Arduino控制小米微电机(基于MCP2515)运动

一、前言
最近接触到一个项目需要用到小米电机，本来是想用STM32进行控制，但是必须得使用Arduino进行开发，于是尝试了一下。小米电机是基于CAN通讯的，但恰好Arduino不带CAN通讯协议，于是难度上了一个档次。在查阅了相关资料后，偶然间看到B站某位大佬的视频，得到了启发，在此感谢这位大佬，并成功实现了目标功能，链接如下：www.bilibili.com/video/BV1P64y1p7hx/

二、准备
硬件：
1、MCP2515 SPI2CAN转换器 *1
2、小米微电机 *1
3、电机转接头 *1
4、Arduino Nano *1
5、转接线 *若干
6、usb to can转换头

知识储备：
1、掌握Arduino开发，能读懂程序
2、了解CAN协议
3、了解小米微电机相关参数，电机运转方式

三、接线及库的准备
参考一篇文章的CAN协议进行接线，链接如下：gitcodecom/autowp/arduino-mcp2515/overview?utm_source=csdn_github_accelerator&isLogin=1



注意，小米电机供电为24V，电流在额定电流左右即可。具体相关参数在小米电机手册中查看。CAN通讯线最好双绞。

并下载相关库函数，导入我们的library文件夹中
CAN库需要我们另外下载，下载渠道很多，这里贴一个下载链接：githubcom/sandeepmistry/arduino-CAN

四、电机ID使用usb2can转换头连接电脑，并进行如下设置：




五、运行代码xm_motor.cpp

1. #include "xm_motor.h"
   
2. #include <Arduino.h>
   
3. MCP2515 mcp2515(10);
   
4. struct can_frame canMsg;
   
5. uint32_t ExtId;             //定义can扩展id
   
6. uint8_t rx_data[8];         //接收数据
   
7. uint32_t Motor_Can_ID;      //接收数据电机ID
   
8. static uint8_t byte_ls[4];  //转换临时数据
   
9. uint8_t tx_data[8];         //can写入的数据
   
10. 
    
11. int filter(int queue[], char n)  //数值过滤
    
12. {
    
13.   int sum = 0;
    
14.   byte i;
    
15.   int maxsz = queue[0];  //寻找最大值
    
16.   int minsz = queue[0];  //寻找最小值
    
17.   for (i = 0; i < n; i++) {
    
18.     if (maxsz < queue[i]) { maxsz = queue[i]; }  //寻找最大值和最小值
    
19.     if (minsz > queue[i]) { minsz = queue[i]; }
    
20.   }
    
21. 
    
22.   for (i = 0; i < n; i++) {
    
23.     sum += queue[i];
    
24.   }
    
25.   sum = sum - maxsz - minsz;  //去除最大值和最小值
    
26.   return (sum / (n - 2));
    
27. }  //数值过滤
    
28. int check(byte ao_port, byte n)  //采样
    
29. {
    
30. 
    
31.   int check_date[n];  //定义采样数组
    
32.   for (byte i = 0; i < n; ++i) {
    
33.     check_date[i] = analogRead(ao_port);  //获得指定传感器数据
    
34.   }
    
35. 
    
36.   int vvvv = filter(check_date, n);
    
37.   return vvvv;
    
38. 
    
39. }  //采样
    
40. void xm_can_start() {
    
41. 
    
42.   mcp2515.reset();
    
43.   mcp2515.setBitrate(CAN_1000KBPS, MCP_8MHZ);
    
44.   mcp2515.setNormalMode();
    
45.   delay(4);
    
46. }
    
47. static uint8_t* Float_to_Byte(float f)  //float分解成四个byte数据
    
48. {
    
49.   unsigned long longdata = 0;
    
50.   longdata = *(unsigned long*)&f;
    
51.   byte_ls[0] = (longdata & 0xFF000000) >> 24;
    
52.   byte_ls[1] = (longdata & 0x00FF0000) >> 16;
    
53.   byte_ls[2] = (longdata & 0x0000FF00) >> 8;
    
54.   byte_ls[3] = (longdata & 0x000000FF);
    
55.   return byte_ls;
    
56. }
    
57. static float uint16_to_float(uint16_t x, float x_min, float x_max, int bits)  //把uint 16位数据变成浮点数 用在接受数据的处理上
    
58. {
    
59.   uint32_t span = (1 << bits) - 1;
    
60.   float offset = x_max - x_min;
    
