[基于STM32底盘控制与ROS上层导航小车制作] 第一节 stm32电机驱动与编码器读取反馈
系列文章目录
第一节 stm32电机驱动与编码器读取反馈
第二节 stm32电机pid控制
第三节 stm32线速度标定
第四节 stm32添加mpu6050得到angle角度
第五节 实现STM32与ubuntu系统下的ROS串口DMA通信，传输底盘速度等信息
第六节 ROS计算和发布里程计与tf变换
系列教材包含
底盘搭建与stm32代码编写，ros激光雷达建图与导航编写，实现动态避障与导航
底盘包含
两轮差速轮（自制）
四轮全向轮（所属团队大家一起搭建）
底盘不同就是在底盘的运动分解与控制，ros部分里程计计算和本地规划器不同，两轮用的base_local_Planner，四轮用的teb_local_planner,来规划发布速度控制底盘
代码个人github库gjhhust / Repositories · GitHub
https://github.com/gjhhust?tab=repositories
目录
系列文章目录
前言
1.pwm与电机正反转
2.编码器初始化
二、pwm控制与编码器使用
1.pwm使电机
2.读入编码器速度
总结
前言
第一步当然是驱动电机啦！
材料包含
L298N
两个带霍尔编码器电机
一、硬件初始化
1.pwm与电机正反转
我这里是PA8(TIM1 CH1),PA9((TIM1 CH2)输出pwm波控制，硬件接线自己定义吧，板子不一样肯定不一样，挑一个合适的修改我的代码即可
#include "pwm.h"
/*****************************电机控制*************************/
//PWM输出初始化
//arr：自动重装值
//psc：时钟预分频数
void TIM1_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1 | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);//
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能GPIO外设时钟使能
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
//设置该引脚为复用输出功能,输出TIM1 CH1的PWM脉冲波形
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8; //TIM_CH1
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//CH2 GPIO_Pin_9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //TIM_CH2
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//电机A口控制
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11 |GPIO_Pin_12 ;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_11 |GPIO_Pin_12); //所有引脚拉低
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13 | GPIO_Pin_14;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14 | GPIO_Pin_13); //引脚拉低
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 899; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值 80K
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 不分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); //CH1预装载使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure); //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
TIM_OC2PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable); //CH1预装载使能
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE); //MOE 主输出使能
TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE); //使能TIM1
}
void motor_R_move(void)
{
PBout(13) = 0;
PBout(14) = 1;
}
void motor_R_back(void)
{
PBout(13) = 1;
PBout(14) = 0;
}
void motor_R_stop(void)
{
PBout(13) = 0;
PBout(14) = 0;
}
void motor_L_move(void)
{
PAout(11) = 0;
PAout(12) = 1;
}
void motor_L_back(void)
{
PAout(11) = 1;
PAout(12) = 0;
}
void motor_L_stop(void)
{
PAout(11) = 0;
PAout(12) = 0;
}代码解释
我这里除了初始化了pwm通道，还初始化了四个引脚作为L298N的逻辑控制，L298N是可以由两个引脚的0或者1能使输出颠倒从而实现电机正反转，具体谁1谁0自己试试就行，然后根据实际修改motor_R_move等四个函数控制电机的正反转。
至于PAout（）；就是使引脚输出的宏定义，你自己改一下只要能使得引脚输出高低电平即可。
2.编码器初始化
encoder.c
#include "encoder.h"
/**************************************************************************
函数功能：把TIM2初始化为编码器接口模式 右轮
入口参数：无
返回 值：无
**************************************************************************/
void Encoder_Init_TIM3(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //使能定时器2的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能PA端口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; //端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化GPIOA
TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0; //预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535; //设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //选择时钟分频：不分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//TIM向上计数
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用编码器模式3
TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;
TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update); //清除TIM的更新标志位
TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
//Reset counter
TIM_SetCounter(TIM3,0);
//===============================================
TIM3->CNT = 0x7fff;
//===============================================
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}
/**************************************************************************
