挖坑篇： 回到2个月前，折腾mpu6050，发现给出电机的控制驱动信号，到检测出机器人小车有加速度，中间延迟达到了大几十毫秒级，非常非常的不爽，于是决定替换我们的电机系统。为了简化机械结构，准确说，我看着变速箱和潜在的传动轴，头就大，所以打算电机前置（相对轮子）。有多前置？哈，直接放到轮子里。 原先这样滴： 目标这样滴： 那么问题来了，传统直流电机通常需要个减速箱来折腾，塑料减速箱延迟明显，金属减速箱你还能再重点吗？只好选择无刷电机。无刷的控制驱动，可粗分为有感和无感，前者通过外部位置检测来确定控制逻辑，后者通过反向电动势来预测外部位置从而确定控制逻辑。无感的方式最大问题和它的实现方式有关，就是低速下，电动势不明显，所以低速性不好，因此选择有感驱动方式。那么问题又来了，上x宝一看，体积满意的电机，几乎没有有感的，有感的没有我所期望的。哈。默默的竖起一个指头，决定自己折腾无刷电机的驱动电路。既然是有感，那么总要在电机里面放点什么。那么既然总要放，不如把整体驱动电路都放进去。于是就有了我这两个月的绣花忙。 原型篇： 先买了三个霍尔传感器模块，测试下磁场。测试环境搭好，然后发现少了点什么。。。。想起来的，没磁铁。。。。头顶三条汗，到处找磁铁，后来发现傻x了。我的ipad的外壳上有磁铁。于是这样折腾了。。。。 接着就是用模块检测转子上的磁铁： 下面就是把霍尔传感器模块中的传感器件放到电机壳子里。这开始了第一次的绣花。谈不上难度最大，但是是最抖的。你想测试自己有没有帕金森综合症，就可以考虑如我一样，用0.1mm的漆包细铜线做信号线。抖到什么程度，反正眼花，我看不轻线头具体在什么位置，反正它就在那抖，哈。 三个都折腾好了 开始准备用502胶，将传感器放入电机底壳内，这个鬼胶，反正后面是和它抗上了。。。 放好就成这样了， 发白是502胶干后的效果，器件没问题滴。将各种线联入到传感器模块，其实就是vcc,gnd和out。 放回定子线圈，用502胶死，盖上转子， 这就算设备到位了。。余下就是控制电路系统选型。 无刷电机，给小朋友玩滴，希望4500mAH的电池能支持2个小时以上，4轮独立驱动，那么控制电流是有必要的。假设堵转时电流700mA，4个就是2.8A，大体不会一直堵转，那么按照这个限制，系统基本可以坚持2小时而不掉链子。这里额外说一句，车模是暴力，几十安的有，要多快有多快，但我问一句，你充一晚的电，能挺多长时间？这叫体验度？ 刚巧，找到了安森美的一款驱动ic，lv8829。最大电流能到1.5A，刚好刚好。反正别相信最大值。标称最大值打7折做应用是比较妥当滴。。。但这款ic是qfn24(4x4）封装。啥情况？就是0.5mm的引脚间距，有24个腿，每个边是6个腿。电烙铁是搞不定了，下面是请出我一修手机的朋友折腾的效果， 上点焊油，然后吹。 看了朋友的电吹风蛮好，还带数字显示滴，于是问问多少money？2000多？好吧，当我没提，上x宝看看，最便宜要1000多，所以大出血，为了自己吹的玩，买了下面的设备： 顿时高大上了。毕竟花了350大洋，比原先17元的黄花烙铁好太多。当然，下定决心买这货是另外一个原因。用17元的黄花烙铁，焊接0603的发光二极管，烙铁漏电，二极管能自己发光，想想，好工具有好报滴。。。所以省了几个星期的口粮，终于入手了这个快克705。问我啥感受，就一个字“爽”。。。。 拿着朋友吹好的转接板，回来后就是各种插，以做原型验证。当然为了少插点，能先焊的先焊。 即便这样，最终还是插成这样： 一切ok后就开板，采购元器件。自从能吹了，效果就不一样呢。。。 放到电机里，空间还够。 注意这个电机外壳，新的哦。。。下面你就知道为啥我说和502胶抗上了。 测试篇： 因为是散件，所以线圈有点松，有多松呢，用力，用力，再用力，还是能转一转的。于是就是各种悲催。一会怀疑电角度计算错误，一会怀疑霍尔传感器有问题。。。。理论预计的角度，驱动的不是发抖，就是正反向电流不一样。 和霍尔厂家的技术交流交流，发现自己原型验证时，白痴了。。。。简单说，我们做的电路板有一部分错了。这是我的错，和做电路的无关。结果继续绣花， 其实上面的电路还是有问题，而且有大问题。。。对比下面的图。我只将板子一端的12v线路割了，让霍尔器件和逻辑vcc连接，而另一端没割，下场就是，stm32的gpio一个个烧掉，烧了3，4个后，经过万用表的各种短接，终于在我点支烟后，同时冒烟。当时我就确信那烟绝对不是香烟的烟。哈。 下面是正确的绣花，背面割了两个地方，使得1个10uf，1个103f一个104f的三个电容不得不独立引线出来接动力电12v。： 电路是修正了，但是测试还是各种乱，后来发现，是线圈松动，于是，502胶的伺候。。。基本成这样了。。。 中间是n次打胶的残留，边上是n次拆机的痕迹。。。每次换线或换板，需要先把线圈拆下来，拆之前，来个冰火伺候。热风枪160度火一火，然后上酒精冰一冰。之后就是用“特制”板子，慢慢撬，撬点太靠外，没力气会打滑，撬点太靠内，就是断线圈。