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Visao geral da placa

Objetivo

Esta firmware controla 4 motores DC com encoder e fecha malha de velocidade em 1 kHz. A placa recebe comandos de velocidade do robo por serial, converte para velocidades individuais das rodas e aplica PID em cada motor.

Fotos e referencias visuais

Placa completa

Interface externa

Chip de acionamento

Fluxo de controle

1. main() inicializa GPIO, DMA, ADC, timers, I2C e USART2.
2. AppC_Init() cria a aplicacao C++ e inicia PWM, encoders e calibracao do ADC.
3. TIM6 interrompe a cada 1 ms e chama AppC_FastTick1kHz().
4. No fast tick:
   • le encoder de cada roda
   • calcula RPM
   • filtra RPM com um biquad passa-baixa
   • roda 4 controladores PID
   • atualiza o PWM de cada motor
5. No loop principal:
   • processa recepcao serial por DMA circular
   • envia telemetria
   • atualiza leitura de bateria e heartbeat do LED

MCU e perifericos

• MCU: STM32F103RCTx
• Encapsulamento: LQFP64
• Clock do sistema: 72 MHz com cristal externo em 8 MHz + PLL x9
• TIM1 e TIM8: PWM dos motores
• TIM2, TIM3, TIM4, TIM5: interface encoder
• TIM6: base de tempo do controle em 1 kHz
• USART2: comunicacao serial em 1000000 baud
• ADC1 canal IN14 / PC4: leitura da bateria
• I2C2: reservado em PB10/PB11

Arvore de clock

Configuracao atual do CubeMX:

• HSE = 8 MHz
• PLL source = HSE
• PLL multiplier = x9
• SYSCLK = 72 MHz
• AHB = 72 MHz
• APB1 = 36 MHz
• clocks efetivos dos timers em APB1 = 72 MHz
• APB2 = 72 MHz
• clock do ADC = 12 MHz com prescaler /6

Impacto direto no firmware:

• TIM1 e TIM8 usam clock de 72 MHz, o que leva a PWM de 30 kHz com ARR = 2399
• TIM6 usa prescaler 71 e periodo 999, gerando a interrupcao de 1 kHz
• os timers de encoder tambem operam com base de 72 MHz

Mapeamento dos motores

Ordem eletrica usada no firmware:

• M1: frente-direita
• M2: frente-esquerda
• M3: traseira-direita
• M4: traseira-esquerda

Saidas PWM:

• M1: TIM1 CH2/CH3 nos pinos PA9 e PA10, com complementares CH2N/CH3N em PB0 e PB1
• M2: TIM8 CH1/CH2 nos pinos PC6 e PC7
• M3: TIM1 CH1/CH4 nos pinos PA8 e PA11
• M4: TIM8 CH3/CH4 nos pinos PC8 e PC9

Entradas de encoder:

• M1: TIM5 em PA0 e PA1
• M2: TIM3 em PA6 e PA7
• M3: TIM2 em PA15 e PB3
• M4: TIM4 em PB6 e PB7

Observacao: o encoder de M3 e invertido por software.

Pinagem geral

Pinos usados pelo firmware:

• PC13: LED
• PD0 e PD1: oscilador externo HSE
• PA2/PA3: USART2 TX/RX
• PC4: bateria em ADC1_IN14
• PB10/PB11: I2C2 SCL/SDA
• PA13/PA14: SWDIO/SWCLK

Pinos livres ou nao usados nesta firmware permanecem sem funcao aplicada no .ioc.

Parametros atuais

• PWM: 30 kHz (ARR = 2399)
• Amostragem de RPM: 1 ms
• PID:
  • Kp = 16.9
  • Ki = 89.3
  • Kd = 0.001
• Saturacao do PID: -2399 a 2399
• Limite de setpoint: +/- 530 rpm
• Encoder:
  • 11 PPR
  • quadratura x4
  • reducao 18.8:1
  • ticks por volta da roda: 827.2

Bateria

• Entrada analogica: PC4
• Referencia ADC: 3.3 V
• Resolucao: 12 bits
• Divisor resistivo modelado como:
  • parte alta 10 kohm
  • parte baixa 3.3 kohm
• ganho aplicado no software: (10 + 3.3) / 3.3 = 4.03
• taxa de atualizacao: 100 ms

Modos de parada

Quando o comando de um motor e zero:

• brake_mode = 0: coast, PWM zerado nos dois lados
• brake_mode = 1: brake, dois lados em nivel alto

LED

O LED em PC13 alterna estado a cada 200 ms, servindo como heartbeat da firmware.