61.   return offset * x / span + x_min;
    
62. }
    
63. static int float_to_uint(float x, float x_min, float x_max, int bits)  //把浮点数转换成uint_16 用在位置 扭矩 上面
    
64. {
    
65.   float span = x_max - x_min;
    
66.   float offset = x_min;
    
67.   if (x > x_max) x = x_max;
    
68.   else if (x < x_min) x = x_min;
    
69.   return (int)((x - offset) * ((float)((1 << bits) - 1)) / span);
    
70. }
    
71. void exid_count(uint8_t Communication_Type, uint16_t msid, uint8_t can_id)  //计算扩展ExtId,Communication_Type通信类型，msid主canid，
    
72. {
    
73.   uint8_t msid_l = msid;
    
74.   uint8_t msid_h = msid >> 8;
    
75.   uint32_t di_data = ((0xFFFFFFFF & Communication_Type) << 24) | 0x00FFFFFF;  //求出高32位
    
76.   uint32_t di_datab = ((0xFFFFFFFF & msid_h) << 16) | 0xFF00FFFF;             //求出高32位
    
77.   uint32_t di_datac = ((0xFFFFFFFF & msid_l) << 8) | 0xFFFF00FF;              //求出高32位
    
78.   uint32_t di_datad = (0xFFFFFFFF & can_id) | 0xFFFFFF00;                     //求出高32位
    
79.   ExtId = (di_data & di_datab & di_datac & di_datad);
    
80. }  //计算扩展ExtId,Communication_Type通信类型，msid主canid，
    
81. 
    
82. void data_count_dcs(uint16_t Index, float Value, char Value_type) {
    
83.   //计算can在 单参数写入，通信类型 12下发送的8位数据，Index 是命令类型0: 运控模式1: 位置模式2: 速度模式3: 电流模式Value是0 值，Value_type是数据类型，浮点数用f非浮点用s
    
84.   //速度数值要 注明浮点数 f ,
    
85.   //写入扭矩 n
    
86. 
    
87. 
    
88.   canMsg.data[0] = Index;
    
89.   canMsg.data[1] = Index >> 8;
    
90.   canMsg.data[2] = 0x00;
    
91.   canMsg.data[3] = 0x00;
    
92.   if (Value_type == 'f') {
    
93.     Float_to_Byte(Value);
    
94.     canMsg.data[4] = byte_ls[3];
    
95.     canMsg.data[5] = byte_ls[2];
    
96.     canMsg.data[6] = byte_ls[1];
    
97.     canMsg.data[7] = byte_ls[0];
    
98.   } else if (Value_type == 's') {
    
99.     canMsg.data[4] = (uint8_t)Value;
    
100.     canMsg.data[5] = 0x00;
     
101.     canMsg.data[6] = 0x00;
     
102.     canMsg.data[7] = 0x00;
     
103.   }
     
104. }  //计算can在 单参数写入，通信类型 12下发送的8位数据，Index 是命令类型Value是值，Value_type是数据类型，浮点数用f非浮点用s
     
105. void data_count_zero()  //can数据置零
     
106. {
     
107.   canMsg.data[0] = 0x00;
     
108.   canMsg.data[1] = 0x00;
     
109.   canMsg.data[2] = 0x00;
     
110.   canMsg.data[3] = 0x00;
     
111.   canMsg.data[4] = 0x00;
     
112.   canMsg.data[5] = 0x00;
     
113.   canMsg.data[6] = 0x00;
     
114.   canMsg.data[7] = 0x00;
     
115. }  //can数据置零
     
116. 
     
117. void motor_enable(uint8_t id = 1)  //电机使能 电机canid
     
118. {
     
119.   exid_count(3, Master_CAN_ID, id);
     
120.   canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG;
     
121.   canMsg.can_dlc = 8;
     
122.   data_count_zero();
     
123.   mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
     
124.   delay(4);
     
125. }  //电机使能 电机canid
     
126. void motor_mode(uint8_t id, char type)  //电机运行模式 电机canid  模式值1位置模式2速度模式 3 电流模式0运控模式
     
127. {
     
128.   exid_count(0x12, Master_CAN_ID, CanID);
     
129.   canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG;  //ExtId  0x12000001
     
130.   canMsg.can_dlc = 8;
     
131.   data_count_dcs(0x7005, type, 's');
     
132.   mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
     
133.   delay(4);
     
134. }
     
135. 
     
