本文记录博主学习BLDC控制软件的过程。
文章目录
1 概述
本文是博主进一步学习BLDC控制的实验。在上一篇博客《BLDC控制实验：方波、霍尔、开环、定速、正转》的基础上，加入了调速的功能，包括以下两方面：
- 通过旋转电位器，调整BLDC转速大小；
- 通过霍尔传感器和定时器计数算出BLDC当前转速大小；
在上一篇博客中已经实现的换相和按键输入等功能，本文不再赘述。方法和工具链和上一篇类似，也是底层、接口、应用层的顺序进行实现。
2 底层代码生成
在《BLDC控制实验：方波、霍尔、开环、定速、正转》中关于时钟树、GPIO、PWM等配置的基础上，进一步配置CubeMX生成底层代码。
2.1 电位器输入配置
开发板上焊接了可调电位器和10k的电阻，组成了一个可调分压电路。该电路可以作为调速用的速度请求输入信号。
右边的电阻也是10k，SPEEDREF引脚接在了两个电阻之间。容易算出SPEEDREF引脚的电压理论上变化范围是3.3/2 V~ 3.3V。
SPEEDREF连接在STM32芯片上的PB0引脚上，因此在CubeMX中配置PB0引脚的ADC采样。
如图所示，配置ADC1为独立单通道采集。其中分辨率(Resolution)设为12位，并设为连续转换模式。
这样的话，就可以生成一些函数来获取PB0引脚的AD转换值。
2.2 TIM3定时器配置
霍尔传感器可以反馈位置状态，如果要将其计算为速度，则还需要一个时间变量。TIM3定时器配置就是为了利用芯片的资源，获取时间信息。
由于TIM1定时器已经配置为了PWM，所以采用TIM3中断来获取时间，TIM3在CubeMX中配置如下。
预分频设为41，向上计数，重装载值为99，并且开启了中断。因此TIM3中断周期计算方法如下。
TIM3所挂的时钟是APB1，时钟树中配置为42MHz。预分频为41表示TIM3的频率为42 / (41+1) = 1MHz，即1us计数一次。重装载值为99表示计数0~99后进入一次中断，即100个1us会中断一次，即0.1ms中断一次，然后在中断服务函数中可以写上相应的程序。
3 接口及配置代码
3.1 ADC转换接口函数
在main文件中配置如下ADC转换接口函数，调用该函数可以返回PB0的ADC转换值。
//ADC
uint16_t Get_ADC1Value(void)
{
uint16_t adc_value;
HAL_ADC_Start(&hadc1);//启动ADC单次转换
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 50);//等待ADC转换完成
adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);//读取ADC转换数据
return adc_value;
}
Get_ADC1Value函数中调用了HAL库的函数，完成一次ADC转换。由于在CubeMX中将分辨率配置为12位，因此ADC返回的数值应该是0 - 4096，对应了0 - 3.3v。由于电路图中还有个电阻分去了一半的电压，因此ADC返回数值的范围进一步缩减为2048 - 4096，且实际过程中会有一定偏差。
3.2 TIM3计数接口函数
在main文件中配置如下TIM3计数接口函数以及TIM3中断回调函数，调用接口函数可以返回TIM3计数100us的次数。
//TIM3
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == htim3.Instance)
{
Count100us++;
}
}
uint32_t Get_TIM3Count(void)
{
return Count100us;
}
其中，HAL_TIM_PeriodElapsedCallback是TIM定时器中断服务函数中调用的回调函数。在该函数中判断如果是tim3中断，就把全局变量Count100us加1。因此Count100us就代表了在使能TIM中断后计数了多少了100us。
下面的Get_TIM3Count接口函数就是用来返回Count100us这个全局变量的值，可以由模型调用该函数。
另外要记得在主函数中使能中断：
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
4 应用层模型及代码生成
4.1 PWM请求计算模块
本文还是做开环控制，相对于之前的实验只是将固定的PWM=2000改为由电位器输入改变PWM的数值。因此需要通过电位器的ADC转换值，算出对应的PWM。
1）首先需要对采集的ADC数值进行均值计算，减少跳变的影响，模型如下。
调用接口函数Get_ADC1Value得到当前的ADC值，用Unit Delay模块与前两个周期的值相加并除以3，算出3个周期内的ADC1均值。
2）由ADC1均值算出请求的PWM数值。
上文提到，ADC1返回的数值是0 - 4096，被分压电阻分走了一半，范围就变成了 2048 - 4096。所以模型中就先减去了2048，再将0 - 2048映射到0 - 12000的PWM。最后用Saturation模块把范围限值成2000 - 10000。
3）换相模块中输入的PWM请求。
修改两个子系统中换相相关的模块，把原来固定的PWM常数改成前两步基于电位器AD转换数值算出来的PWM请求值。
4.2 转速计算模块
转速计算模块在Hall中断子系统中进行，原理就是当霍尔中断了一定的次数后，算一下每次中断所用的时间，从而换算成电机的rmp单位（转每分钟）。
如下图状态机所示，输入为电机当前状态和TIM3中断计数值，输出为转速。
在状态机内部，分别设定3个状态：Reset，Calc和Wait。
1）当MotorState为Run以外的状态时，会从Wait或Calc跳转会Reset状态，然后霍尔中断计数（HallCount）和速度（MotorSpeedHall）都会置为0；
2）当MotorState为Run状态时，从Reset跳转到Wait，同时调用Get函数获取TIM3中断计数值作为起始计数值（StartTIM3Count）；接着每次霍尔中断，都会将霍尔中断计数（HallCount）加1，直到HallCount == 120时，跳转到Calc状态。
3）在Calc状态中会获取TIM3中止计数值（StopTIM3Count），它和起始值相减就得到了120次霍尔中断所用的时间（单位是0.1ms）；又因为电机转一周是12次霍尔中断（2对极），以及时间换算关系，就可以算出电机转速；计算完毕后立即跳回到Wait状态再进行一轮等待和计算；
4.3 代码生成及调用
将上面的模型生成代码后，代码文件数量都不变，直接拷贝到KEIL工程的路径下，并且也不用再修改原来的函数就可以编译了。
5 打印运行信息
在Main函数中加上一部分串口打印函数，可以看到电机运行时的ADC均值，PWM请求值、速度信息。
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
printf("ADC1AverageValue:%d\r\n",ADC1AverageValue);
printf("PWMRequest:%d\r\n",PWMRequest);
printf("MotorSpeedHall:%d\r\n",MotorSpeedHall);
printf("=======================================\r\n");
HAL_Delay(1000);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
程序下载到板子中，按下启动按钮，旋转电位器可以输出如下串口信息。
随着ADC1AverageValue增大，PWMRequest和MotorSpeedHall也相应地增大。
6 总结
这次BLDC控制实验实现了调速功能。但是由于是博主自己玩，也没有十分注意模型和代码地规范性和通用性，但愿很久之后自己也能看得懂了吧。