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【FOC+STM32】双路直流无刷电机矢量控制器-使用文档

📕 介绍

控制器主控芯片采用STM32F405RGT6，控制器底层基于HAL库和FreeRTOS实时操作系统，预留CAN、USART、SWD、USB接口各一，便于通信和控制的工程应用。该控制器提供双路无刷电机控制，同时分别预留编码器接口与电压采样接口，适合于有感FOC与无感FOC的控制应用或算法验证。同时该控制板还可以适合于异步电机的矢量控制。

注意：此项目为硬件设计与算法验证项目，当前正处于设计和验证阶段，未进行完善的工程应用测试和极限参数的压力测试，请勿直接使用，以避免出现安全问题和财产损失，后续的验证情况会同步更新

演示图片

什么是FOC

FOC，即Field Oriented Control的缩写，可以译为磁场定向控制或矢量控制。是一种针对异步电机或直流无刷电机的变频调速方式，具有以下几个特点：

• 调速范围宽，具有良好低速特性与高速特性
• 机械特性硬，转速稳定性好
• 速度可以在整个调速范围内连续控制，平滑性好，可以实现无级调速
• 可以实现力矩控制与力矩反馈
• 结构复杂，算法复杂，贵

🎬 进度

日志

详见： 日志文档

【2021.12.27】 焊接完成

【2021.01.09】 查找到两个硬件BUG

【2021.01.13】 屏幕驱动编写完成

✨ 参数

• 规格

  • 体积: 99.0mm × 71.5mm × 8.8mm

• 性能

  • 额定电压 12V - 36V
  • 双路直流无刷电机驱动
  • 最大持续电流 2 × 15A
  • 支持三相霍尔编码器（可根据需要选择性焊接上拉电阻）
  • 支持最大不超过3PIN的数字编码器或其他编码器（如PWM信号的AS5600）
  • 不支持需要ADC采样的模拟编码器

• 功能

  • 一个可编程LED灯，一个电源指示灯，四个电机状态指示灯
  • 板载 OLED 屏显（基于带片选的SPI通信）
  • 基于 2 × DRV8303 的双路电机驱动（与OLED共用SPI总线）
  • 提供 2 x 3 的UVW电压采样
  • 提供 2 x 2 的电流采样，分别为V相和W相

• 接口

  • CAN x 1
  • USART x 1
  • TYPE-C USB接口 x 1 (FS全速接口，不支持OTG，不支持供电)