136. void motor_speed_value(uint8_t id, float speed_ref) {  //设置速度模式下的参数转速
     
137.   exid_count(0x12, Master_CAN_ID, CanID);
     
138.   canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG;  //ExtId  0x12000001
     
139.   canMsg.can_dlc = 8;
     
140.   data_count_dcs(0x700A, speed_ref, 'f');
     
141.   mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
     
142.   delay(4);
     
143. }
     
144. 
     
145. void motor_pos_zero(uint8_t id = 1)  //位置置0
     
146. {
     
147.   exid_count(6, Master_CAN_ID, id);
     
148.   canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG;
     
149.   canMsg.can_dlc = 8;
     
150.   data_count_zero();
     
151.   canMsg.data[0] = 1;
     
152.   mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
     
153.   delay(4);
     
154. 
     
155. }  //位置置0
     
156. void motor_pos_value(uint8_t id, float speed_ref) {  //设置位置模式下的位置
     
157.   exid_count(0x12, Master_CAN_ID, CanID);
     
158.   canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG;  //ExtId  0x12000001
     
159.   canMsg.can_dlc = 8;
     
160.   data_count_dcs(0x7016, speed_ref, 'f');
     
161.   mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
     
162.   delay(4);
     
163. }
     
164. 
     
165. void motor_pow_value(uint8_t id, float torque, float limit_cur, float kp = 1, float ki = 0.0158) {  //设置速度 电流限制，kp,kd
     
166.   exid_count(0x12, Master_CAN_ID, CanID);
     
167.   canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG;  //ExtId  0x12000001
     
168.   canMsg.can_dlc = 8;
     
169.   data_count_dcs(0x7017, torque, 'f');
     
170.   mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
     
171.   delay(4);
     
172.   data_count_dcs(0x7018, limit_cur, 'f');
     
173.   mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
     
174.   delay(4);
     
175.   data_count_dcs(0x7010, kp, 'f');
     
176.   mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
     
177.   delay(4);
     
178.   data_count_dcs(0x7011, ki, 'f');
     
179.   mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
     
180.   delay(4);
     
181. }</font></font></font>

复制代码

xm_motor.h

1. #include "Arduino.h"
   
2. #include <SPI.h>
   
3. #include "mcp2515.h"
   
4. 
   
5. #define pi 3.14159265359f
   
6. #define Communication_Type_MotorEnable 0x03
   
7. #define Master_CAN_ID 0x00
   
8. #define CanID 0x01
   
9. #define P_MIN -12.5f
   
10. #define P_MAX 12.5f
    
11. #define V_MIN -30.0f
    
12. #define V_MAX 30.0f
    
13. #define KP_MIN 0.0f
    
14. #define KP_MAX 500.0f
    
15. #define KD_MIN 0.0f
    
16. #define KD_MAX 5.0f
    
17. #define T_MIN -12.0f
    
18. #define T_MAX 12.0f
    
19. #define MAX_P 720
    
20. #define MIN_P -720
    
21. 
    
22. #define Communication_Type_GetID 0x00           //获取设备的ID和64位MCU唯一标识符
    
23. #define Communication_Type_MotionControl 0x01         //用来向主机发送控制指令
    
24. #define Communication_Type_MotorRequest 0x02        //用来向主机反馈电机运行状态
    
25. #define Communication_Type_MotorEnable 0x03            //电机使能运行
    
26. #define Communication_Type_MotorStop 0x04            //电机停止运行
    
27. #define Communication_Type_SetPosZero 0x06            //设置电机机械零位
    
28. #define Communication_Type_CanID 0x07                //更改当前电机CAN_ID
    
29. #define Communication_Type_Control_Mode 0x12
    
30. #define Communication_Type_GetSingleParameter 0x11        //读取单个参数
    
31. #define Communication_Type_SetSingleParameter 0x12        //设定单个参数
    
32. #define Communication_Type_ErrorFeedback 0x15            //故障反馈帧
    
33. //参数读取宏定义
    
34. #define Run_mode 0x7005        
    
35. #define Iq_Ref   0x7006
    
36. #define Spd_Ref  0x700A
    
37. #define Limit_Torque 0x700B
    
38. #define Cur_Kp 0x7010
    
39. #define Cur_Ki 0x7011
    
40. #define Cur_Filt_Gain 0x7014
    
41. #define Loc_Ref 0x7016
    
42. #define Limit_Spd 0x7017
    
43. #define Limit_Cur 0x7018
    
44. #define Gain_Angle 720/32767.0
    
45. #define Bias_Angle 0x8000
    
46. #define Gain_Speed 30/32767.0
    
47. #define Bias_Speed 0x8000
    
48. #define Gain_Torque 12/32767.0
    
49. #define Bias_Torque 0x8000
    
50. #define Temp_Gain   0.1
    
51. 
    
