QT上位机控制stm32，并利用PID控制编码电机旋转  

        由于最近在学习电机控制算法之类的东西，看到论文大多使用PID、或以PID衍生的ADRC作为电机的主流控制，于是自己也写了一个stm32控制L298N以驱动直流电机的程序，并用QT做了一个上位机实现了用软件改变PID的参数、电机转速、转向等功能。

一、硬件原理图     

实验所用到的硬件有：

带霍尔编码器的直流减速电机；

       霍尔编码器具体型号为JGB37-520，12V供电，一分钟旋转110转（这里指的时全速运转下的转速），两端红白两线为电机的电源（0、12V），棕蓝两线为霍尔编码器的电源（0、3.3V），中间黄绿两线为霍尔编码器的信号线（A、B两相）。

L298N电机驱动模块；

        L298N电机驱动模块我们用到了其中的IN1、IN2和OUT1、OUT2以及ENA使能端、接入12V电源即可驱动（注意：使能端ENA的跳帽要拔掉，不然就是默认全速运转、拔开跳帽后可以将其接入PWM信号实现电机调速）

STM32C8T6最小系统板；

用最简单的stm32模块即可。 

12V稳压电源

        这个电源接入电脑的USB接口或其他电源的USB口都可以输出1~24V的可调电压，电压值通过旋钮旋转改变。 

二、QT上位机界面

        此QT界面可以显示你所设定的目标速度，和当前电机旋转的实际速度，功能区可以实现对目标速度的更改，和对PID的比例、积分、微分的修改，同时还可以实现电机的正反向运转和制动。

STM32端主要程序：

l298n.c 

初始化l298n模块，并实现电机 正转、反转、制动功能。

#include "l298n.h"
#include "Delay.h"

#define IN1 GPIO_Pin_4
#define IN2 GPIO_Pin_5

u8 FLAG = 0;

void L298N_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

//控制电机正反转
void L298N_Positive_rotation(void)
{
	FLAG = 1;
	GPIO_SetBits(GPIOA, IN2); //正转
	GPIO_ResetBits(GPIOA, IN1);
}

void L298N_Stop(void)
{
	FLAG = 0;
	GPIO_ResetBits(GPIOA, IN2); //制动
	GPIO_ResetBits(GPIOA, IN1);
}

void L298N_Reverse_rotation(void)
{
	FLAG = 2;
	GPIO_SetBits(GPIOA, IN1); //反转
	GPIO_ResetBits(GPIOA, IN2);
}
	

pid.c 

声明pid的结构体，初始化pid各个参数，实现pid控制函数接口。

#include "stm32f10x.h"
#include "pwm.h"
#include "key.h"

struct pidstruct{
    float SetSpeed;            	//定义设定值
    float ActualSpeed;        	//定义实际值
    float err;                	//定义偏差值
    float err_last;            	//定义上一个偏差值
    float Kp,Ki,Kd;            	//定义比例、积分、微分系数
    float voltage;          	//定义电压值（控制执行器的变量）
    float integral;            	//定义积分值
}pid;

extern int32_t INPUT;

void pid_init() // pid参数初始化
{
    pid.SetSpeed=0.0;
    pid.ActualSpeed=0.0;
    pid.err=0.0;
    pid.err_last=0.0;
    pid.voltage=0.0;
    pid.integral=0.0;
    pid.Kp=0.1;
    pid.Ki=0.01;
    pid.Kd=0.3;
}

void pid_set(float Kp,float Ki,float Kd) // pid参数设置函数
{
	pid.Kp = Kp;
	pid.Ki = Ki;
	pid.Kd = Kd;
}
  
float pid_process()	// 简易位移式pid
{	 	
    pid.SetSpeed=INPUT;
    pid.err=pid.SetSpeed-pid.ActualSpeed;
    pid.integral+=pid.err;
    pid.voltage=pid.Kp*pid.err+pid.Ki*pid.integral+pid.Kd*(pid.err-pid.err_last);
    pid.err_last=pid.err;
    pid.ActualSpeed=pid.voltage*1.0;
    return pid.ActualSpeed;
}

Encoder.c

       利用TIM_EncoderInterfaceConfig函数直接配置正交编码器，本来之前用的时外部中断，但是由于霍尔编码器旋转时产生的脉冲数非常多，用外部中断的话非常占用程序资源，所以直接利用ARM提供的库函数TIM_EncoderInterfaceConfig，利用硬件资源来代替。