最终的诀窍是，“即要给力，还要温柔”，不矛盾，这需要用心体会。哈。拆完后，该怎么折腾怎么折腾，然后还要再将线圈装回去，继续502，等干固，做测试。一个测试周期要30分钟到40分钟。其实真正测试最多5分钟。所以说，还是纯软爽。说程序员苦逼，你折腾折腾硬件就知道不苦逼了。。哈。 经过两次，每次连续10小时的折腾，痛定思痛，得到结论是，步子迈的太大了，扯淡的疼，所以，开始继续绣花。 做个转接器，将电机里的板子，只折腾传感，并将控制线路引出，由外部的板子做驱动。还好用的是废电机里的铜线，还好厂家给力，中途又发了4个线圈，实际等这个版本实验成功时，只剩最后一个好线圈了。其他都因为各种“不温柔”断线了。。。如果是0.1mm的铜线，肯定没有如下挺起的效果。哈。 经过各种测试，找到了合适的引线方式和定子线圈布置，然后得到一个撞墙的结论，理论推演是正确的，之所以前面测试不通过，不是线圈松动，就是因为板子改来改去，电容虚焊等各种原因。。。。 工具效率篇 电路测试通过，于是电路板做改版，顺带做了块钢板。怎么样，还是有点logo范吧。 上钢板的原因，是买了焊锡膏，用焊锡膏的原因是因为先打锡，再上焊油，再贴片的方式效率太低。为了提高效率，开始采用人肉贴片机方案。 要问我啥感受，就一个字“确实快”，嗯，好像是3个字。即便每次需要花几分钟时间，把元器件放到铝合金槽里面，但整体时间也比镊子的方式来的快。 改的板子到了，厂家给力，第二批线圈和外壳也到了。准备上钢板。。。 用双面胶将电路板沾在台面上，把钢板对上焊盘，上了焊锡膏，贴上元器件， 然后就是一通吹。。。吹谁不会，但是要憋着气吹，还是考验肺活量的。焊锡膏有毒，没钱买口罩。霍尔传感器厂家的资料，记得不能超过260度，只好打到275度慢慢吹。。。 自从改良了工具，速度有多块？原先1个多小时做一块板子，现在40分钟可以做2块板子。新的电机，新的高度，哈。 这是摆拍，其实上面的线圈已经被我折腾坏了。反正新东西落我手上，第一个，或者第一次，总是这里或那里受伤，哈。怎么坏的，很简单，新的总是太紧，一用力，结果。。。哦，断了。。。。 于是一个崭新的定子底壳，被我用锉刀，锉的更“崭新”了。。 当然少不了外接线和测试，仍然是绣花无数。不过和最终的测试工具篇的绣花量比较，已经不算什么了。。。 测试工具篇 电机厂家很给力，当然传感器厂家也给力，无以回报，就做个小的电机测试模块吧。用一个arduino mini pro，通过两个按钮可以修改速度，通过max471检测电流，通过两个电阻分压，检测电压，将速度、电压、电流显示在一个7段数码管上。 大体布局如下： 这里少了两个按钮和一个电机输出接口，ffc软排线。小洞洞板，太小了，12v的电源座怎么也放不下，最终放弃固定在板子上了。 摆好位置，开焊，先这么焊： 数码管的腿能直接和arduino mini pro的引脚接着的，也就不绣花了。这里有4根线需要飞到转接板上。实在不喜欢直插的元器件，所以4个共阴极的1k电阻，用0603的贴片，贴到转接板上。。 7段数码管点亮了，开始折腾按钮和电流电压检测的模块。对于动力电源，给电机的，还是得用电线了。不过实在太粗，对比下就知道细电线相对1mm以下的线圈铜线是多粗了。 按钮是10k拉高，按下接地的方式。所以vcc引的线，接到0603的电阻上。电阻另一端和按钮连接 。。。继续测试。结果arduino mini pro的稳压模块实在不给力。看着板子上的led灯慢慢变暗，然后就没有然后。吹掉，换新的，继续烧掉。烧了两次后，学乖了，从一个arduino uno的废弃板子上把二极管和1117-5.0吹下来，焊在洞洞板的反面。结果证明，板子废弃的原因是那个1117-5.0坏了。不得已，用了库存的新货，折腾上去，并补上无刷电机接口的几根线。。。 通电测试，总算ok。 最终，驱动电机也一切ok。 显示0.03A 电流。 按了按键，显示60e，表示反转速度为60，最大速度按照255计算。 到此，无刷电机的驱动设计，总算结束。。。。 回头看看曾经的电机底壳，为啥第二版需要厂家的新电机外壳。这就是和502胶抗上的下场。。 被啃无数。。。。 当然成功的小实验背后，一定是一堆垃圾。。 上面超过4毛的元件都拆了，问我在哪？当然在最终实验成功的电机里。哈。霍尔元器件已经是二次焊了，虽然超过4毛钱，不过不多事了。。。。厂家说，不能超过两次，那就不超过吧。。。 吹水归吹水，最后还是要鸣谢一下在整个开发和测试过程中给予帮助的朋友们，分别是： 南京欧卓科技提供的霍尔传感器和器件讲解。 深圳骏旺达提供的电机散件。 总结一下： 硬件设计，不苦逼，测试苦逼。 热风枪太好使了，有次下雪，出门袜子湿了，300度，最大风档，1分钟立干，当然气味扩散也很迅速。。。 本着不重复造轮子的态度，lv8829刚好够用，绝不额外花时间设计。 当然等后面需要更大功率的无刷驱动，肯定要把自己老本行，算法设计的家底搬出来，自行设计驱动逻辑了，想想还是写代码舒服多了。。。 |