52. #define Motor_Error 0x00
    
53. #define Motor_OK 0X01
    
54. enum CONTROL_MODE   //控制模式定义
    
55. {
    
56.     Motion_mode = 0,//运控模式  
    
57.     Position_mode,  //位置模式
    
58.     Speed_mode,     //速度模式  
    
59.     Current_mode    //电流模式
    
60. };
    
61. enum ERROR_TAG      //错误回传对照
    
62. {
    
63.     OK                 = 0,//无故障
    
64.     BAT_LOW_ERR        = 1,//欠压故障
    
65.     OVER_CURRENT_ERR   = 2,//过流
    
66.     OVER_TEMP_ERR      = 3,//过温
    
67.     MAGNETIC_ERR       = 4,//磁编码故障
    
68.     HALL_ERR_ERR       = 5,//HALL编码故障
    
69.     NO_CALIBRATION_ERR = 6//未标定
    
70. };
    
71. typedef struct{           //小米电机结构体
    
72.         uint8_t CAN_ID;       //CAN ID
    
73.     uint8_t MCU_ID;       //MCU唯一标识符【后8位，共64位】
    
74.         float Angle;          //回传角度
    
75.         float Speed;          //回传速度
    
76.         float Torque;         //回传力矩
    
77.         float Temp;                          //回传温度
    
78.         
    
79.         uint16_t set_current;
    
80.         uint16_t set_speed;
    
81.         uint16_t set_position;
    
82.         
    
83.         uint8_t error_code;
    
84.         
    
85.         float Angle_Bias;
    
86.         
    
87. }MI_Motor;
    
88. extern MI_Motor mi_motor;//预先定义1个小米电机
    
89. 
    
90. void xm_can_start();
    
91. void motor_enable( uint8_t id=1 ) ;
    
92. void motor_mode( uint8_t id ,char type );
    
93. void motor_speed_value( uint8_t id ,float speed_ref );//-30rad-30rad
    
94. void motor_yk( uint8_t id ,float torque, float MechPosition, float speed, float kp, float kd );
    
95. void motor_pos_zero( uint8_t id=1 ); //位置置0
    
96. void motor_pos_value( uint8_t id ,float speed_ref );
    
97. void motor_pow_value( uint8_t id , float torque,float limit_cur ,float  kp,float kd );
    
98. 
    
99. int filter(int queue[], char n) ; //数值过滤
    
100. int check(byte ao_port, byte n); //获取ad口电压</font></font></font>

复制代码

main.ino

1. #include "xm_motor.h"
   
2. String comdata = "";  //蓝牙字符
   
3. void setup() {
   
4.   while (!Serial)
   
5.     ;
   
6.   Serial.begin(115200);
   
7. 
   
8.   xm_can_start();                         //初始化can设置
   
9.   motor_enable(1);                        //使能id 1电机
   
10.   motor_pos_zero(1);                      //位置置0
    
11.   motor_mode(1, 1);                       //电机运行模式 电机canid 模式值 1位置模式2速度模式 3 电流模式0运控模式
    
12.   motor_pow_value(1, 30, 20, 0.2, 0.13);  //uint8_t id , float torque 位置模式速度限制 ,float limit_cur ,float  kp=0.8,float ki=0.13  id 速度 电流限制，kp,kd  速度 0~30rad/s 6.28rad 等于1圈  电流最大23A
    
13.   Serial.println("Example: Write to CAN");
    
14. }
    
15. void loop() {
    
16. 
    
17.   int speed_value = 100;
    
18.   int speed_valueb = map(speed_value, 0, 1023, 0, 30);  //前进模拟量
    
19.   float bb = (float)speed_value;
    
20.   bb = bb / 163.9423;
    
21.   if (bb > 6.2) { bb = 6.2; }
    
22.   motor_pos_value(1, bb);          //电机位置模式赋值，id，位置角度rad 2派=360度。
    
23. 
    
24.   delay(20);
    
25. }

复制代码

在main.ino中更改loop里speed_value的值即可更改角度，在0-1023范围内进行更改。

之前我理解错了，你说的双绞线应该就是使用网线