函数功能：把TIM5初始化为编码器接口模式 左轮
入口参数：无
返回 值：无
**************************************************************************/
void Encoder_Init_TIM5(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能定时器4的时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能PB端口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_0; //端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化GPIOA
TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0; // 预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535; //设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //选择时钟分频：不分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//TIM向上计数
TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM5, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用编码器模式3
TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;
TIM_ICInit(TIM5, &TIM_ICInitStructure);
TIM_ClearFlag(TIM5, TIM_FLAG_Update); //清除TIM的更新标志位
TIM_ITConfig(TIM5, TIM_IT_Update, ENABLE);
//Reset counter
TIM_SetCounter(TIM5,0);
//===============================================
TIM5->CNT = 0x7fff;
//===============================================
TIM_Cmd(TIM5, ENABLE);
}
代码解释
这里就是编码器初始化，每个霍尔电机编码器都需要AB两相来测速，我这里选择了TIM3与TIM5，至于AB接那个，先随便接，你只需安装好电机后到时候使电机正转，测速也是正数即可，反了的话换一下就行。
二、pwm控制与编码器使用
1.pwm使电机
很简单，只需要设定指定占空比，通俗来说当时初始化总的可以看成900，我们这里填0-900其比例就是电机转快慢
TIM_SetCompare1(TIM1,500);//让tim1的CH1输出相应占空比pwm波
TIM_SetCompare2(TIM1,500);//让tim1的CH2输出相应占空比pwm波2.读入编码器速度
/**************************************************************************
函数功能：读取编码器脉冲差值
入口参数：TIM_TypeDef * TIMx
返回 值：无
**************************************************************************/
s16 getTIMx_DetaCnt(TIM_TypeDef * TIMx)
{
s16 cnt;
cnt = TIMx->CNT-0x7fff; //这一点默认认为，单位时间内编码器不会出现0x7fff的脉冲变化，事实上也是这样
TIMx->CNT = 0x7fff;
return cnt;
}
/**************************************************************************
函数功能：计算左右轮速
入口参数：int *leftSpeed,int *rightSpeed
返回 值：无
//计算左右车轮线速度，正向速度为正值 ，反向速度为负值
//一定时间内的编码器变化值*转化率（转化为直线上的距离m）*200s（5ms计算一次） 得到 m/s *1000转化为int数据
右1975.6 = 11 * 4 * 44.9
左1975.6 = 11 * 4 * 44.9
一圈的脉冲数：
左： 11
右： 11
减速比
左： 44.9
右： 44.9
轮子周长：13cm
**************************************************************************/
void Get_Motor_Speed(int *leftSpeed,int *rightSpeed)
{
static int leftWheelEncoderNow = 0;
static int rightWheelEncoderNow = 0;
static int leftWheelEncoderLast = 0;
static int rightWheelEncoderLast = 0;
//记录本次左右编码器数据
leftWheelEncoderNow += getTIMx_DetaCnt(TIM5);
rightWheelEncoderNow+= getTIMx_DetaCnt(TIM3);
//5ms测速
*leftSpeed = 13 * (leftWheelEncoderNow - leftWheelEncoderLast)*200 / 1975.6; //速度为cm/s
*rightSpeed = 13 * (rightWheelEncoderNow - rightWheelEncoderLast)*200/ 1975.6;
//记录上次编码器数据
leftWheelEncoderLast = leftWheelEncoderNow;
rightWheelEncoderLast = rightWheelEncoderNow;
}
/**************************************************************************
函数功能：开启TIM6用以定时测速
入口参数：无
返回 值：无
**************************************************************************/
void TIM6_Init(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM6, ENABLE);
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 50-1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200-1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM6, &TIM_TimeBaseInitStructure);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM6, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM6_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 4;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM_ITConfig(TIM6, TIM_IT_Update, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM6, ENABLE);
}
void TIM6_IRQHandler(void) //TIM6中断
{
if(TIM_GetITStatus(TIM6, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM6, TIM_IT_Update); //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源
Get_Motor_Speed(&F103RC_chassis.leftSpeedNow,&F103RC_chassis.rightSpeedNow);
}
代码解释
我这里设置了tim6为5ms中断，5ms进入中断调用函数Get_Motor_Speed测一次速度，测速公式也在代码注释给好了，原理可以自己百度查一下，这里是算出来的直接的，实际中摩擦等原因，我们可以在测速的结果乘一个系数来更符合实际，这里先提示一下。
总结
今天讲了基础的电机驱动与编码器测速