Robomaster电控组小白的学习经验分享（一）——用大疆C型开发板控制GM6020电机转动到既定角度-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Robomaster电控组小白的学习经验分享（一）——用大疆C型开发板控制GM6020电机转动到既定角度。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

88ab4432dec2153611cbbc8f98d96f0f

一、认识硬件

1、大疆C型开发板

我们可以从Robomaster官网上下载C板的用户使用手册，在编写代码的时候用户开发手册往往非常重要。引脚配置、IO说明等信息都可以从用户手册上获得。

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

2、GM6020电机

GM6020的说明手册也可以从Robomaster的官网上下载，网址我会在下面给出。GM6020电机自带编码器，特点在于扭矩大，非常适合用来控制云台的航向和俯仰。

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

电机的ID切换可以通过电机底下的拨码开关来设置，拨码开关有bit0、bit2、bit3三位，符合二进制编码，详细可见电机使用说明书

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

3、网址

大疆C型开发板用户手册

GM6020使用说明书

二、代码编写

1、CubeMX配置

（1）开启高速和速度外部时钟

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

系统时钟设置为168MHz（最大为180MHz），设置为180MHz也是可以的

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

（2）debug设置成SW

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

（3）打开CAN1外设

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

切记在打开CAN1外设时，cubeMX会自动帮你配置，但当我们翻阅C板的使用手册，会发现CAN1的Tx为PD1，Rx为PD0，因此要自己重新配置引脚（这一点很重要！！！！！），如下图

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

然后是配置CAN总线的传输速率，CAN总线接口最大支持1MHz的传输速率。我们可以将预分频器设置为7，BS1为2，BS2为3

BR=42000000/7/（1+2+3）=1000000Hz

其中42000000代表CAN1所挂载的APB1时钟的频率为42MHz

最后，不要忘了打开CAN1的接收（Rx0）中断

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

（4）打开C板的红、绿、蓝指示灯，蓝灯引脚为PH10、绿灯PH11、红灯PH12，默认为高电平触发，所以初始状态设置为低电平。红绿蓝指示灯可以在调试的时候使用。

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

2、代码编写

bsp_can.h

在该头文件中，我们先创建用来储存电机信息的结构体motor_info_t，结构体内的内容也是参照6020电机的使用说明书，详细的大家可以自己去了解一下，如下两图

#ifndef __BSP_CAN_H_
#define __BSP_CAN_H_

#include "main.h"
#include "can.h"
#include "stm32f4xx.h"

typedef struct
{
    uint16_t can_id;//电机ID
    int16_t  set_voltage;//设定的电压值
    uint16_t rotor_angle;//机械角度
    int16_t  rotor_speed;//转速
    int16_t  torque_current;//扭矩电流
    uint8_t  temp;//温度
}moto_info_t;

void can_filter_init(void);
void set_GM6020_motor_voltage(CAN_HandleTypeDef* hcan,int16_t v1);

#endif

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

bsp_can.c

#include "bsp_can.h"

moto_info_t motor_yaw_info;
uint16_t can_cnt;

void can_filter_init(void)//筛选器配置
{
    CAN_FilterTypeDef can_filter_st;
    can_filter_st.FilterActivation = ENABLE;
    can_filter_st.FilterMode = CAN_FILTERMODE_IDMASK;
    can_filter_st.FilterScale = CAN_FILTERSCALE_32BIT;
    can_filter_st.FilterIdHigh = 0x0000;
    can_filter_st.FilterIdLow = 0x0000;
    can_filter_st.FilterMaskIdHigh = 0x0000;
    can_filter_st.FilterMaskIdLow = 0x0000;
    can_filter_st.FilterBank = 0;
    can_filter_st.FilterFIFOAssignment = CAN_RX_FIFO0;
    HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &can_filter_st);
    HAL_CAN_Start(&hcan1);
    HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
 
    can_filter_st.SlaveStartFilterBank = 14;
    can_filter_st.FilterBank = 14;
    HAL_CAN_ConfigFilter(&hcan1, &can_filter_st);
    HAL_CAN_Start(&hcan1);
    HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);
}

void HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)
{
  CAN_RxHeaderTypeDef rx_header;
  uint8_t             rx_data[8];
  if(hcan->Instance == CAN1)
  {
  HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &rx_header, rx_data); //receive can data
  switch(rx_header.StdId)
	{
	  case 0x205:
	{
    motor_yaw_info.rotor_angle    = ((rx_data[0] << 8) | rx_data[1]);
    motor_yaw_info.rotor_speed    = ((rx_data[2] << 8) | rx_data[3]);
    motor_yaw_info.torque_current = ((rx_data[4] << 8) | rx_data[5]);
    motor_yaw_info.temp           =   rx_data[6];
		break;
	}
	}
  }
}

void set_GM6020_motor_voltage(CAN_HandleTypeDef* hcan,int16_t v1)
{
  CAN_TxHeaderTypeDef tx_header;
  uint8_t             tx_data[8] = {0};
    
  tx_header.StdId = 0x1ff;
  tx_header.IDE   = CAN_ID_STD;
  tx_header.RTR   = CAN_RTR_DATA;
  tx_header.DLC   = 8;

  tx_data[0] = (v1>>8)&0xff;
  tx_data[1] =    (v1)&0xff;
	 
  HAL_CAN_AddTxMessage(&hcan1, &tx_header, tx_data,(uint32_t*)CAN_TX_MAILBOX0);
}

can_filter_init()为筛选器配置函数，筛选器模式为32位掩码模式，显码为0x0000，掩码也是0x00000,也就是说这个函数的掩码掩了一个寂寞，这串代码的作用在于它其实没什么作用，但是如果不配置就无法完成通信，没什么用但一定要有。其次该函数还有初始化can的功能，要将它放在main.c当中

