写在前面
在上一节中我们讲到了测绘小车的基本架构。今天我们来一起学习机器人的下位机。 我们测绘小车的下位机采用STM32F103RCT6，下位机的四个基本功能为：
- 接收轮胎编码器的数据获取机器人轮胎里程，同时对轮胎进行控制
- 驱动两路舵机实现二维云台的控制
- 与Linux处理器进行通讯，执行Linux处理器的控制指令，并上传硬件状态
- 其他功能（电量采集，蜂鸣器，灯光控制等）
下面我们来学习机器人STM32对轮胎的控制：
基于STM32+A4950芯片的机器人里程驱动设计
轮胎驱动的硬件连接
我们使用两块A4950芯片实现对机器人两路轮胎控制电机的驱动；A4950的功能与TB6612FNG类似，不同点在于：TB6612FNG有2路Pin控制电机正反转，1路PWM输入信号（也就是说一个电机需要三个引脚控制）。而A4950使用两路输入的信号差分进行正反转和速度的控制，如下图： 
我们使用下面的电路图来实现电机的驱动，其中Header6代表了两个电机的接口，其中两个电机的驱动输入分别对应STM32的PB6，PB7（左侧电机）以及PB8，PB9（右侧电机）。两个电机的编码器对应PA0，PA1（左侧电机，Timer5的CH1和CH2）以及PA2，PA3（右侧电机，TIM2的CH3和CH4）。 
轮胎驱动的软件设计
PWM输出驱动信号
STM32RCT6的TIM4可以生成4路独立的PWM信号，我们使用前两路的差分PWM控制左侧轮子，使用3，4路PWM控制右侧轮子。软件程序流程如下： 
我们首先配置好TIM，其中包括基础TIMER与PWM功能： 
PWM定时器初始化完成后，就可以使用下面这个语句控制四个通道的PWM： TIM4->CCR1 =[电机1—CH1] TIM4->CCR2 =[电机1—CH2] TIM4->CCR3 =[电机2—CH1] TIM4->CCR4 =[电机2—CH2] 完整的函数可以这样： 
电机的编码器里程反馈
为了使轮胎控制形成闭环，必须要实现轮胎的里程计反馈。我买的机器人电机上带有正交编码器，STM32可以将一路Timer的两个捕获输入用于正交编码以获取轮子的转动方向和转动角度。 我们购买的电机为6端子直流减速电机（2端子为电机电源输入，4端子为编码器相关），我们以一个6线端子表示表示电机；它与STM32的连接如下： 
读取编码器的数值可以采用两种不同的方法：
- 使用Timer对应的正交编码器，这种方式适用于轮速非常快且编码器分辨率的机器人。
- 使用EXTI外部中断，适用功能较为复杂（需要更多Timer）的机器人。
我们使用EXTI外部中断的方式来捕获机器人编码器数据： 
初始化完成以后，我们可以通过以下两个中断函数获得左右轮胎编码器的数值： 
注意：当轮胎转速非常快，分辨率特别高时时，会出现编码器大量占用CPU资源的现象，此时我们需要想一些新的策略（不过正常情况下时不用的）： 现在我们完成了轮胎驱动以及编码器的读取初始化，同时可以通过几个简单的函数读取到相关数值。 接下来我们测试以下： 首先，我们写一个测试main函数： 
拿出我们的小车，使用Keil配合ST-Link的调试模式（如图，不懂的可以文末联系方式小窗我），监控轮胎的运动和编码器的状态： 
微分算法——机器人电机控速巡航
我们通电，5秒后电机转起来了，但是用手一按就停下了。 这种直接用PWM控制的方式叫做开环控制，是无法精确控制速度的。为了控制电机，我们需要引入闭环反馈控制，可以理解为常见的PID控制算法。 传统的PID算法比较适用于小型电机，但是PID的参数调整过于困难，所以我们使用了微分算法，可以大大减少我们调参的工作量，微分算法的具体思想可以参考我之前在csdn的博客。 要控制机器人的定速，那么我们要实时读取机器人轮胎的数据，并进行反馈调整相关的PWM参数，如下图： 
我们使用一个间隔20ms的主循环函数，来调整电机速度。 第一步，初始化Timer寄存器（我们用Timer2）： 
第二步：在Timer中加入中断程序，判断电机的实时速度： 
程序中的PULSE_PER_METER对应电机转动1米输出的脉冲数。我们调试的方法测试这个值，发现轮子转一圈输出205个脉冲，而我们轮子的直径是70mm（0.07m），所以我们可以精确计算出轮子的每转动一米的脉冲数： 我的没米脉冲数大概为933个。但是不同的电机轮子右不同的脉冲数量。 第三步：反馈调节PWM占空比 在这里就使用了我们的微分函数（跟PID差不多），我把代码沾上来： 
再配合之前的PWM控制程序，就完成了轮子的实时调速了。
本章小结和下节预告
本章我们一起学习了智能车使用STM32驱动一双轮子，一般情况下我们可以使用L298N，TB6612FNG，A4950等芯片进行轮子驱动。每个芯片的驱动方式不同，有两线和三线驱动的。 我们使用的A4950使用两线PWM驱动。使用一路Timer（Timer4）做PWM输出，一路Timer做电机回环控制（Timer2）；两路EXTI做编码器里程计读取。 下一节我们将学习机器人底盘的舵机驱动与下位机/上位机的串口通讯机制。
