

4、灯光色彩的变化可以让SmartKnob显得光彩夺目，本文专注电机控制核心技术，没有灯光的烘托，移植后的表现黯然失色，请理性面对。

一、SmartKnob简介

SmartKnob 利用电机模拟机械旋钮的效果，且模式灵活多变，自带高级感，据说宝马的车内旋钮就是这样的。

github网址：https://github.com/scottbez1/smartknob

二、SmartKnob移植ESP32

代码主要移植电机运动控制的算法，选择自己习惯的电机即可，本篇教程使用 2804电机 + AS5600编码器。

官方代码中使用MT6701编码器，本人也同时移植了MT6701和AS5047P编码器，只是AS5600的用户更加广泛，所以本篇教程以AS5600为例。

注意，请使用云台电机，航模电机有齿槽效应且功率大容易发热，并不适合当前应用场景。

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2.1、电机部分

移植要先找到一个合适的示例，代码中不需要电流采样，所以简单点的就可以应对，

对这个代码不熟悉的，请阅读这篇教程：SimpleFOC之ESP32（三）—— 闭环控制

电机运动控制全靠算法，PID参数我做了较大修改似乎没有差别，保持官方一致，

核心算法如下，都是Arduino环境，移植还是比较简单的，复制粘贴，

移植的代码比较多比较碎，不再一一截图。

电机共有10种控制模式，对应不同的效果，

需要测试哪种模式，代码中配置。

每次只能体验一种模式，效率比较低，下面增加按键切换功能。

2.2、增加LED和按键

2.2.1、LED闪烁

上电点亮，进入主循环后闪烁，做为板子正常运行的指示。

2.2.2、按键

官方代码中提供了10种模式，按下电机时模式切换。

通过查看硬件设计和代码可以看出，按键的实现，原创者做了2种方案：应变片和MT6701。

2.2.2.1、应变片方案

应变片是一个电阻，电机被按压后PCB发生变形，应变片阻值变化，高精度的24位A/D转换器芯片 HX711采样，ESP32通过SPI接口读取HX711的采样值，

通过代码可以看出，震动分为2次，按下时强震，松开时轻震，

移植后的震动代码，下图：

2.2.2.2、MT6701方案

通过应变片检测按压，一致性差量产工艺复杂，而且按压寿命短可靠性估计也不高，
代码中使用MT6701，做为磁编码器，除了拥有较高的性价比外，还有按钮功能，而这个功能在当前的磁编码器中并不常见。

在原理图中可以看到这个引脚并没有使用，我理解为，这是一个预留方案，

2.2.2.3、实体按键

本次移植，直接用板载 Boot 按键，可能不够炫，但足够实用，

2.3、增加氛围灯

底板上使用了8颗SK6812灯珠，按下按键，电机震动的同时色彩变化，效果会更好。

2.3.1、WS2812

WS2812和SK6812，可以理解为一样的灯珠，只是名字不同。

2.3.2、FastLED 库

代码中设置红色，实际灯珠点亮为绿色，搞了一上午没找到原因。

又找了别的库显示是正确的，“Freenove_WS2812_Lib_for_ESP32-1.0.5”，

不想继续查找原因了，本来这个氛围灯就不是重点。留给大家吧

2.3.3、Freenove_WS2812_Lib_for_ESP32 库

这个库比 FastLED 简单多了，色彩显示也准确，当然功能也少，

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添加灯光控制到代码中，只做了简单的红绿色变化。

最终效果

不得不承认，毫无美感可言。不过技术都到位了，我已经尽力！
B站视频：https://www.bilibili.com/video/BV1Gm4y187ya/?vd_source=33c70ef3713ea86e5385ac1e62223bcf

三、SmartKnob移植STM32

相比ESP32，STM32只移植了电机控制部分，没有移植按键，也没有移植氛围灯。

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1、本次移植是在第五篇教程的基础上移植，其实也可以在第四篇教程基础上移植，因为smartknob没有使用电流环。主要是考虑到第五篇支持更多的编码器类型，所以就用这个代码做基础了。
https://blog.csdn.net/loop222/article/details/121201638，

2、移植的时候修改了I2C的底层代码，I2C读编码器一直用的是片内外设，驱动板复位后经常会读不到AS5600的数据，需要断电重新上电才能恢复正常。修改后模拟I2C似乎好点。

3、keil不支持C++，所以ESP32的代码复制到STM32中，只需改下格式，总体还是比较简单的。

4、打勾 C99 Mode，格式变动幅度不用太大，提高移植的准确度。

5、模式切换，ESP32中通过按键切换，STM32板子上两个按键都不与GPIO连接，
本例中通过串口发送指令“K”实现模式切换，“K” 后面记得加上回车换行。

6、代码支持以下编码器，

7、移植后的效果，B站视频：https://www.bilibili.com/video/BV1Gm4y187ya/?vd_source=33c70ef3713ea86e5385ac1e62223bcf

四、重点说明

4.1、串口下载

在曾经一个烧写器上千元的年代里，串口下载（ISP）做为一项黑科技，可以极大的降低开发成本并为量产提供便利，我一直都认为串口是最稳定最方便的下载方式。只是随着技术发展，有了更多的下载方式，突然发现很多年轻人不会用串口下载了，准确的说不会通过按键进入boot模式。

通过按键进入boot模式，我最先接触是在NXP的芯片上，后来STM32的芯片也用了相同的方法，随着STM32芯片影响的扩大，现在的芯片只要有boot模式，应该都是这个方法。

我不是抱怨年轻人不行，恰恰相反，我觉得我应该向年轻人靠拢，也许以后再设计ESP32的产品我会用USB接口。

1、接线：

USB转串口	驱动板
TX	RX
RX	TX
GND	GND

2、左手按下Boot键不松开，右手按下RST键并松开，然后再松开Boot键，此时单片机进入boot模式。

3、点击Arduino上的上传，等待下载完成。

因为USB转TTL的兼容问题，有些会通信不上，需要重复操作几次，有些是死活都通信不上，需要更换USB转TTL模块。

4.2、零点校准

SimpleFOC代码在驱动电机前要先零点校准，获取电机的偏置角和方向，

SmartKnob使用了SimpleFOC的库，所以也要零点校准。

零点校准大概需要二十秒的时间，如果每次上电都校准比较麻烦且有负载情况下容易出错，

同一个电机，只需零点校准一次，写入参数后可以不用再校准的，

如果调整了电机三相接线，需要重新零点校准一次，

4.2.1、第一次使用，必须要零点校准，下图：

4.2.2、获取校准参数，下图：
多测几次，保证数据是准确可用的，

4.2.3、写入参数，重新编译上传

4.3、SmartKnob参数说明

官方代码目前给出了十种模式，完全通过调整参数实现，

通过十多天的操作，再对比这些参数，摸索出了一点规律，可能不准确，仅用于帮助大家理解参数。

如下图，定义起点到终点为 “一步”（position_width_radians），假如一步是10°，那么一圈就是36步（max_position – min_position）。
步距越大，电机转起来的颗粒感越大（粗糙）；步距越小，电机转起来颗粒感越小（细腻）。
起点到中点阻力（detent_strength_unit）起做用，阻力越大转起来越费劲，手感越紧，
中点到终点推力（endstop_strength_unit）起作用，推力越大吸合感越强，
如果步距60°，只允许转动1步，那么就是开关模式，当然你也可以把步距调大到120°，行程更长，手感更好，
如果步距10°，允许转动36步，那么就是可以转1圈的粗糙的棘轮感。
如果步距1°，允许转动360步，那么就是可以转1圈的细腻的棘轮感。

参数设置要符合以下约束条件，修改时请注意，