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平衡车 FOC 固件入门：用 hoverboard-firmware-hack-FOC 重写电机控制

【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

给平衡车换底盘做卡丁车、电动滑板或机器人底盘，原厂六步换向电机噪声大、振动明显，电流利用也不高。hoverboard-firmware-hack-FOC 这个开源项目把电机控制换成场定向控制（FOC），固件直接烧进平衡车主板，转向更顺、转速上限更高，还能接各种输入设备。

先判断：你的平衡车能不能刷

先确认硬件，不匹配就别往下读了。这份固件面向"主板 + 两条侧板"的传统平衡车结构：

• 主控芯片是STM32F103RCT6或GD32F103RCT6（两种都被支持）
• 主板带两条 4 针侧板排线，引出 GND、12/15V 和 USART2、USART3
• 不是分体主板（splitboard），那种要另用专门的固件
• 手上有 ST-Link，能从 SWD 口（PA13/PA14/GND/3.3V）烧录

主板引脚和线序在 docs/ 的引脚图里标得很清楚：

侧板排线是输入设备的主要接口，两点要记牢：右侧（USART3）排线耐 5V，左侧（USART2）排线不耐 5V，接错会烧口。两条排线都能跑 UART / PWM / PPM / iBUS，左侧还能当 12bit ADC 用，右侧能挂 I2C。

它到底改变了什么：FOC、三种模式与场削弱

先把 FOC 说清楚。原厂的六步换向（commutation）是按固定六步顺序切换三相电流，简单但粗糙：电流角度对不准转子，转矩有脉动，就表现为噪声和抖动。场定向控制（FOC, Field Oriented Control）把三相电流分解成两个互相垂直的分量——一个专管转矩（q 轴），一个管磁场（d 轴），分别闭环，让电机在任何转速都尽量用最小的电流做出最大的转矩。

平衡车电机拆开后能看到三相铜绕组和定子磁钢，FOC 就是围绕这套结构做精确控制：

在 FOC 之下，固件提供三种控制模式，都在 Inc/config.h 里用CTRL_MOD_REQ切换：

• 电压模式VLT_MODE：恒定电压输出，响应最快，机器人或需要电机立刻跟手的场景
• 速度模式SPD_MODE：闭环跟踪转速目标、抗负载扰动，适合恒速应用
• 扭矩模式TRQ_MODE：闭环跟踪扭矩，目标为 0 时可自由滑行，载人驾驶首选

再往上是场削弱（field weakening）。电机转到接近最高转速时，反电动势（转速越高、反向电压越大）会顶住电源电压，再想加速就得让磁场"让路"——d 轴注入反向电流削弱磁场，就能往上再挤一段转速。它默认是关的，开启后按FIELD_WEAK_LO到FIELD_WEAK_HI之间线性过渡，到FIELD_WEAK_HI达到最大削弱：

这三层其实是一条线：FOC 提供电流分解的基础，控制模式决定"控制什么量"，场削弱决定"转速上限能多高"。改其中一处，另外两处都会受影响，所以调参要连着看。

从克隆到烧录：最短可跑通路径

最短的一条路：克隆 → 选变体 → 编译 → ST-Link 烧录。

1. 克隆仓库：

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

2. 选变体。在 platformio.ini 的default_envs里打开一行，比如电位器控制：

default_envs = VARIANT_ADC

变体对应不同输入方式：VARIANT_ADC（电位器）、VARIANT_USART（串口）、VARIANT_NUNCHUK（Wii 手柄）、VARIANT_PPM/VARIANT_PWM/VARIANT_IBUS（遥控器）、VARIANT_HOVERCAR（踏板）等，细节配置在 Inc/config.h。

