本文讲述了作者如何在Arduino平台上通过MCP2515SPI2CAN转换器实现对小米电机的CAN通讯控制，包括硬件准备、库的安装、电机ID设置、以及各种电机运行模式和参数设置的详细步骤。
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：
https://www.bilibili.com/video/BV1P64y1p7hx/?spm_id_from=333.999.0.0
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
参考国外一篇文章的CAN协议进行接线，链接如下：
https://gitcode.com/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：
https://github.com/sandeepmistry/arduino-CAN
四、电机ID
使用usb2can转换头连接电脑，并进行如下设置：
设置好后打开小米提供的上位机更改ID为1
五、运行代码
xm_motor.cpp
#include "xm_motor.h"
#include <Arduino.h>
MCP2515 mcp2515(10);
struct can_frame canMsg;
uint32_t ExtId; //定义can扩展id
uint8_t rx_data[8]; //接收数据
uint32_t Motor_Can_ID; //接收数据电机ID
static uint8_t byte_ls[4]; //转换临时数据
uint8_t tx_data[8]; //can写入的数据
int filter(int queue[], char n) //数值过滤
{
int sum = 0;
byte i;
int maxsz = queue[0]; //寻找最大值
int minsz = queue[0]; //寻找最小值
for (i = 0; i < n; i++) {
if (maxsz < queue[i]) { maxsz = queue[i]; } //寻找最大值和最小值
if (minsz > queue[i]) { minsz = queue[i]; }
}
for (i = 0; i < n; i++) {
sum += queue[i];
}
sum = sum - maxsz - minsz; //去除最大值和最小值
return (sum / (n - 2));
} //数值过滤
int check(byte ao_port, byte n) //采样
{
int check_date[n]; //定义采样数组
for (byte i = 0; i < n; ++i) {
check_date[i] = analogRead(ao_port); //获得指定传感器数据
}
int vvvv = filter(check_date, n);
return vvvv;
} //采样
void xm_can_start() {
mcp2515.reset();
mcp2515.setBitrate(CAN_1000KBPS, MCP_8MHZ);
mcp2515.setNormalMode();
delay(4);
}
static uint8_t* Float_to_Byte(float f) //float分解成四个byte数据
{
unsigned long longdata = 0;
longdata = *(unsigned long*)&f;
byte_ls[0] = (longdata & 0xFF000000) >> 24;
byte_ls[1] = (longdata & 0x00FF0000) >> 16;
byte_ls[2] = (longdata & 0x0000FF00) >> 8;
byte_ls[3] = (longdata & 0x000000FF);
return byte_ls;
}
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
{
uint32_t span = (1 << bits) - 1;
float offset = x_max - x_min;
return offset * x / span + x_min;
}
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
{
float span = x_max - x_min;
float offset = x_min;
if (x > x_max) x = x_max;
else if (x < x_min) x = x_min;
return (int)((x - offset) * ((float)((1 << bits) - 1)) / span);
}
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，
{
uint8_t msid_l = msid;
uint8_t msid_h = msid >> 8;
uint32_t di_data = ((0xFFFFFFFF & Communication_Type) << 24) | 0x00FFFFFF; //求出高32位
uint32_t di_datab = ((0xFFFFFFFF & msid_h) << 16) | 0xFF00FFFF; //求出高32位
uint32_t di_datac = ((0xFFFFFFFF & msid_l) << 8) | 0xFFFF00FF; //求出高32位
uint32_t di_datad = (0xFFFFFFFF & can_id) | 0xFFFFFF00; //求出高32位
ExtId = (di_data & di_datab & di_datac & di_datad);
} //计算扩展ExtId,Communication_Type通信类型，msid主canid，
void data_count_dcs(uint16_t Index, float Value, char Value_type) {
//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
//速度数值要 注明浮点数 f ,
//写入扭矩 n
canMsg.data[0] = Index;
canMsg.data[1] = Index >> 8;
canMsg.data[2] = 0x00;
canMsg.data[3] = 0x00;
if (Value_type == 'f') {
Float_to_Byte(Value);
canMsg.data[4] = byte_ls[3];
canMsg.data[5] = byte_ls[2];
canMsg.data[6] = byte_ls[1];
