基于STM32的无人机电机控制模块设计与实现

一、模块概述

本文介绍了一个基于STM32 HAL库的无人机电机控制模块实现，该模块通过PWM信号控制四个无刷电机的转速，是飞控系统的关键执行部件。

 无人机电机选择空心杯电机的原因主要为：

1.空心杯电机的效率通常在85%到90%之间，高效率为其突出特点。

2.同时空心杯电机具有高转速、低噪音的特点。

3.电机整体体积小、重量轻有助于提升无人机的飞行效率和稳定性。

4.电机灵敏的控制特性，起动、制动、响应快。能够实现更精准的控制和更复杂的飞行动作。

5.无人机需长时间运行和频繁起降，长寿命与可靠性的特点成为无人机的首选电机类型。

 

 

 

 

 

二、 核心功能实现

2.1 电机初始化

void Inf_Motor_Init(void)

{

    /* 启动4个PWM定时器通道 */

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);  // 左上电机

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_4);   // 左下电机

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_2);  // 右上电机

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);  // 右下电机

 

    /* 初始化电机速度并启动 */

    motorLeftTop.speed = 0;

    motorLeftBottom.speed = 0;

    motorRightTop.speed = 0;

    motorRightBottom.speed = 0;

    Inf_Motor_AllMotorsWork();

}　　

 

 

 

关键点：

- 使用STM32 HAL库的 HAL_TIM_PWM_Start 函数启动四个定时器通道

- 每个电机对应独立的定时器和通道

- 初始化时将所有电机速度设为0（安全启动）

 

 

2.2 单电机速度控制

void Inf_Motor_SetSpeed(Motor_Struct *motor)
{
    /* 速度限幅保护(0-1000) */
    motor->speed = LIMIT(motor->speed, 0, 1000);

    /* 根据电机位置选择对应PWM通道 */
    if(motor->location == LEFT_TOP) {
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, motor->speed);
    }
    else if(motor->location == LEFT_BOTTOM) {
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, motor->speed);
    }
    else if(motor->location == RIGHT_TOP) {
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim2, TIM_CHANNEL_2, motor->speed);
    }
    else if(motor->location == RIGHT_BOOTTOM) {
        __HAL_TIM_SetCompare(&htim1, TIM_CHANNEL_3, motor->speed);
    }
}

技术要点：

- 使用 LIMIT 宏实现速度限幅（0-1000）

- 通过 __HAL_TIM_SetCompare 直接设置PWM占空比

- 采用位置标识区分不同电机

 

 

 2.3 全电机控制

void Inf_Motor_AllMotorsWork(void)
{
    /* 统一设置所有电机速度 */
    Inf_Motor_SetSpeed(&motorLeftTop);
    Inf_Motor_SetSpeed(&motorLeftBottom);
    Inf_Motor_SetSpeed(&motorRightTop);
    Inf_Motor_SetSpeed(&motorRightBottom);
}

特点：

- 提供批量设置接口

- 确保多个电机同步更新

 

 

三、 设计亮点

 

1. 硬件抽象设计 ：

   - 将电机控制抽象为独立模块

   - 通过 Motor_Struct 结构体封装电机属性

2. 安全机制 ： 

   - 启动时自动归零

   - 强制速度限幅

3. 可扩展性 ：

   - 清晰的接口设计

   - 方便支持更多电机

 

四、 总结

该电机控制模块展示了如何通过STM32定时器实现精准的PWM控制，为无人机飞控提供了可靠的执行器接口。模块化设计和安全机制使其具有良好的工程实用价值。