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STM32步进闭环控制与速度、角度、位置控制详解（张大头Emm_V4.2驱动器）

文章目录

  • 前言
  • 一、cubemx配置
  • 二、代码
  • 1.datou.h文件
  • 2.datou.c文件
  • 3. 主函数编写以及函数调用
  • 总结

    • 前言

    本文继续简述使用stm32对张大头步进电机进行速度控制和角度控制。
    张大头与stm32的硬件连接请看这个

    要注意哈！usart模式要先通过张大头的小屏幕进行设置的哈！！要配置好波特率和地址。这些在张大头提供的pdf说明文档里面都有写!

    一、cubemx配置

    基础配置不说了，由于我们需要用stm32的usart，所以打开一个usart，波特率要和电机设置的匹配，我使用的是115200

    然后生成代码即可。

    二、代码

    首先要知道，控制转速和控制旋转的角度发送的字节长度不同。所以本文中默认了电机的功能，只能在角度控制和速度控制中选择一个。

    1.datou.h文件

    先看.h文件，文件中有两个结构体，一个是速度的，一个是角度控制的，角度控制里面有一个专门记录当前位置的值，这样方便进行角度控制。
    还有一个枚举，这个枚举是来控制角度模式下的电机转动方向的，用1个0 来表示，那个不动的2 是电机角度模式下到达指定位置的速度的高字节，由于一般情况下到达指定位置的速度是设定好的，所以在角度控制模式下我没有写相应的修改函数。extern StepperMotorControl moto1;这些声明的变量都是.c文件中的，当需要几个电机的时候就创建几个这样的变量。

    #ifndef __DATOU_H
#define __DATOU_H

#include "main.h"

typedef struct 
{
    uint8_t controlBytes[6];
    uint8_t lastControlBytes[6];

} StepperMotorControl;
typedef struct 
{
    uint8_t controlBytes[9];
    uint8_t lastControlBytes[9];
	float now_angle;
} StepperMotorControl_location;
typedef  enum 
{
	forward=0x12,		//正
	reverse=0x02		//反
}Command;
extern StepperMotorControl moto1;
extern StepperMotorControl moto2;
extern StepperMotorControl moto3;
extern StepperMotorControl moto4;
void StepperMotorControl_init(StepperMotorControl *control, uint8_t address);
void set_speed(StepperMotorControl *control, uint8_t direction, uint16_t speed);
void set_acceleration(StepperMotorControl *control, uint16_t acceleration);
extern StepperMotorControl_location moto_9;//下
extern StepperMotorControl_location moto_8;//上
void StepperMotorControl_init_location(StepperMotorControl_location *control, uint8_t address) ;
void set_angle_control_location(StepperMotorControl_location *control, float target_angle_num);

    2.datou.c文件

    有了对.h文件的大体了解，现在我们来说一下.c文件
    其中要注意的是在速度模式下只有3个可以调用的函数，角度模式下有2个可以调用的函数

  • 速度模式下
    初始化
    • void StepperMotorControl_init(StepperMotorControl *control, uint8_t address);

    设置速度

    void set_speed(StepperMotorControl *control, uint8_t direction, uint16_t speed);

    设置加速度

    void set_acceleration(StepperMotorControl *control, uint16_t acceleration);
  • 角度模式下
    初始化
    • void StepperMotorControl_init_location(StepperMotorControl_location *control, uint8_t address) ;

    设置角度

    void set_angle_control_location(StepperMotorControl_location *control, float target_angle_num);

    文件中有些static 的函数，这些函数是用来进行一些调用和判断以及发送的，外部使用的时候不需要调用这些函数。

    #include "datou.h"

#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>

#include <usart.h>
StepperMotorControl moto1;//一号轮
StepperMotorControl moto2;//二号轮
StepperMotorControl moto3;//三号轮
StepperMotorControl moto4;//四号轮
/******************************************************
Function:    		void StepperMotorControl_init(StepperMotorControl *control, uint8_t address) 
Description: 		指定电机初始化函数（这个函数是用来指定电机的速度的）
Calls:				 	NONE 
Input: 					StepperMotorControl *control这个变量是结构体变量，这个结构体里面有2个成员
								分别对应了当前发送的数据，上次发送的数据
								address	是电机设定的地址
******************************************************/

void StepperMotorControl_init(StepperMotorControl *control, uint8_t address) 
{
    uint8_t defaultBytes[6] = {0x00, 0xF6, 0x10, 0x00, 0xaf, 0x6B};
    memcpy(control->controlBytes, defaultBytes, 6);
    memcpy(control->lastControlBytes, defaultBytes, 6);
    control->controlBytes[0] = address;
}

static uint8_t hasChanged(StepperMotorControl *control) 
{
    for (uint8_t i = 0; i < 6; i++) {
        if (control->controlBytes[i] != control->lastControlBytes[i]) 
				{
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

static void updateLastControlBytes(StepperMotorControl *control) 
{
    for (uint8_t i = 0; i < 6; i++) {
        control->lastControlBytes[i] = control->controlBytes[i];
    }
}

static void sendCommand(StepperMotorControl *control) 
{
    if (hasChanged(control)) {