canMsg.data[7] = byte_ls[0];
} else if (Value_type == 's') {
canMsg.data[4] = (uint8_t)Value;
canMsg.data[5] = 0x00;
canMsg.data[6] = 0x00;
canMsg.data[7] = 0x00;
}
} //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
void data_count_zero() //can数据置零
{
canMsg.data[0] = 0x00;
canMsg.data[1] = 0x00;
canMsg.data[2] = 0x00;
canMsg.data[3] = 0x00;
canMsg.data[4] = 0x00;
canMsg.data[5] = 0x00;
canMsg.data[6] = 0x00;
canMsg.data[7] = 0x00;
} //can数据置零
void motor_enable(uint8_t id = 1) //电机使能 电机canid
{
exid_count(3, Master_CAN_ID, id);
canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG;
canMsg.can_dlc = 8;
data_count_zero();
mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
delay(4);
} //电机使能 电机canid
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
{
exid_count(0x12, Master_CAN_ID, CanID);
canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG; //ExtId 0x12000001
canMsg.can_dlc = 8;
data_count_dcs(0x7005, type, 's');
mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
delay(4);
}
void motor_speed_value(uint8_t id, float speed_ref) { //设置速度模式下的参数转速
exid_count(0x12, Master_CAN_ID, CanID);
canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG; //ExtId 0x12000001
canMsg.can_dlc = 8;
data_count_dcs(0x700A, speed_ref, 'f');
mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
delay(4);
}
void motor_pos_zero(uint8_t id = 1) //位置置0
{
exid_count(6, Master_CAN_ID, id);
canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG;
canMsg.can_dlc = 8;
data_count_zero();
canMsg.data[0] = 1;
mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
delay(4);
} //位置置0
void motor_pos_value(uint8_t id, float speed_ref) { //设置位置模式下的位置
exid_count(0x12, Master_CAN_ID, CanID);
canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG; //ExtId 0x12000001
canMsg.can_dlc = 8;
data_count_dcs(0x7016, speed_ref, 'f');
mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
delay(4);
}
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
exid_count(0x12, Master_CAN_ID, CanID);
canMsg.can_id = ExtId | CAN_EFF_FLAG; //ExtId 0x12000001
canMsg.can_dlc = 8;
data_count_dcs(0x7017, torque, 'f');
mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
delay(4);
data_count_dcs(0x7018, limit_cur, 'f');
mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
delay(4);
data_count_dcs(0x7010, kp, 'f');
mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
delay(4);
data_count_dcs(0x7011, ki, 'f');
mcp2515.sendMessage(MCP2515::TXB1, &canMsg);
delay(4);
}xm_motor.h
#include "Arduino.h"
#include <SPI.h>
#include "mcp2515.h"
#define pi 3.14159265359f
#define Communication_Type_MotorEnable 0x03
#define Master_CAN_ID 0x00
#define CanID 0x01
#define P_MIN -12.5f
#define P_MAX 12.5f
#define V_MIN -30.0f
#define V_MAX 30.0f
#define KP_MIN 0.0f
#define KP_MAX 500.0f
#define KD_MIN 0.0f
#define KD_MAX 5.0f
#define T_MIN -12.0f
#define T_MAX 12.0f
#define MAX_P 720
#define MIN_P -720
#define Communication_Type_GetID 0x00 //获取设备的ID和64位MCU唯一标识符
#define Communication_Type_MotionControl 0x01 //用来向主机发送控制指令
