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hoverboard-firmware-hack-FOC：开源平衡车FOC固件深度拆解

【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

原厂平衡车固件用六步换相法驱动电机：噪音听得见、震动摸得着，最高转速还被电机自身的反电动势死死锁住。hoverboard-firmware-hack-FOC 给它换上了 FOC（Field Oriented Control）——你可以理解成给电机装了一个智能方向盘，实时知道转子在哪里、该用多大力气。换装之后噪音和震动明显下降，扭矩输出变平滑，还能用"弱磁"突破速度上限。这是什么、怎么跑起来、还能怎么玩，一句话全讲清。

一眼看懂

🔧 平衡车固件从零编译到烧录

硬件清单

• 平衡车主控板：主控芯片是 STM32F103RCT6，部分板子用 GD32F103RCT6，固件同样支持
• ST-Link V2 编程器：通过 SWD 接口把固件写进芯片
• 3.3V USB 串口适配器：接传感器线缆，115200 波特率看调试信息
• 单轮测试台：电机真的会转，轮子架起来测，别用手扶

编译

1. 克隆代码：

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

2. 选一个变体编译。以电位器变体 VARIANT_ADC 为例，用 PlatformIO：

pio run -e VARIANT_ADC

产物在.pio/build目录下的hover.bin。不想装 PlatformIO 的话，用 arm-none-eabi-gcc 工具链加 make 也行：

make VARIANT=VARIANT_ADC

产物是build/hover.bin。

烧录

ST-Link 接到主控板的 SWD 引脚（SWDIO、SWCLK、GND），然后：

pio run -e VARIANT_ADC -t upload

或者走 make 路线：make VARIANT=VARIANT_ADC flash。如果芯片被读保护锁住，先跑一次make unlock，它通过 OpenOCD 清除保护。

验证：成功长什么样

• 上电后蜂鸣器响两声短音，说明电机已使能
• 串口适配器把 GND 和 RX 接到传感器线缆（千万别碰红线，15V 会烧板子），115200 波特率打开终端，能看到in1:345 in2:1337 cmdL:0 cmdR:0 BatADC:0 BatV:0 Temp:0这样的数据持续滚动
• VARIANT_ADC 变体：长按电源键 5 秒触发电位器自动校准，然后把旋钮来回转几遍保存；之后轻拨旋钮，轮子平滑加速，噪音和原厂的"嗡嗡"感完全两回事
• 用 ST-Link Utility 查看的话，内存地址 0x08000000 处应能看到 Device ID 0x410，这就是 STM32F103

📐 底层逻辑：FOC控制原理是怎么跑的

从"六步推"到"连续转"

FOC 做的事情一句话概括：不再一圈推六把，而是 16 kHz 地实时算出"转子在哪、该往哪推、推多大力"。

换相法像推旋转木马，一圈推六次，每次都用得上力气，所以吵、所以抖；FOC 像给转起来的小风扇持续顺着方向轻轻助推，转动就丝滑了。关键前提是每一刻都知道转子位置。

照片里轮毂内侧那块小绿板就是位置传感器，配合 ADC 实时采样的相电流，控制器在 DMA 中断里每 16 kHz 跑一个完整控制周期。

三种控制模式：电压、速度、扭矩

同一套 FOC，给三个不同的目标，由Inc/config.h里的CTRL_MOD_REQ选择：

• VOLTAGE 模式：油门踩多深就是多大力，开环、响应快，适合机器人场景
• SPEED 模式：定速巡航，死守目标 RPM，上坡、带载自动补偿
• TORQUE 模式：你出多大力，速度车自己定，目标为 0 时车轮自由滑行，载人骑行场景首选

