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

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作者
猴君
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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。

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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。

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       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

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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

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

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 (2)debug设置成SW

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 (3)打开CAN1外设

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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

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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

 (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。

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

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)

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])

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

 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); 		}  }

 三、结束语

本人亲测代码是有效,但还是有很多地方需要改善,自己今年是第一年参加robomaster比赛,还有很多需要学习的地方。写这篇博客的契机在于希望对自己这段时间的学习进行总结,也希望将自己的一些经验分享出来,如果上述有什么不对或者不完善的地方也恳请大家批评指正

代码也参考CSDN上很多好的文章,他们比我讲的更好

(6条消息) RoboMaster电机驱动_gm6020波特率_HouEna的博客-CSDN博客

(6条消息) 【RM_EE_Note】1 GM6020收发&简单的PID调试_gm6020控制角度_ScreepsJackeroo的博客-CSDN博客

代码可直接使用。能控制6020电机转动到既定的角度值。

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