#define Communication_Type_MotorRequest 0x02 //用来向主机反馈电机运行状态
#define Communication_Type_MotorEnable 0x03 //电机使能运行
#define Communication_Type_MotorStop 0x04 //电机停止运行
#define Communication_Type_SetPosZero 0x06 //设置电机机械零位
#define Communication_Type_CanID 0x07 //更改当前电机CAN_ID
#define Communication_Type_Control_Mode 0x12
#define Communication_Type_GetSingleParameter 0x11 //读取单个参数
#define Communication_Type_SetSingleParameter 0x12 //设定单个参数
#define Communication_Type_ErrorFeedback 0x15 //故障反馈帧
//参数读取宏定义
#define Run_mode 0x7005
#define Iq_Ref 0x7006
#define Spd_Ref 0x700A
#define Limit_Torque 0x700B
#define Cur_Kp 0x7010
#define Cur_Ki 0x7011
#define Cur_Filt_Gain 0x7014
#define Loc_Ref 0x7016
#define Limit_Spd 0x7017
#define Limit_Cur 0x7018
#define Gain_Angle 720/32767.0
#define Bias_Angle 0x8000
#define Gain_Speed 30/32767.0
#define Bias_Speed 0x8000
#define Gain_Torque 12/32767.0
#define Bias_Torque 0x8000
#define Temp_Gain 0.1
#define Motor_Error 0x00
#define Motor_OK 0X01
enum CONTROL_MODE //控制模式定义
{
Motion_mode = 0,//运控模式
Position_mode, //位置模式
Speed_mode, //速度模式
Current_mode //电流模式
};
enum ERROR_TAG //错误回传对照
{
OK = 0,//无故障
BAT_LOW_ERR = 1,//欠压故障
OVER_CURRENT_ERR = 2,//过流
OVER_TEMP_ERR = 3,//过温
MAGNETIC_ERR = 4,//磁编码故障
HALL_ERR_ERR = 5,//HALL编码故障
NO_CALIBRATION_ERR = 6//未标定
};
typedef struct{ //小米电机结构体
uint8_t CAN_ID; //CAN ID
uint8_t MCU_ID; //MCU唯一标识符【后8位，共64位】
float Angle; //回传角度
float Speed; //回传速度
float Torque; //回传力矩
float Temp; //回传温度
uint16_t set_current;
uint16_t set_speed;
uint16_t set_position;
uint8_t error_code;
float Angle_Bias;
}MI_Motor;
extern MI_Motor mi_motor;//预先定义1个小米电机
void xm_can_start();
void motor_enable( uint8_t id=1 ) ;
void motor_mode( uint8_t id ,char type );
void motor_speed_value( uint8_t id ,float speed_ref );//-30rad-30rad
void motor_yk( uint8_t id ,float torque, float MechPosition, float speed, float kp, float kd );
void motor_pos_zero( uint8_t id=1 ); //位置置0
void motor_pos_value( uint8_t id ,float speed_ref );
void motor_pow_value( uint8_t id , float torque,float limit_cur ,float kp,float kd );
int filter(int queue[], char n) ; //数值过滤
int check(byte ao_port, byte n); //获取ad口电压main.ino
#include "xm_motor.h"
String comdata = ""; //蓝牙字符
void setup() {
while (!Serial)
;
Serial.begin(115200);
xm_can_start(); //初始化can设置
motor_enable(1); //使能id 1电机
motor_pos_zero(1); //位置置0
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
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
Serial.println("Example: Write to CAN");
}
void loop() {
int speed_value = 100;
int speed_valueb = map(speed_value, 0, 1023, 0, 30); //前进模拟量
float bb = (float)speed_value;
bb = bb / 163.9423;
if (bb > 6.2) { bb = 6.2; }
motor_pos_value(1, bb); //电机位置模式赋值，id，位置角度rad 2派=360度。
delay(20);
}
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。
六、运行结果
使用桌面电源供电时注意每次更改值的改动不要过大，以免转动猛烈造成桌面电源损坏。
2024.12.10更新：USB-CAN及CAN配置软件使用的是泥人科技的，配置软件在下面的链接中：
https://pan.baidu.com/s/1oL-pm1Aor3mQN2JjnHILfg
提取码：vt24
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