STM32两轮平衡车编码电机控制学习笔记（1：H桥、编码测速和PWM控制）

器件参数：

主控板：stm32F407ZGT6

驱动模块：TB6612

编码电机选择：直流减速电机

首先我们日常使用的stm32开发板输出电压和电流输出都有限制，无法充分驱动电机，因此我们需要使用驱动电路板进行辅助控制电机，市面上的驱动模块有很多中，比如TB6612.L298N。在本次我们使用tb6612来进行驱动电机，该驱动模块是双驱动，可以同时驱动两个电机。

该电机驱动板有两种输入线：电源输入线和控制信号输入线。电源输入线一般要求是可以提
供电机额定电源的大电流电源，它是给电机提供动力的来源。控制信号线与微控制器的信号
线连接，是实现调速的方法。电机驱动板还有一个输出线，有两个端口，它与直流电机的引
脚直接连接。
下面我们来看简单的H桥电路，用来控制电流的正转和反转

我们首先理解一下电机正转反转的原理，改变电流流通方向。当q1和q2导通时，简化原理图如下

这个时候电机会进行正转，反之同理。

同时我们要注意当q1q2同时短接时候，会短路，有烧坏电路的危险，因此我们在电路中增加了 4 个与门和 2 个非门。 4 个与门同一个使能导通信号相接，这样，用这一个
信号就能控制整个电路的开关。而 2 个非门通过提供一种方向输入，可以保证任何时候在
H 桥的同侧都只有一个三极管导通。

采用以上方法，电机的运转只需要三个信号控制，如：两个方向信号和一个使能信号。
如果 DIR－ L 信号为 0， DIR－ R 信号为 1，并且使能信号是 1，那么三极管 Q1 和 Q4 导
通，电流从左至右流经电机，如图 3-9 所示；如果 DIR－ L 信号变为 1，而 DIR－ R 信号
变为 0。那么 Q2 和 Q3 将导通，电流则反向流过电机。

pwm控制

PWM控制是指在固定的输出信号的基本周期里，通过调整工作周期的大小来进行控制功率的办法。在 PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。

原理如图

这里我们以T代表周期，t代表工作时间，D为占空比

占空比 D 的大小由 t 和 T 两个数值大小决定，所以一般有几种方法可以改变 D 的大
小：定宽调频法（t 不变、 T 改变）、定频调宽法（t 改变、 T 不变）和调宽调频法（t 改变、
T 改变）。在一般的微控制器中，都是非常任意生成 PWM 信号的，一般使用定频调宽法来
改变占空比大小

编码器直流电机介绍

编码器的作用就是测速，下面简单列举一些参数，这里不做详述

1) 额定电压： 12V，工作电压 5-12V；
2) 空载时转速 170RPM，空载电流 0.07A；
3) 额定参数：转速 131RPM，电流 0.3A，额定扭矩 0.69kg-cm，堵转扭矩 3.3kg.cm；
4) 直流电机本身转速 6000 转/min，齿轮减速比为 1： 35；
5) 双通道霍尔编码器为 11 线：直流电机每旋转一周输出 11 个脉冲信号，
减速齿轮输出轴每旋转一周输出 11*35=385 个脉冲；
6) 输出轴直径 4MM， D 型；

编码器按照工作原理可以分为增量式和绝对式，本次选择的为增量式，电机的编码器是由一个霍尔传感器+铁氧体磁环组成的装置，霍尔传感器当有磁场接近时（实际就是要求磁场强度达到一定值
后）霍尔传感器的信号线就变为高电平；如果此时把磁场移开，信号线又变为低电平。简单来说如果减速电机输出轴旋转一圈，实际上可以检测到的编码器脉冲数量为：11*48=528 个，这里的 528 就是编码器的分辨率。这在我们计算实际位移和速度非常有用。

作者：有馍有样