hoverboard-firmware-hack-FOC 新手完整指南：从烧录固件到调出 FOC 电机控制

【免费下载链接】hoverboard-firmware-hack-FOCWith Field Oriented Control (FOC)项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ho/hoverboard-firmware-hack-FOC

hoverboard-firmware-hack-FOC 用 FOC（Field Oriented Control，即"场定向控制"，一种按磁场方向精确驱动无刷电机的算法）替换平衡车原厂固件的换相控制，降低噪音、提升效率，还能通过弱磁控制提高极速。本文按一次完整刷机流程走一遍：拆机、接 ST-Link、编译、烧录、调参、试跑，并标注每个环节的坑位。

为什么要换：原厂换相控制的天花板

平衡车原厂固件用"换相"（Commutation）方式驱动电机：按霍尔传感器给出的位置信号，每隔 60 电角度切换一次通电相序。这种方式实现简单，但扭矩有周期性波动，表现为电机"嗡嗡"的噪音和抖动感，效率也不高。

FOC 的思路不同：它在数学上建立一个随转子旋转的坐标系，把电流分解为"产生扭矩的轴"和"产生磁场的轴"，通过高速 PWM 合成近似正弦的电流。带来的实际好处：

• 噪音和振动明显降低，扭矩输出平滑；
• 电机效率提升，同等速度下功耗更低；
• 支持弱磁控制（Field Weakening，即主动抵消一部分电机反电动势），突破电机原有转速上限。

固件默认就是 FOC。在Inc/config.h里也可以切回其他方案，三选一：

| 控制类型 | 宏定义 | 特点 | | -- | -- | -- | | 换相 |COM_CTRL| 与原厂一致，效率和平顺性最差 | | 正弦 |SIN_CTRL| 介于两者之间，不支持弱磁闭环 | | FOC |FOC_CTRL| 默认，支持弱磁、速度环和扭矩环 |

FOC 下的三种运行模式：电压、速度、扭矩

选定FOC_CTRL后，还有一层"模式"选择，由CTRL_MOD_REQ参数决定，默认是VLT_MODE：

• VOLTAGE MODE（VLT_MODE）：给电机施加恒定电压，响应快，适合机器人或需要快速动态的应用；
• SPEED MODE（SPD_MODE）：闭环控制，PID 算法抵消负载扰动，让电机稳定在目标转速，适合恒速场景；
• TORQUE MODE（TRQ_MODE）：以扭矩为目标值。把目标设为 0 时电机"空转滑行"，适合有乘客上车的车辆。

每种模式的能力差异可以从下表快速判断（源自 README.md 的对比表）：

| 控制方式 | 效率 | 平顺性 | 弱磁 | 滑行 | 静止驻车 | | -- | -- | -- | -- | -- | -- | | Commutation | 一般 | 一般 | 不支持 | 不支持 | 支持 | | FOC VOLTAGE | 高 | 较好 | 支持 | 不支持 | 需手动开启 | | FOC SPEED | 高 | 一般 | 支持 | 不支持 | 支持 | | FOC TORQUE | 高 | 最好 | 支持 | 支持 | 需手动开启 |

两个可选项：STANDSTILL_HOLD_ENABLE让电压/扭矩模式也能驻车；ELECTRIC_BRAKE_ENABLE把扭矩模式的"滑行"换成可调的电机制动。所有 FOC 模式下都内置了最大转速和最大电流保护。

烧录前的硬件检查清单

动手之前，把下面几样东西核对一遍，可以避免绝大多数翻车：

• 确认主控芯片：主流平衡车主控板使用 STM32F103RCT6，少数板子是 GD32F103RCT6（引脚兼容），两者都受支持。
• ST-Link 仿真器 + 杜邦线：接主控板上的 SWDIO、SWCLK、GND、NRST 四个测试点。主控板引脚分布见下图，SWD 测试点在板边位置。
• 电池先拆掉：拆机断开电池后再操作，避免短路。
• 留意两条 4 针传感器线：主控板原本靠两条 4 针线连接左右副板，破引出 GND、12/15V 和 USART2/USART3。右侧短线（USART3）支持 5V 电平，左侧长线（USART2）不耐 5V，外接 Arduino 等 5V 设备时务必走右侧线或用 3.3V 设备。
• 备查资料：仓库 docs/ 目录里有逆向出的主控板原理图 20150722_hoverboard_sch.pdf 和芯片手册，接错线之前先翻一翻。