#include "stm32f10x.h"|

extern u8 FLAG;
void Encoder_init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 65536 - 1;		//ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1 - 1;		//PSC
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;
	TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
	
	TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
	TIM_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
	TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0xF;
	TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
	
	TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3,TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising,TIM_ICPolarity_Rising);
	
	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
}

int16_t Encoder_Get(void)
{
	int16_t Temp;
	if(FLAG == 1){
		Temp = TIM_GetCounter(TIM3);
	}
	
	if(FLAG == 2){
		Temp = (uint16_t)65535 - TIM_GetCounter(TIM3);
		if(TIM_GetCounter(TIM3) == 0){
			Temp = 0;
		}
	}
	
	if(FLAG == 0){
		Temp = 0;
	}
	//Temp = TIM_GetCounter(TIM3);
	TIM_SetCounter(TIM3,0);
	return Temp;
}

void TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM_TypeDef* TIMx, uint16_t TIM_EncoderMode,
                                uint16_t TIM_IC1Polarity, uint16_t TIM_IC2Polarity)

这个函数是用来配置正交编码器的，可以直接代替外部中断。

第一个参数是所使用的定时器；

第二个参数是编码器模式，参数可以是TIM_EncoderMode_TI1、TIM_EncoderMode_TI2、TIM_EncoderMode_TI12，这个参数的代表在哪个边沿计数还是双边计数；

后两个参数是反相和不反相的功能；

main.c 

        在定时器中断里获取电机当前速度，通过pid接口函数算出当前应有的实际速度，然后通过PWM调速改变电机速度。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "timer.h"
#include "led.h"
#include "OLED.h"
#include "l298n.h"
#include "key.h"
#include "pid.h"
#include "pwm.h"
#include "Delay.h"
#include "Encoder.h"
#include "Serial.h"
#include "stdio.h"

extern int32_t INPUT;

extern struct pidstruct{
    float SetSpeed;            	//定义设定值
    float ActualSpeed;        	//定义实际值
    float err;                	//定义偏差值
    float err_last;            	//定义上一个偏差值
    float Kp,Ki,Kd;            	//定义比例、积分、微分系数
    float voltage;          	//定义电压值（控制执行器的变量）
    float integral;            	//定义积分值
}pid;

int16_t speed = 0;

int main(void)
{
	pid_init();
	Key_Init();
	LED_Init();
	uart_init();
	Encoder_init();
	Timer_Init();
	OLED_Init();
	L298N_Init();
	PWM_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "TargetSpeed:");
	OLED_ShowString(2, 1, "ActualSpeed:");
	
	while(1)
	{
		OLED_ShowNum(1, 13, INPUT, 4);
		OLED_ShowNum(2, 13, speed, 4);
		
		printf("T:%d A:%d",INPUT,speed);
		
		
		if(Receive_Flag == 1)						//接收数据标志位等于1（接收完毕，停止接收）
			Receive_Flag = 0;						//接收数据标志位置0（可以开始接收）		
	}
}

void TIM4_IRQHandler (void)
{	
	static uint32_t i=0;
	float tempx = 0;
	
	if(TIM_GetITStatus(TIM4, TIM_IT_Update)==SET)
	{
		i++;
		if(i>100){
			LED = !LED;
			i=0;
		}	
		speed = Encoder_Get();
		pid.ActualSpeed = speed;			
		tempx = pid_process();
		if(tempx>100)
			tempx=100;
		if(tempx<=0)
			tempx=0;
		PWM_SetCompare1(tempx*10);
		
	}
	TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_Update);
}

speed = Encoder_Get();
pid.ActualSpeed = speed;

这两句代码通过 TIM_EncoderInterfaceConfig 函数获取的当前电机旋转的实际速度。

tempx = pid_process();
PWM_SetCompare1(tempx*10);

这两句代码是将获取的实际速度传给pid接口函数，用tempx来接受通过pid算出来的值，然后将算出的速度，用PWM输出给ENA使能端以驱动电机改变电机旋转速度。

       这是本人的第一篇博客，写的不好的地方大家可以提出来交流讨论，本人也在学习阶段，如果需要程序源码和QT接口的话之后可以上传。stm32程序在这，需要自取。如果觉得这篇文章对你有用请点赞评论一波谢谢。