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说明
霍尔相关的示例有好几个，本文只演示有代表性的两个：读取霍尔角度和速度闭环控制。
一、原理说明
1.1、霍尔电机
霍尔电机就是带霍尔传感器的直流无刷电机。
- 通过霍尔传感器判断电机当前运动状态，控制器根据霍尔采集的信号控制三相输出，让电机持续正常的工作，
- 霍尔传感器的优点是便宜，而且几乎可以安装在任何无刷直流电机上，
- 缺点是，由于角度测量的量化相对较高，因此低速运行不够平滑，
- 使用霍尔传感器的另一个原因是，在无法接近电机轴，或者无法将传感器安装到电机轴上的情况下，霍尔传感器安装在电机转子周围，这使得它们非常非侵入性且易于集成，
- 最常见的应用就是电动自行车，
- 霍尔电机是直流无刷电机中应用最多最广泛的一个分类。
1.2、霍尔传感器
1.3、极对数
- 电机每转过一对磁极，霍尔输出6个状态，如果电机是2对极，则一圈有12个状态；如果电机是6对极，则一圈有36个状态，
- 一般来说，极对数多的电机，外观短粗，转速低扭矩大；极对数少的电机，外观细长，转速高扭矩小。
- 在SimpleFOC中，一圈的机械角为2Pi，如果一圈有12个状态，则每次角度变化为Pi/6；如果一圈有36个状态，则每次角度变化为Pi/18，
1.4、霍尔信号的连接
- 霍尔元件一般都是开漏输出，所以需要外接上拉电阻。V2.0.3的板子上有相应配置，需要短接背面的跳线，
- Arduino UNO的板子只有两个中断引脚，Hall的三根信号线不能全部接入，
- 为了兼容UNO的板子，创作者增加软件中断功能，需要头文件<PciManager.h>和<PciListenerImp.h>，编译的时候提示没有这个文件，
- 出现这个问题后，我决定放弃Arduino UNO，直接使用STM32核心板。
- 如果使用STM32核心板，霍尔信号可以直接接在核心板上，需要配置IO为输入上拉模式。
二、读取霍尔角度
2.1、硬件介绍
2.1.1、原理图
注意：霍尔三根线不分顺序，接在这三个IO口上就行，原理图上标注只是为了方便描述。
2.1.2、SimpleMotor方案
2.1.2.1、准备清单
| 序号 | 名称 | 数量 |
|---|---|---|
| 1 | SimpleMotor | 1 |
| 2 | 霍尔电机 | 1 |
| 3 | USB转串口 | 1 |
| 4 | 12V电源 | 1 |
| 5 | 杜邦线 | 若干 |
SimpleMotor 购买链接：某宝购买
2.1.2.2、接线
| SimpleMotor | 霍尔电机 |
|---|---|
| PB6(SCL1) | Hall_U |
| PB7(SDA1) | Hall_V |
| PA12 | Hall_W |
| 3V3 | VCC |
| GND | GND |
2.1.3、STM32方案
2.1.3.1、准备清单
| 序号 | 名称 | 数量 |
|---|---|---|
| 1 | STM32核心板 | 1 |
| 2 | 霍尔电机 | 1 |
| 3 | USB转串口 | 1 |
| 4 | 5V电源 | 1 |
| 5 | 杜邦线 | 若干 |
2.1.3.2、接线
| STM32核心板 | 霍尔电机 |
|---|---|
| PB6 | Hall_U |
| PB7 | Hall_V |
| PA12 | Hall_W |
| 3V3 | VCC |
| GND | GND |
2.2、示例演示
2.2.1、打开示例
2.2.2、修改代码
2.2.3、编译上传
2.2.4、用手转动电机，看角度变化
根据角度变化估算极对数。
三、速度闭环控制
3.1、硬件介绍
3.1.1、原理图
注意：霍尔三根线不分顺序，接在这三个IO口上就行，原理图上标注只是为了方便描述。
3.1.2、SimpleMotor方案
3.1.2.1、准备清单
| 序号 | 名称 | 数量 |
|---|---|---|
| 1 | SimpleMotor | 1 |
| 2 | 直流无刷减速电机 | 1 |
| 3 | USB转串口 | 1 |
| 4 | 12V电源 | 1 |
SimpleMotor 购买链接：某宝购买
3.1.2.2、接线
| SimpleMotor | 霍尔电机 |
|---|---|
| PB6(SCL1) | Hall_U |
| PB7(SDA1) | Hall_V |
| PA12 | Hall_W |
| 3V3 | VCC |
| GND | GND |
3.1.3、STM32方案
3.1.3.1、准备清单
| 序号 | 名称 | 数量 |
|---|---|---|
| 1 | STM32核心板 | 1 |
| 2 | SimpleFOCShield V2.0.3 | 1 |
| 3 | 霍尔电机 | 1 |
