# 【DigiKey“智造万物，快乐不停”创意大赛】无线滴定系统 - 步进电机S曲线加速测...

allenliu · 发表于2023-12-26 00:37

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<i class="pstatus"> 本帖最后由 allenliu 于 2023-12-26 00:42 编辑 </i>

# ESP32C6 RMT驱动步进电机实现S曲线加减速度
柱塞泵使用步进电机驱动， 由于采用丝杠驱动柱塞， 如果不采用加速的方式容易对丝杠造成损坏， 还有就是会容易损害柱塞泵里的泛塞封。由于ESP都采用了FreeRTOS， 试过用阻塞方式（while)来驱动电机发现效果不理想， 会有很大的glich（输出波形抖动， 造成电机的抖动）。也试过用FreeRTOS的软timer， 发现也有明显的抖动。
研究下发现可以用RMT（就是用于发送/接收红外的模块）来驱动电机。
看了下乐鑫官方的历程也跑了下发下效果不够好，就自己实现了S曲线的功能。
RMT模块描述如下：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767564" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767564&handlekey=savephoto_767564">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

要做的是填充高低电平的时间， 然后通过配置的时钟把信号发送出去。
首先要做的就是创建一个rmt的编码器：
~~~c
rmt_encoder_t motor_encoder = {
    .del = del_step_motor_encoder,
    .encode = encode_step_motor_sample,
    .reset = reset_step_motor_encoder,
};
~~~
相关代码实现：
~~~c
esp_err_t del_step_motor_encoder(rmt_encoder_t *encoder)
{
    return rmt_del_encoder(copy_encoder);
}

esp_err_t reset_step_motor_encoder(rmt_encoder_t *encoder)
{
    ESP_LOGI(TAG, "reset_step_motor_encoder");
    rmt_encoder_reset(copy_encoder);
    return ESP_OK;
}

size_t IRAM_ATTR encode_step_motor_sample(rmt_encoder_t *encoder, rmt_channel_handle_t tx_channel, const void *primary_data, size_t data_size, rmt_encode_state_t *ret_state)
{
    return copy_encoder->encode(copy_encoder, tx_channel, primary_data, data_size, ret_state);
}
~~~

然后初始化rmt:
~~~c
ESP_LOGI(TAG, "Initialize EN + DIR GPIO");
gpio_config_t en_dir_gpio_config = {
    .mode = GPIO_MODE_OUTPUT,
    .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE,
    .pin_bit_mask = 1ULL << STEP_MOTOR_GPIO_DIR | 1ULL << STEP_MOTOR_GPIO_EN,
};
ESP_ERROR_CHECK(gpio_config(&en_dir_gpio_config));
ESP_LOGI(TAG, "Create RMT TX channel");
rmt_channel_handle_t motor_chan = NULL;
rmt_tx_channel_config_t tx_chan_config = {
    .clk_src = 1e6, // select clock source
    .gpio_num = STEP_MOTOR_GPIO_STEP,
    .mem_block_symbols = 196,
    .resolution_hz = STEP_MOTOR_RESOLUTION_HZ,
    .trans_queue_depth = 3, // set the number of transactions that can be pending in the background
    //.flags.with_dma = 1, // not supported by esp32c6
};

ESP_ERROR_CHECK(rmt_new_tx_channel(&tx_chan_config, &motor_chan));

生成加速数据并通过rmt_transmit发送出去:
~~~c
int dir = 1;
rmt_symbol_word_t *sample1;
int sample1_size;
rmt_symbol_word_t *sample2;
int sample2_size;
rmt_symbol_word_t *sample_fixed;
int sample_fixed_size;
prepare_samples1(&sample1, &sample1_size);
prepare_samples2(&sample2, &sample2_size);
prepare_samples_fixed(&sample_fixed, &sample_fixed_size);
ESP_LOGI(TAG, "sample1_size:%d, sample_fixed_size: %d, sample2_size:%d", sample1_size, sample_fixed_size, sample2_size);
while (1) {
    ESP_ERROR_CHECK(rmt_transmit(motor_chan, &motor_encoder, sample1, sample1_size, &tx_config));
    tx_config.loop_count = 50000;
    ESP_ERROR_CHECK(rmt_transmit(motor_chan, &motor_encoder, sample_fixed, sample_fixed_size, &tx_config));
    tx_config.loop_count = 0;
    ESP_ERROR_CHECK(rmt_transmit(motor_chan, &motor_encoder, sample2, sample2_size, &tx_config));
    ESP_ERROR_CHECK(rmt_tx_wait_all_done(motor_chan, -1));