				HAL_UART_Transmit(&huart3, control->controlBytes, 6, 100);
        updateLastControlBytes(control);
    }
}
/******************************************************
Function:    		void set_speed(StepperMotorControl *control, uint8_t direction, uint16_t speed) 
Description: 		设置电机的转速
Calls:				 	static void sendCommand(StepperMotorControl *control) 
Input: 					StepperMotorControl *control这个变量是结构体变量，这个结构体里面有2个成员
								分别对应了当前发送的数据，上次发送的数据
								direction 是电机的方向
								speed	是电机的速度
******************************************************/
void set_speed(StepperMotorControl *control, uint8_t direction, uint16_t speed) 
{
    if (direction) {
        control->controlBytes[2] = (0x10) | ((speed >> 8) & 0x0F); // 逆时针方向
    } else {
        control->controlBytes[2] = (0x00) | ((speed >> 8) & 0x0F); // 顺时针方向
    }
    control->controlBytes[3] = speed & 0xFF;
    sendCommand(control);
}
/******************************************************
Function:    		void set_acceleration(StepperMotorControl *control, uint16_t acceleration) 
Description: 		设置电机的加转速
Calls:				 	static void sendCommand(StepperMotorControl *control) 
Input: 					StepperMotorControl *control这个变量是结构体变量，这个结构体里面有2个成员
								分别对应了当前发送的数据，上次发送的数据
								acceleration	是电机的加速度
******************************************************/
void set_acceleration(StepperMotorControl *control, uint16_t acceleration) 
{
    control->controlBytes[4] = acceleration;
    sendCommand(control);
}

StepperMotorControl_location moto_9;//下
StepperMotorControl_location moto_8;//上


/******************************************************
Function:    		void StepperMotorControl_init_location(StepperMotorControl_location *control, uint8_t address) 
Description: 		指定电机初始化函数（这个函数是用来指定电机的位置的）
Calls:				 	NONE 
Input: 					StepperMotorControl_location *control这个变量是结构体变量，这个结构体里面有3个成员
								分别对应了当前发送的数据，上次发送的数据，以及当前的位置值
								address	是电机设定的地址
******************************************************/

void StepperMotorControl_init_location(StepperMotorControl_location *control, uint8_t address) 
{
	
	
    uint8_t defaultBytes[9] = {0x00, 0xFD, 0x12, 0x00, 0xaf,0x00,0x00,0x00,0x6B};
    memcpy(control->controlBytes, defaultBytes, 9);
    memcpy(control->lastControlBytes, defaultBytes, 9);
    control->controlBytes[0] = address;
}
static uint8_t hasChanged_location(StepperMotorControl_location *control) 
{
    for (uint8_t i = 0; i < 9; i++) {
        if (control->controlBytes[i] != control->lastControlBytes[i]) 
				{
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}
static void updateLastControlBytes_location(StepperMotorControl_location *control) 
{
    for (uint8_t i = 0; i < 9; i++) {
        control->lastControlBytes[i] = control->controlBytes[i];
    }
}

static void sendCommand_location(StepperMotorControl_location *control) 
{
    if (hasChanged_location(control)) {

				HAL_UART_Transmit(&huart3, control->controlBytes, 9, 100);
        updateLastControlBytes_location(control);
    }
}

static void set_location(StepperMotorControl_location *control, Command com, int pulse_num) 
{		
	control->controlBytes[2] =com;
	
	control->controlBytes[6] = pulse_num>>8;/* 脉冲数中字节 */
	control->controlBytes[7] = pulse_num-((pulse_num>>8)<<8);	/* 脉冲数低字节 */

    sendCommand_location(control);
}


/******************************************************
Function:    	void set_angle_control_location(StepperMotorControl_location *control, float target_angle_num)
Description: 	控制指定电机的角度
Calls:				 static void set_location(StepperMotorControl_location *control, Command com, int pulse_num) 
Input: 					StepperMotorControl_location *control这个变量是结构体变量，这个结构体里面有3个成员
								分别对应了当前发送的数据，上次发送的数据，以及当前的位置值（由于需要通过用角度的差值来计算脉冲数，所以需要记录当前的位置）
								target_angle_num	是目标角度
******************************************************/
#define a_circle_pulse 3200.0//这是一圈需要的脉冲数
void set_angle_control_location(StepperMotorControl_location *control, float target_angle_num)
{
	double error_angle=target_angle_num-(control->now_angle);
	int need_pulse=(int)(error_angle/360.0*a_circle_pulse);
	if(error_angle!=0)
	{
		if(need_pulse<0)
		{
			set_location(control,reverse, -need_pulse);//注意此处的reverse可能需要改成forward，这个要根据你的物理结构而定
		}
		else
		{
			set_location(control,forward, need_pulse);//注意此处的forward可能需要改成reverse，这个要根据你的物理结构而定
		}
		control->now_angle=target_angle_num;
		
	}
}

    3. 主函数编写以及函数调用

    在主函数中

    	/*底盘电机初始化*/		
	StepperMotorControl_init(&moto1,0x01);
	StepperMotorControl_init(&moto2,0x02);
	StepperMotorControl_init(&moto3,0x03);
	StepperMotorControl_init(&moto4,0x04);	
	
	HAL_Delay(100);	
	/*云台电机初始化*/		
	StepperMotorControl_init_location(&moto_9,0x09);//下云台是9
	StepperMotorControl_init_location(&moto_8,0x08);
	HAL_Delay(100);

	set_angle_control_location(&moto_8,-900);//电机转-900度
	HAL_Delay(2000);
	set_speed(&moto1,1,200) ;//电机正转且速度为200

    总结

    代码的可读性可能不算高，emm，望大佬指正。谢谢！

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