📄 BOM表

FOC_Controller_BOM

Comment	Value	Designator	Quantity	Footprint	LibRef	Description	Price/pcs	Price
Cap	1μF	"C1, C4, C7, C30, C43, C44, C61, C62"	8	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.0031	0.0248
Cap Pol1	100μF	C2	1	C 1206_M	Cap Pol1	Polarized Capacitor (Radial)	0.2	0.2
Cap Pol1	22μF	C3	1	CD A(3216)	Cap Pol1	Polarized Capacitor (Radial)	0.749	0.749
Cap	10μF	C5	1	C 0603_M	Cap	Capacitor	0.0853	0.0853
Cap Pol1	47μF	C6	1	C 1206_M	Cap Pol1	Polarized Capacitor (Radial)	0.2	0.2
Cap	100nF	"C8, C15, C17, C18, C19, C32, C51, C52, C87"	9	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.0134	0.1206
Cap	0.01μF	C9	1	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.0131	0.0131
Cap	0.1μF	"C10, C11, C14, C16, C22, C23, C24, C29, C38, C40, C42, C50, C56, C58, C60, C66"	16	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.0134	0.2144
Cap	2.2μF	"C12, C13, C26, C39, C57"	5	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.186	0.93
Cap	20pF	"C20, C21"	2	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.025	0.05
Cap	4.7μF 16V X7R	C25	1	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.1	0.1
Cap	1μF 16V X5R	C27	1	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.031	0.031
Cap	4.7μF	"C28, C34, C49, C65"	4	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.1	0.4
Cap	1μF 16V	C31	1	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.031	0.031
Cap	47nF	C33	1	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.025	0.025
Cap	0.022μF	"C41, C59"	2	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.025	0.05
Cap	1000pF	"C45, C46, C67, C68"	4	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.025	0.1
Cap	2200pF	"C47, C48, C63, C64"	4	C 0603_L	Cap	Capacitor	0.025	0.1
Cap	100μF	"C69, C70, C71, C72, C73, C74, C75, C76, C77, C78, C79, C80, C81, C82, C83, C84, C85, C86"	18	C 1206_M	Cap	Capacitor	0.2	3.6
BLUE_LED		D1	1	LED 0603B	LED2	"Typical RED, GREEN, YELLOW, AMBER GaAs LED"	0.07	0.07
SS56		D2	1	SMC	Diode BAS70	Silicon AF Schottky Diode for High-Speed Switching	0.4847	0.4847
GREEN_LED		D3	1	LED 0603G	LED2	"Typical RED, GREEN, YELLOW, AMBER GaAs LED"	0.04	0.04
YELLOW_LED		"D4, D6"	2	LED 0603Y	LED2	"Typical RED, GREEN, YELLOW, AMBER GaAs LED"	0.045	0.09
RED_LED		"D5, D7"	2	LED 0603R	LED2	"Typical RED, GREEN, YELLOW, AMBER GaAs LED"	0.045	0.09
USB-C		J1	1	USB-C-SMD_TYPE-C-USB-5	USB-C/S	USB-C型母接口	0.4844	0.4844
OLED 128*64		J2	1	OLED 0.96'' 128x64	Header 30	"Header, 30-Pin"	9.75	9.75
三相连接器-插座		"J3, J4"	2	MR30PW-M	三相连接器-插座		2.1	4.2
Inductor	47μH/3A	L1	1	L-SMD-0630	Inductor	Inductor	0.7579	0.7579
USART		P1	1	SIPA04	Header 4	"Header, 4-Pin"	0.04	0.04
M0_Encoder		P2	1	SIPB05	Header 5	"Header, 5-Pin"	0.06	0.06
CAN		P3	1	SIPA03	Header 3	"Header, 3-Pin"	0.03	0.03
M1_Encoder		P4	1	SIPB05	Header 5	"Header, 5-Pin"	0.06	0.06
STLINK		P5	1	SIPA03	Header 3	"Header, 3-Pin"	0.03	0.03
KIA50N03BD		"Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, Q11, Q12"	12	TO252 - 3	N-MOSFET		0.574	6.888
Res2	1K	"R1, R35, R36, R50, R51"	5	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006	0.03
Res2	12K	R2	1	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006	0.006
Res2	22Ω	"R3, R5"	2	R 0603_L	Res2	Resistor	0.005974	0.011948
Res2	4.7K	"R4, R24, R25, R26, R29, R30, R31, R41, R45, R56, R57, R68, R69"	13	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006	0.078
Res2	43K	"R6, R9, R13, R15, R19, R21, R27"	7	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006	0.042
Res2	3.3Ω	R7	1	R 0603_L	Res2	Resistor	0.009572	0.009572
Res2	3.9K	"R8, R11, R14, R16, R20, R22, R28"	7	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006	0.042
Res2	0Ω	"R10, R12"	2	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006	0.012
Res2	910KΩ	R23	1	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006	0.006
Res2	60Ω	"R32, R33"	2	R 0603_L	Res2	Resistor	0.010254	0.020508
Res2	4.7KΩ	"R34, R67"	2	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006	0.012
Res2	1Ω	"R37, R52"	2	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006207	0.012414
Res2	10	"R38, R39, R40, R42, R43, R44, R53, R54, R55, R58, R59, R60"	12	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006736	0.080832
Res2	56Ω	"R46, R47, R61, R62"	4	R 0603_L	Res2	Resistor	0.006778	0.027112
Res2	0.005Ω 4W	"R48, R49, R63, R64, R65, R66"	6	R 2512_M	Res2	Resistor	0.006	0.036
SW-PB		S1	1	TSW SMD-6*6*5	SW-PB	Switch	0.2679	0.2679
XL2011		U1	1	SOP8_N	XL2011	5V/2.1A DC-DC Buck电源芯片(<50V)	1.9728	1.9728
CJT1117-3.3		U2	1	SOT223_N	Volt Reg	Voltage Regulator	0.6873	0.6873
STM32F405RGT6		U3	1	LQFP64-10x10mm	STM32F405RGT6	No Description Available	45	45
TJA1040		U4	1	SOP8_N	TJA1040	CAN收发器	9.02	9.02
DRV8303		"U5, U6"	2	DCA48_4P42X3P48	DRV8303	"THREE PHASE PRE-DRIVER WITH DUAL CURRENT SHUNT AMPLIFIERS, DCA0048A"	20	40
8MHz		Y1	1	OSC 3225-4P	XTAL	Crystal Oscillator	1.9989	1.9989
							Total	129.472486

🚀 快速上手

1. 可使用AD软件打开 FOC_Controller.PcbDoc 文件，根据需要进行修改或生成Gerber文件发送给PCB板厂进行制作。工艺为四层板，建议外层铜厚1oz及以上，内层铜厚0.5oz及以上。
2. 使用趁手的焊台进行焊接。
3. 检查焊接与上电是否正常。
4. 进行FOC控制代码的设计与验证。（或等我更新）

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