// wait all transactions finished
    gpio_set_level(STEP_MOTOR_GPIO_DIR, dir);
    dir = dir ? 0:1;
}
~~~

S曲线数据通过prerare_sample来提前生成：
~~~c
void prepare_samples1(rmt_symbol_word_t ** samples, ssize_t *size)
{
    ssize_t i = 0;
    ESP_LOGI(TAG, "encode_step_motor_sample");
    int f = 2520;
    uint16_t d = 0xffff;
    double MIN_PERIOD = 1e6 / ((360/1.8) * (12)) / 64; // 420 / 64 * 3; // 416.666...;
    float p0 = 0;
     int MAX_PERIOD = 18431;//0x8fff;
    // int r = (MAX_PERIOD - MIN_PERIOD) / (sizeof(step_samples1) / sizeof(rmt_symbol_word_t) - 1);
    int sample_count = sizeof(step_samples1) / sizeof(rmt_symbol_word_t);
    for (i = 0; i < sample_count; i++)
    {
        double r = (sin((270 + (i+1)*(180.0/sample_count))*3.14159/180)+1) / 2;
        uint16_t d = (MIN_PERIOD + (MAX_PERIOD - MIN_PERIOD) * (1.0-r)) / 2 / 2;
        step_samples1<i>.duration0 = d/2;//MIN_PERIOD / r;
        step_samples1<i>.duration1 = d/2;//MIN_PERIOD / r;
        step_samples1<i>.level0 = 1; 
        step_samples1<i>.level1 = 0;
        ESP_LOGI(TAG, "f:%f, d:%d, MIN_PERIOD / r: %d", r, d, (int)(MIN_PERIOD / r));
    }
    *samples = step_samples1;
    *size = sample_count * sizeof(rmt_symbol_word_t);
}
~~~

S曲线这里使用的是正弦波加速方式， 加速的话step_sample1前后颠倒就好了，通过移动270度相位得到S曲线如图下：

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_767565_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>s_curve_ramp.png</strong> <em class="xg1">(4.62 KB, 下载次数: 0)</em></p>
<p>
<a href="javascript:;" class="loginf" >下载附件</a>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_767565" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=767565&handlekey=savephoto_767565">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

没有S曲线加速的情况：
<div id="player_03ba58cea136b9aa93391bdd9ce6aa440" class="localvideo-box"></div><div class="localvideo-title">without_s_curve</div><br/>

启用了S曲线加速:
<div id="player_0becadd3e5c962297fd602812e277ced1" class="localvideo-box"></div><div class="localvideo-title">with_s_curve</div><br/>

通过对比，使用S曲线的情况下电机启动瞬间的抖动能减少1倍以上。

skyworth74 · 发表于2023-12-27 15:05

以前我们做打印机也是做S曲线加速的，还编了一个加速曲线生成软件自动生成

wangerxian · 发表于2023-12-31 21:15

感觉S曲线加速，看起来的感觉就好很多。

wangerxian · 发表于2023-12-31 21:16

skyworth74 发表于 2023-12-27 15:05 以前我们做打印机也是做S曲线加速的，还编了一个加速曲线生成软件自动生成

把速度的曲线显示出来吗？

skyworth74

wangerxian 发表于 2023-12-31 21:16 把速度的曲线显示出来吗？

是的

allenliu

后面又用了MCPWM做了测试，发现MCPWM下电机都感觉不出位移，声音也更小。分析波形发现是RMT的话会出现些许抖动，而MCPWM抖动控制做的非常好。

经过更多测试是MCPWM用的是MCPWM timer, 只要用这个timer中断控制就能生成很好的波形了。

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