SimpleFOC移植STM32（九）—— ABZ编码器电机

 
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说明

在SimpleFOC代码中，ABZ信号和霍尔电机信号处理方式很像，都是信号边沿触发中断，在中断中获取状态计算角度。
本次移植驱动板103和官方代码保持一致。

驱动板405采用的是定时器计数脉冲，处理方式不同。
 

一、ABZ编码器介绍

• ABZ或者ABI，叫法不同但指的都是同一种编码器，也叫增量式编码器。
• ABZ编码器最大的优点就是接口统一，兼容性好。
• 不像SPI接口的磁编码器，不同厂家的芯片甚至同一厂家的不同型号，通信协议各不相同，换个编码器就要重新写代码。
   

1.1、ABZ信号

• A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判断编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。
  

• 一般采用四倍频技术，比如500线的编码器，转一圈可以获得2000个脉冲信号，
  

 

1.2、光电式编码器

• 最初的ABZ编码器是光电式的，最有名的品牌是安华高（ Avago），分辨率叫“线”，比如500线就是500ppr（2000cpr）。
  

 

• 拆开后是这样的：下图
  
• 500线属于正常分辨率，1000线算是比较高的，2000线的电机肯定很贵了。不像现在的磁编码器，起步就是1024ppr。

 

1.3、磁编码器

• 磁编码器体积小，性能强，价格便宜，发展的很快，会越来越多的代替光电编码器。
  
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• 需要说明的是，有些磁编码器上电后可以输出当前绝对位置对应的脉冲数（需要配置相应的寄存器）。下图：
  

ABZ编码器每次上电都需要校准，所以使用时会有不方便的时候，但这个功能完美的解决了校准问题。这也是光电编码器望尘莫及的功能，充分体现了磁编码器的灵活。

 

1.4、差分信号

• 在传输距离比较长的情况下（比如大于1m），信号容易发生变形和干扰，需要将编码器输出的TTL信号转为差分信号，待到控制器端再转为TTL信号。
• 工业应用中，ABZ差分信号是应用非常普遍的编码器接口。
• 在驱动板103或者驱动板405上，可以只用A+,B+,Z+做为ABZ信号，A-,B-,Z-悬空即可。虽然不够严谨，但是做为开发学习还是可以的。
  

 

 
 

二、电机驱动板103

ABZ编码器电机的代码是独立的，没有与其它编码器混在一起，不需要在 myproject.h 中设置编码器类型，代码看起来更简洁。

 

2.1、读ABZ信号的cpr

如果你已经知道编码器的cpr，可以跳过当前小节。

2.1.1、接线

A—SCL1（PB6/TIM4_1）、B—SDA1（PB7/TIM4_2）、Z—PA12

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2.1.2、编译，下载代码

 

2.1.3、转动电机，观察串口打印

• 第一次输出的cpr肯定不准确，因为电机上电为任意位置，
• 可以发送指令“2”读取任意时刻的cpr。
  

 

2.2、驱动ABZ电机M1

2.2.1、接线

 

2.2.2、修改代码

• 在Myproject.h 中选择是否需要使用Z信号，然后修改cpr，
  
   

• 极对数按照实际写入，

• voltage_sensor_align是电机零点校准时的电压值，需要根据电机功率设置，100W以内的电机基本属于小功率，可以设置的大一点，200W以上的属于大功率，设置的小一点。

• 如果不清楚电机功率，可以多试几个值，电源有电流显示的话观察下零点校准时的电流，只要在0.2A — 0.8A这个范围内就行，电流太小电机无力，校准可能不准确，电流太大电机会发热，容易损坏电机。

• 初次调试请选择 Type_voltage 模式，因为可以跳过电流环，电流环的PI参数非常难设置。

• 云台电机请选择 Type_voltage 模式，电机转速低且电流小，检测电流反而增加误差。

• 速度环的PI请自行设置，不清楚可以先把速度I参数设置为0，只用速度P参数，先让电机转起来再说。不同电机的PI参数不相同，具体请百度。

 

• 以下参数针对2804电机，编译后下载，
  

 

2.2.3、串口发送指令，观察电机运行

 

2.3、驱动ABZ电机M2

• A—SCL2(PB10)、B—SDA2(PB11)、Z—SWD(PA13)，
• 其实最初的设计是打算接PA11引脚的，但是调试代码的时候发现PB11和PA11是同一个中断源EXTI_Line11，并且在中断代码中无法区分，所以用SWD(PA13)来代替。
• SWD(PA13)并没有设计外部上拉电阻，反复测试后确定只要代码中打开了内部上拉也可以的。
• 只是占用SWD后不能再用ST-link下载代码了，请大家使用串口下载。
• 串口下载的方法在 SimpleFOC移植STM32（二）—— 开环控制 的第3.2小节有说明，不清楚的可以去查看。
   

接线：

接下来的操作与 2.2小节相同，请参考上面。

 

2.4、驱动双ABZ电机

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请结合上面的2.2和2.3小节操作。
需要注意的是，控制M1的电机发送指令以 A开头，比如 A6.28；控制M2的电机发送指令以 B开头，比如 B6.28。

 

三、电机驱动板405

 

• 驱动板405在最初设计的时候已经支持ABZ编码器，只需要在 Myproject.h 文件选择编码器类型即可。
• 与驱动板103的中断方式处理ABZ信号不同，驱动板405使用定时器计数AB脉冲。TIM3计数M0的AB相，TIM4计数M1的AB相。
• 定时器计数减少了中断，在角度处理的方式上与磁编码器类似，需要主动读取定时器，

 

四、总结

• 光电编码器的信号输出有开漏和推挽多种形式，不确定信号类型情况下，在单片机接口上最好能接 上拉电阻，
• 光电编码器的工作电压一般为5V，接3.3V后不工作。驱动板103没有5V电源输出。
• 磁编码器输出的ABZ信号一般为推挽输出，有一定的驱动能力，所以有没有上拉电阻不重要。
• 磁编码器的工作电压为3.3V-5V，接STM32单片机尽量用3.3V电源。
   
   
  （完）