| 4 | USB转串口 | 1 |
| 5 | 5V电源 | 1 |
| 6 | 12V电源 | 1 |
| 7 | 杜邦线 | 若干 |
SimpleFOCShield V2.0.3购买链接：某宝购买
3.1.3.2、接线
| STM32核心板 | 霍尔电机 |
|---|---|
| PB6 | Hall_U |
| PB7 | Hall_V |
| PA12 | Hall_W |
| 3V3 | VCC |
| GND | GND |
| STM32核心板 | V2.0.3 |
|---|---|
| PA0 | 5 |
| PA1 | 9 |
| PA2 | 6 |
| PB9 | 8 |
| GND | GND |
3.2、示例演示
3.2.1、修改底层代码
- 官方代码编译运行后，PWM的频率只有550Hz（72M/2/65536），电机运行效果差并且有啸叫声，需要直接修改底层代码，提高PWM频率为25KHz。
- 不修改也可以，只是电机有啸叫声且工作电流偏大，不熟练的同学可以先跳过这一段。
- 在“generic_mcu.cpp”修改这两个地方，路径：C:\Users\Administrator\Documents\Arduino\libraries\Simple_FOC\src\drivers\hardware_specific
pinMode(PA0, PWM);
pinMode(PA1, PWM);
pinMode(PA2, PWM);
Timer2.pause();
Timer2.setPrescaleFactor(8); // 72/8=9MHz
Timer2.setCompare(TIMER_CH1, 0);
Timer2.setCompare(TIMER_CH2, 0);
Timer2.setCompare(TIMER_CH3, 0);
Timer2.setOverflow(359); //9M/360=25kHz
Timer2.refresh();
Timer2.resume();
pwmWrite(pinA, 360.0*dc_a);
pwmWrite(pinB, 360.0*dc_b);
pwmWrite(pinC, 360.0*dc_c);
3.2.2、打开示例
打开的是位置控制，在这个基础上修改为速度控制，
3.2.3、修改代码
- 修改angle就是位置模式，记得修改位置环PID，
- 我觉得霍尔电机不适合做位置控制，只测试了一下就没再继续，
- FOCModulationType底层代码中默认是SPWM，实际测试SPWM和SVPWM效果差别不明显，
3.2.4、编译上传
3.2.5、串口发送指令，观察电机转动
四、方波控制
方波控制修改两个地方：
4.1、更改IO
- 需要三个PWM信号和三个Enable信号，
- SimpleFOCShield V2.0.3的三个Enable连在了一起，所以不能用于方波控制，
- PowerShield V0.2的三个使能引脚独立引出，可以用于方波控制。
4.2、更改PWM调制模式
-
FOCModulationType设置为Trapezoid_120或者Trapezoid_150，
-
Trapezoid_120是六步换相法，
- a—>b,
- a—>c,
- b—>c,
- b—>a,
- c—>a,
- c—>b,
-
Trapezoid_150是12步换相法，换相时多了一个中间状态，
- a—>b,
- a—>b/c,
- a—>c,
- a/b—>c,
- b—>c,
- …
4.3、方波的控制效果
- 上电零点校准是“咔咔”的跳着走，与SVPWM的不同，
- 电机转动特别是速度快了以后，比如T20，与SVPWM的效果并没有不同，
- 理论上用方波单片机的计算量减少，电机在最大转速范围内能达到的转速更高，但实际测试与SVPWM并没太大差别。
写后感
- 6月份的时候调试过霍尔电机，没有转起来，以为是simpleFOC不支持，并且还在Q群里放过话。后来网友陆续调试出来了，赶紧再回去看看，经过这三个月对底层代码的研究，调试这个功能还是很轻松的。
- 就这么点活干了一周，意兴阑珊，hall的官方示例有好几个，有兴趣的同学自己研究吧！
(完)
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请继续阅读相关文章：
SimpleFOC（一）—— 简介（附有文件下载链接）
SimpleFOC（二）—— 快速入门 （开环控制）
SimpleFOC（三）—— AS5600角度读取
SimpleFOC（四）—— 闭环控制
SimpleFOC（五）—— 双电机控制
SimpleFOC（六）—— PowerShield和AS5047P
SimpleFOC（七）——STM32（Bluepill）的应用
SimpleFOC（八）—— 理论+实践 深度分析SVPWM