本帖最后由 zhao133 于 2024-5-8 11:38 编辑
今天给大家分享一下我16年设计的扫地机器人的方案，因为扫地机器人对电机运行噪声要求不高，经评估最终选用方波控制。电机类型：无感直流无刷电机，电机控制方式无感方波，当时使用的主控芯片是ST的STM8S003F3P6，原因，方波驱动无刷电机、芯片价格便宜，芯片尺寸小。我这个方案在当时最大的优势是成本，因为产品是属于消费电子，成本比较敏感，而整个方案在当时做下来含税还不到5块钱（ST的STM8S003F3P6当时价格是1.3元左右，三个N+P对管一共才1.5元左右，其他器件和PCB加起来不到2块钱）。
这次我跟大家分享的是如何对这款驱动板的软硬件升级。产品升级我们我们考虑的就几个因素：产品的成本问题、物料采购渠道、性能落后。而这次我跟大家分享的是对产品性能提升。方波驱动无刷电机当然也有本身的优势，比如电机启动速度快，成本低。但也存在不可忽略的不足问题：电机运行噪声、干扰大等问题。为了解决电机运行噪声和干扰问题，我这次升级的思路把电机控制方式改为正弦波。解决方案有两种：一、电机控制方式改为无感FOC控制；二采用伪正弦控制方式。
无论是FOC还是伪正弦，我们对MCU的运算能力都有要求，而8位机执行大量的乘除法运算还是比较吃力。我这次采用极海的003替换ST的003。当然，选用极海的003也是有理由的，据了解，极海推出这款芯片当时是为了替换ST的8位机003，因此，极海的APM32F003F6P6芯片封装、管脚功能及定义与与ST的STM8S003F3P6的兼容性较好，并且极海的APM32F003F6P6是一款32位的单片机，理论上可以轻松实现FOC、伪正弦等运算。
主控芯片从8位机变成32位机，需注意以下几点：1、芯片的工作电压。很多时候我们使用8位机设计硬件时，MCU的工作电压选用5V，而32位机一般都不支持5V供电，因为芯片的功耗跟工作电压和主频有关；2、定时器的使用，这个需要详细了解两者之间的差异，我们使用定时器一般是为了产生有规律的间隔时间，定时执行或查询；3、ADC的分辨率的差异，8位机由于价格便宜，ADC一般采用8位、10位、12位分辨率，而32位单片机一般都是10位、12位的分辨率。如果我们使用8位机的ADC分辨率是10位，现在换成32位机ADC分辨率是12位，这时我们检测到的电压FF时，8位机读到的AD是1024，而32位机读到的AD是4096。软件代码需要注意调整ADC判断的阈值。如果8位机与32位机的工作电压也不一样，换成32位机时，我们会通过LDO把电压降至合适的工作电压，这时ADC采集到的值会更加麻烦。
接下来，我给大家举个例子说明一下芯片更换可能会面临的问题，假设8位机与32位机两者ADC的分辨率是一样的，都是12位，原方案8位机MCU工作电压是5V，被测电压是3V，换成32位机MCU工作电压调整至3.3V，被测电压还是3V。5V供电的8位机读到的AD值是(3V / 5V) * 4096 = 2457，3.3V供电的32位机读到的AD值是(3V / 3.3V) * 4096 = 3723。如果我们的软件AD处理部分代码没有做调整，这时我们软件会认为输入电压是(3723 / 4096) *5V = 4.54V。这时我们的软件会按照4.54V的输入电压处理，软件认为此电压是异常电压，执行异常电压处理的代码... ...
上述的总结和分享对于一些新手小白可能还没遇到过，希望能给大家带来一点帮助。关于伪正弦控制，我大概在14年的时候已经做出来了，当时在microchip的16位单片机和英飞凌的M0都验证过，大家如果对伪正弦控制有兴趣，可以大胆尝试。
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