注意：SPEED 和 TORQUE 这两种闭环模式只有 FOC 控制类型才有。

弱磁控制：速度上限怎么突破

转速越高，电机自身反电动势越大，电池电压推不动了，这就是天然速度上限。

打个比方：水流越快，管子里的顶水压力越大，水龙头再怎么拧也加不动了；把管路稍微收细一点（削弱磁场），同样的水压反而能把轮子推得更快。

固件里弱磁默认关闭，把FIELD_WEAK_ENA设为 1 后，弱磁电流会在FIELD_WEAK_LO到FIELD_WEAK_HI两个门槛之间，从 0 线性升到FIELD_WEAK_MAX。⚠️ 重新校准弱磁后电机可能转得非常快，还会触发电池过压保护，动手前先把安全做足。

🎛️ 平衡车FOC参数配置：最常调的五个参数

参数集中在两个文件：Inc/config.h管行为开关和限值，Src/BLDC_controller_data.c管电机模型参数（全部是定点数，作者配套了 Fixed-Point Viewer 工具帮忙换算）。想标定轮径、齿比、电流这些电机参数，项目文档里放了一份标定结果示例可以参考：

最常动的五个：

• **I_MOT_MAX**（默认 15 A）：单电机电流上限。调大扭矩更猛、加速更快，但电机发热和电池负担都上来；调小更温和。第一次上手可以从 10 A 起步。
• **N_MOT_MAX**（默认 1000 rpm）：最高转速上限。调大更快、调小更安全。第一次试车 300 rpm 足够，HOVERCAR 的新手档甚至锁到 30。
• **SPEED_COEFFICIENT**（默认 16384，即 1.0）：油门灵敏度。调大轻轻一点就是满速请求，调小要使劲踩才有劲。
• **FIELD_WEAK_MAX**（默认 5 A）：弱磁电流上限，越大速度上限越高。作者用 10 寸轮测到过 10 A，没有把握先别动它。
• **TIMEOUT**（默认 20）：连续多少帧错误或缺失输入后紧急停机。调小保护反应更快，调大容忍串口抖动。

弱磁校准就是"画三条线"的事：多快开始介入（FIELD_WEAK_LO）、多快到满值（FIELD_WEAK_HI）、满值推多狠（FIELD_WEAK_MAX）。

如果你只改一个参数：把N_MOT_MAX调低到 300。它直接封住最坏情况的速度，玩熟了再逐步加回来。

🔒 安全红线

所有 FOC 模式都内置这套保护，不是可选功能：

这些保护不是可选项，是底线。母线过流保护直接跑在 16 kHz 的硬件中断里，没有任何商量余地；不要因为保护碍事就去注释掉任何一条。测试电机时，离轮子远一点，手别去碰。

💡 能玩出什么花样

• 踏板 Hovercar（VARIANT_HOVERCAR）：最经典的玩法。两只踏板管加速和刹车，上电时用踏板组合选档位——新手档锁 30 rpm 和 4 A，适合第一次上车；静止时双击刹车踏板还能挂倒挡。

• 电动滑板（VARIANT_SKATEBOARD）：默认 TORQUE 模式，右线缆接遥控器 PWM 信号，松开油门车轮自由滑行；再开ELECTRIC_BRAKE_ENABLE，滑行就变成恒定电刹，停车更听话。
• 串口遥控（VARIANT_USART）：115200 波特率串口发指令就能控制左右轮，仓库里带了 Arduino 示例工程（Arduino/hoverserial/），做电动躺椅、机械臂这类自建车很合适。
• 定速巡航：打开CRUISE_CONTROL_SUPPORT再给侧板接一个按钮，按一下锁定当前速度，松脚不减速，长途巡航省力。

📌 后续演进

• VARIANT_HOVERBOARD 的平衡控制（balance controller）在配置里还标着 TODO，两轮站立骑行是社区最期待的功能
• 霍尔里程计ENABLE_ODOMETRY已预留开关，打开后串口会输出左右轮转数计数
• ELECTRIC_BRAKE_ENABLE和STANDSTILL_HOLD_ENABLE是两个现成的扩展开关：一个把滑行换成电刹，一个让车在停稳后原地锁住

改一行 config.h，你的电机就多一种性格。

【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