HAL_CAN_RxFifo0MsgPendingCallback(CAN_HandleTypeDef *hcan)为CAN接收的中断回调函数，首先判断电机的ID值（0x205就是GM6020电机的ID1，详细可以参考官方手册），即识别是总线上的哪一个设备（电机）在发送信息，单片机接受来自该电机编码器的信息，如下图（机械角度、转速、转矩电流、温度）

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

set_GM6020_motor_voltage(CAN_HandleTypeDef* hcan,int16_t v1)为can的发送函数，首先识别数据的标识符是0x1FF（因为电机的ID是1，所以其数据帧的标识符为0x1FF），然后主控发送电压值给电机，驱动电机转动。而发送给ID1电机的电压值为数据帧的第1位和第二位（DATA[0]和DATA[1]）

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

pid.h

该头文件中我们定义pid算法的结构体pid_struct_t

#ifndef __PID_H_
#define __PID_H_

#include "main.h"
#include "stm32f4xx.h"

typedef struct _pid_struct_t
{
  float kp;//比例
  float ki;//积分
  float kd;//微分
  float i_max;//积分限幅
  float out_max;//输出限幅
  
  float ref;      // target value目标角度
  float fdb;      // feedback value设定角度
  float err[2];   // error and last error差值

  float p_out;//比例输出
  float i_out;//积分输出
  float d_out;//微分输出
  float output;//pid总输出
}pid_struct_t;

void pid_init(pid_struct_t *pid,
              float kp,
              float ki,
              float kd,
              float i_max,
              float out_max);

void gimbal_PID_init(void);
float pid_calc(pid_struct_t *pid, float ref, float fdb);

#endif

pid.c

#include "pid.h"

pid_struct_t gimbal_yaw_speed_pid;
pid_struct_t gimbal_yaw_angle_pid;

void pid_init(pid_struct_t *pid,
              float kp,
              float ki,
              float kd,
              float i_max,
              float out_max)//PID初始化函数
{
  pid->kp      = kp;
  pid->ki      = ki;
  pid->kd      = kd;
  pid->i_max   = i_max;
  pid->out_max = out_max;
}


float pid_calc(pid_struct_t *pid, float ref, float fdb)//PID运算函数
{
  pid->ref = ref;
  pid->fdb = fdb;
  pid->err[1] = pid->err[0];
  pid->err[0] = pid->ref - pid->fdb;
  
  pid->p_out  = pid->kp * pid->err[0];
  pid->i_out += pid->ki * pid->err[0];
  pid->d_out  = pid->kd * (pid->err[0] - pid->err[1]);
  LIMIT_MIN_MAX(pid->i_out, -pid->i_max, pid->i_max);
  
  pid->output = pid->p_out + pid->i_out + pid->d_out;
  LIMIT_MIN_MAX(pid->output, -pid->out_max, pid->out_max);
  return pid->output;
}

void gimbal_PID_init()//角度环和速度环的PID初始化,只是初测出来的数据，具体还需要测试
{
	pid_init(&gimbal_yaw_speed_pid, 30, 0, 0, 30000, 30000);//P=30,I=0,D=0
	pid_init(&gimbal_yaw_angle_pid, 400, 0, 0, 0, 320);//P=400,I=0,D=0
}

该文件中我们运用双环PID控制电机的角度和转速，角度环为内环，计算出当前角度和我设定角度之间的差值；速度环为外环，如果检测出角度相差的值很大，就会输出一个大电压值，为使电机以更快的转速到达设定值，反之则输出小电压，小转速。

PID运算的逻辑图如下

大疆开发板c型,学习,stm32,经验分享,c语言

mian.c

#include "main.h"
#include "can.h"
#include "dma.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

#include "bsp_can.h"
#include "pid.h"
#include "bsp_dbus.h"

int16_t led_cnt;
int16_t text_speed = 0;
int16_t target_yaw_speed;
float target_yaw_angle = 0;
float now_yaw_angle;
extern moto_info_t motor_yaw_info;
extern pid_struct_t gimbal_yaw_speed_pid;
extern pid_struct_t gimbal_yaw_angle_pid;


double msp(double x, double in_min, double in_max, double out_min, double out_max)//映射函数，将编码器的值（0~8191）转换为弧度制的角度值（-pi~pi）
{
	return (x-in_min)*(out_max-out_min)/(in_max-in_min)+out_min;
}


int main(void)
{
 
  HAL_Init();

  SystemClock_Config();

  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_CAN1_Init();
  MX_USART3_UART_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
 
  can_filter_init();//can初始化
  gimbal_PID_init();//PID初始化

  while (1)
  {
   
	led_cnt ++;
    if (led_cnt == 250)
    {
      led_cnt = 0;
      HAL_GPIO_TogglePin(GPIOH,GPIO_PIN_11); //blink cycle 500ms
    }
		
		now_yaw_angle=msp(motor_yaw_info.rotor_angle,0,8191,-pi,pi);//计算当前的编码器角度值，运用msp函数将编码器的值映射为弧度制

		pid_calc(&gimbal_yaw_angle_pid,target_yaw_angle, now_yaw_angle);//角度环
		pid_calc(&gimbal_yaw_speed_pid,gimbal_yaw_angle_pid.output, motor_yaw_info.rotor_speed);//速度环
		
		set_GM6020_motor_voltage(&hcan1,gimbal_yaw_speed_pid.output);//can发送函数，发送经过PID计算的电压值

		HAL_Delay(40);
		}

}