太阳能追光系统DIY翻车：FOC驱动板拆解与ESP32串口调试

前两天朋友跟我说，他们做了一套 FOC 电机驱动器，可以寄一套给我玩玩。我说那不行，要寄就寄两套。

因为我最近正打算给儿子做一个太阳能追光系统，原本想用两个舵机简单应付一下。结果这朋友在我“瞌睡的时候送枕头”，那就别怪我不客气了，有羊毛必须使劲薅。

上周五东西到了。其中一个电机和板子已经装配在一起，线也引出来了，看起来是调试过的。

另一个是贴好片的板子，还没焊接排针和供电线。

整块板子的丝印布局也比较清晰，端子定义、电源、串口和主要芯片位置都能直接看到。

我仔细看了一下，板子上用的主控是武汉芯源半导体推出的 CW32L012C8U6。说实话看到这个有点震撼，因为朋友说他们这套 FOC 驱动算法内置了速度环、电流环、位置环，对芯片资源要求不低。CW32L012C8U6 能把这一套复杂逻辑跑起来，性能确实不能小看。

栅极驱动部分用了一颗屹晶微的 EG3033，这是一颗三相栅极驱动器。16 个引脚里，一部分用来驱动三相 MOS 的栅极，另外还有 2 个电源输入、1 个地，以及一个 5V 输出。没错，这颗驱动器还内置了 5V 50mA 的 LDO 电源输出。

MOS 部分用的是三颗 DOZ4616B。这颗料在 DFN-8D（3x3）封装里集成了两个 30V/23A 的 NMOS，刚好每个桥臂用一颗就够。别看封装小，用来驱动配套的 2804 电机可以说是绰绰有余。

这是板子背面，放了三颗采样电阻，每路相线都有独立的采样电阻。但我没看到外置的电流采样电路，难道这个 MCU 内置了运放？带着这个疑问，我又翻了一下 CW32L012C8U6 的数据手册。

果然没猜错。数据手册里写着，CW32L012 内部集成了 2 个运算放大器（OPA），支持多路外部模拟输入和内部 DAC 转换结果，还能在低功耗和深度休眠模式下运行。省掉外置电流采样运放，这些成本都够再做两块这种 PCB 了。

板子背面最中间是一颗来自纳芯微的 MT6701CT-ACD-R。这是一个磁性旋转位置编码器，配合 2804 无刷电机的磁环，用来做转子位置检测和定位。

好了，开始干活。

其实朋友上周三说要寄 FOC 电机套件的时候，我就已经在想怎么用它做太阳能追光系统了。于是赶紧上网买了光敏检测板和太阳能板。至于系统主控，刚好前几天调试屏幕时用到朋友送我的一块 ESP32-S3 开发板，直接拿来用，连显示屏都有了。顺便还 3D 打印了底座、电机安装座、支杆和太阳能板安装支架。所以大概上周六，整套东西就搭起来了。这里不得不感叹一句：自从有了 AI 加持，我居然也体验了一把“天才程序员”的感觉。

3D 打印的底座上写着“太阳能光追系统”。

底部有一个电机，带着一根竖直的支杆旋转。太阳东升西落，这根杆就跟着太阳转。

支杆顶端又装了一个 2804 电机，它负责太阳能板的俯仰控制。夏天太阳高、冬天太阳斜射，有了俯仰控制，就能尽量保证一年四季太阳能板和太阳的夹角维持在 90 度左右。

2804 电机本体长这样，中空轴结构，配合磁环就能做位置检测。

伟大的硬件工程师从来不自己造轮子，这种四路光敏检测小板直接网上买就行。

把它接到 ESP32 之后，显示效果就是这样。光照较弱时，四路光照的 ADC 值也偏小。为了看着直观，我做了百分比显示，背景黄色的深浅也会随光强变化。

拿强光手电照光敏板时，屏幕 UI 上的光强百分比全部到了 90% 以上，色块黄色也明显变深。

为了方便调试电机，我还让 AI 花了 20 分钟做了一个串口调试上位机。它能接收电机的工作状态，也能给方位电机和俯仰电机发送位置指令，还支持回零、急停、演示这些操作。

这是整套系统的“脸面”——太阳能板，能输出 12V/2W 的功率。不过你先别问我为什么没把它装上去。

好吧我招了，因为电机还没调好。朋友寄来的出厂代码不太符合我的需求。我想要的状态是：上电后方位电机先不转，俯仰轴先抬起来一个角度；然后进行 90 度俯仰角自测和回零；最后才进入光敏控制两个电机的状态。而且因为线缆拉得比较多，方位电机只能在 180 度范围内转，俯仰电机只能在 90 度以内活动，这个限位也要加到姿态环里。

另外，我用 ESP32 的串口和这个电机控制板的串口来通信。基于上面这两点，我对朋友发的 Keil 工程做了大量修改。结果越改越复杂，周日折腾了一整天，还是没把电机驯服。

目前最明显的问题是：电机空载状态下，我用手拧一下，它会有比较大的回弹力。但这个项目里恰恰不需要这种回弹力，应该从 PID参数上做调整。刚好过几天朋友那边会组织一次关于这套电机控制板的集中讲解，我打算跟着学习完再继续调这套太阳能追光系统。

FOC 电机驱动这几年在嵌入式圈子里的热度一直在涨。要让电能高效地转换成机械能，让新能源车跑起来、机器人动起来、流水线转起来，背后都离不开 FOC 无刷电机。这个方向现在仍然算是蓝海，学 FOC 电机控制的性价比相当高。而且今天这块板子上跑的 FOC 算法也不简单，算是师出名门了。

我 2015 年自己做穿越机无刷电机驱动器时，买过李家庆老师写的《无刷直流电机控制应用——基于 STM8S 系列单片机》。那本书写得相当好，有完整原理图、原理讲解和详细代码。更厉害的是，那时候李老师就已经在用 STM8S 这种成本更低的 8 位单片机做电机控制了。

如果你也对 FOC 电机控制、嵌入式开发这类硬核 DIY 感兴趣，欢迎来云栈社区一起交流，分享你的翻车和填坑经历。