3. 编译 + 烧录。用 PlatformIO 的话：

pio run -e VARIANT_ADC # 编译 pio run -t upload -e VARIANT_ADC # ST-Link 烧录

仓库里也带了 Makefile 和 MDK-ARM/（Keil 工程），可以改用make或 Keil 编译，产物是一个可直接烧录的固件包：

首次烧录前通常要先解锁 MCU 出厂的"读保护"，这个坑见下一节。

把它变成你要的样子：变体、用途与调参

选变体，就是选输入和玩法

变体（variant）本质是"一套预设的输入接线 + 控制参数"。同一块主板，只换变体就能变成完全不同的机器：

• VARIANT_ADC：两个电位器接左侧排线，最基础的调试方式
• VARIANT_USART：用 Arduino 等经串口发命令，适合机器人，参考 Arduino/hoverserial/ 的示例草图
• VARIANT_NUNCHUK：Wii 手柄单手控油门、刹车、转向，常用于电动轮椅
• VARIANT_PPM/VARIANT_PWM/VARIANT_IBUS：遥控器（PPM 和脉宽信号、飞思卡尔 iBUS 协议）
• VARIANT_HOVERCAR：油门 + 刹车两个踏板，静止时双击刹车进入倒车
• VARIANT_SKATEBOARD：扭矩模式的电动滑板
• VARIANT_TRANSPOTTER：基于平衡车的载人运输车
• VARIANT_HOVERBOARD：读两块侧板数据，平衡控制算法目前尚未实现

选用途

改造成卡丁车是最常见的玩法，两个踏板加一个转向输入：

调电机参数

真正让车"手感对"的是电机参数，它们都放在 Src/BLDC_controller_data.c 里，用定点数（fixed-point）表示以省运算。仓库给了一份已校准的默认值，想微调再动它。

调参前最好先摸清电机本身（极对数、电阻、电感、反电动势）。如果手上有 VESC 控制器，可用它的"FOC 参数检测"自动量出来再填进去，比盲调省时间：

最常动的限幅参数在 Inc/config.h：

#define I_MOT_MAX 15 // [A] 单电机最大电流 #define N_MOT_MAX 1000 // [rpm] 最大转速

从默认值起步，先跑通，再逐个小步调。

别踩的坑

保护机制都内置了，但几处参数动了就危险：

• 电流保护：单电机限流I_MOT_MAX（默认 15A）、直流母线条限流I_DC_MAX（默认 17A），超限会做电流削波
• 转速限：N_MOT_MAX（默认 1000 rpm），所有 FOC 模式都有效
• 电池电压分级：从绿灯正常到红灯急促报警，再到低压自动关机，阈值在 Inc/config.h 的BAT_*里，按你的电池串数校准
• 温度保护：芯片内温传感器，TEMP_WARNING/TEMP_POWEROFF要先校准再开，不校准不准
• 输入超时：连续 20 帧错误/丢失的输入命令会触发紧急关机（TIMEOUT）

场削弱是最容易出事的地方：开了之后电机会转得很快，功耗大涨，可能直接触发电池 BMS 的过压保护。调它时一定做好防护，从小电流FIELD_WEAK_MAX往上调。

还有一个高频坑：出厂的 MCU 开了读保护（readout protection），第一次连 ST-Link 会报"Can not read memory! Disable Read Out Protection"。得先做一次全片擦除解锁，之后再正常烧录，docs/ 的 wiki 有专门的解锁页：

周边与延伸

这个项目的价值一半在固件本身，一半在周围攒起来的生态，多数不用装本地环境就能用：

• 网页串口控制：用浏览器直接遥控已刷固件的平衡车
• 在线编译器：浏览器里编译固件，省去本地工具链
• FOC 控制器设计：底层控制器以 Simulink 模型单独成库，还有个不依赖 Matlab 的 Webview，能直接观察控制器行为
• 定点数查看器 FixedPointViewer：看/改定点数参数的辅助工具
• 扩展板 breakout board：把侧板排线信号引出到标准接口，方便接传感器
• ROS 驱动：接入机器人操作系统
• 分体主板固件：给新型 splitboard 的独立实现
• 社区：从旧的 Telegram 群迁到 Matrix，历史消息（含图片）都搬了过去

开始

先拆下车量一下主控型号，对上前面那张"能不能刷"的清单；能刷，就克隆仓库、选个VARIANT_ADC、用 ST-Link 烧一遍，跑通后再决定要不要改成卡丁车或机器人底盘。

先从默认参数跑起来，一次只动一个参数，把 FOC 三种模式和场削弱当成三档可拨的开关，而不是一次性全开。

【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