编译与烧录：三种环境任选其一

先把代码拉到本地：

git clone https://gitcode.com/GitHub_Trending/ho/hoverboard-firmware-hack-FOC

然后按自己顺手的工具链走，三条路产物相同，都针对STM32F103RC：

1. PlatformIO（最省事）：打开 platformio.ini，在default_envs里取消你需要的 variant 的注释，比如VARIANT_HOVERCAR，然后执行pio run -t upload。调试串口波特率是 115200，记得把monitor_port改成你系统的 COM 口。
2. Keil MDK-ARM：打开 MDK-ARM/mainboard-hack.uvprojx，在 Target 下拉菜单选 variant，编译后用 On-Chip Debugger 烧录。
3. make + ARM GCC（Linux）：安装arm-none-eabi-gcc工具链后：

make -e VARIANT=VARIANT_HOVERBOARD # 编译，可选任意 variant make flash # st-flash 写入 0x08000000 并复位 make unlock # openocd 解锁（芯片被锁定时）

variant 决定了电机输入信号从哪来，编译时只能选一个（详见下一节）。

调参：config.h 里的关键数字

编译通过后，真正决定"骑感"的参数在Inc/config.h和Src/BLDC_controller_data.c里。新手优先关注这几个：

| 参数 | 默认值 | 含义 | | -- | -- | -- | |I_MOT_MAX| 15 A | 单个电机的最大电流限制，越大扭矩越强，注意线路发热 | |I_DC_MAX| 17 A | 母线电流兜底保护，建议 =I_MOT_MAX+ 2A | |N_MOT_MAX| 1000 rpm | 电机最大转速限制 | |FIELD_WEAK_ENA| 0 | 弱磁总开关，默认关闭 |

弱磁的调法：把FIELD_WEAK_ENA设为 1 后，FIELD_WEAK_LO到FIELD_WEAK_HI之间线性起效，FIELD_WEAK_MAX是最大 D 轴电流（作者用 10 寸轮实测到过 10A）。不同标定曲线如下图所示：

⚠️ 重新标定弱磁时务必做好安全准备：电机可能转得很快，且功耗激增可能触发 BMS 过压保护。调参建议在台架（轮子离地）上进行。

电机级参数（电感、极对数等）以定点数形式存放在Src/BLDC_controller_data.c，仓库已提供标定好的默认值，一般不需要动。如果你的电机不是原厂规格，需要参考 VESC 里的对应参数逐项换算：

另外两个容易忽略的校准：电池电压（BAT_CALIB_ADC/BAT_CALIB_REAL_VOLTAGE，配多用电表实测值）和芯片温度传感器（TEMP_CAL_*，未校准前不要开启TEMP_POWEROFF_ENABLE，误差可达 45°C）。

选一个输入 variant：你想怎么驱动这台车

variant 在编译期二选一（或十选一），直接决定输入通道：

• VARIANT_HOVERBOARD：保留原厂双副板输入，最接近"刷个新固件继续当平衡车用"的体验。注意：平衡控制算法尚未实现，目前只是换上了 FOC 电机驱动。
• VARIANT_HOVERCAR：双踏板（油门/刹车），静止时双击刹车可反转，适合改造 Hovercar，见下方原理图。
• VARIANT_USART：串口协议控制，仓库自带 Arduino 示例 Arduino/hoverserial/hoverserial.ino，115200 波特率，帧含起始帧和校验，适合用单片机做上位机。
• VARIANT_ADC/VARIANT_NUNCHUK：电位器或 Wii 摇杆控制，适合轮椅、代步小车类项目。
• VARIANT_PPM/VARIANT_PWM/VARIANT_IBUS：接收机信号输入，VARIANT_SKATEBOARD（滑滑板）用的就是右侧线的 PWM。
• VARIANT_TRANSPOTTER：面向 TranspOtter 类搬运车的专门配置。

常见坑位与试跑建议

• 烧录后电机立刻乱转：先别急着上电骑行。轮子架离地面，缓慢给输入，确认转向与预期一致再试跑。
• 串口无反馈：先确认走的是 USART3（右侧线）；左侧线接 5V 设备可能直接烧引脚。
• make unlock才需要 openocd：只有芯片被原厂固件锁定时才执行，普通烧录用make flash即可。
• variant 混编：config.h里若手动定义了 variant，又通过-D传入会冲突，按编译环境选一种方式定义。

试跑通过之后，建议按这个顺序深入：

1. 读 Src/BLDC_controller.c，看电流采样和 FOC 闭环的 C 实现；
2. 打开 Src/comms.c 对照hoverserial.ino，理解串口帧格式，方便接自己的上位机；
3. 翻 docs/literature/ 里的 STM32 和 GD32 手册，解决引脚级问题。

仓库采用 GPLv3 协议（见 LICENSE），修改后自用或再分发都自由，动手前先把电池拆下来——这是全流程里最重要的一步。

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