Update: replace board, add servo driver program

This commit is contained in:
2026-07-15 23:44:36 +03:00
parent 50638a11be
commit ff51eccf22
8 changed files with 307 additions and 286 deletions

View File

@@ -1,176 +1,129 @@
# Документация MQTT-интерфейса управления двигателями (TMC2209 + Сервопривод)
Данный документ описывает структуру MQTT-топиков для удаленного управления шаговым двигателем с драйвером TMC2209 и сервоприводом, а также получения телеметрии с обоих устройств.
**Общие особенности реализации:**
* **Интервал опроса:** Чтение и публикация статусов происходят каждые **500 мс**.
* **State-Change Publishing:** Для экономии трафика и снижения нагрузки на брокер, устройство публикует данные в топики телеметрии **только при изменении значения**.
* **Сброс кэша:** При успешном переподключении к MQTT-брокеру внутренний кэш значений сбрасывается, что гарантирует отправку актуального состояния всех параметров сразу после установки связи.
* **Единый контроллер:** Оба устройства управляются через один ESP32 с общей MQTT-инфраструктурой.
Ниже представлена структурированная документация по MQTT-топикам, составленная на основе предоставленного вами кода. Документация разделена на логические блоки для удобства использования (управление и телеметрия).
---
## 1. Топики управления (Subscribe)
Устройство подписано на эти топики для получения команд от пользователя или вышестоящей системы (Home Assistant, Node-RED и т.д.).
# 📡 Документация по MQTT интерфейсу (ESP32 + TMC2209 + Servo)
### 1.1. Управление шаговым двигателем
| Топик | Тип данных | Описание | Пример Payload |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| `motor/control/rpm` | `int` | Установка целевой скорости вращения (об/мин). Отрицательные значения включают **реверс**. | `150` (вперед)<br>`-50` (назад) |
| `motor/control/driver` | `string` | Аппаратное управление пином `EN` драйвера. | `on` (включить)<br>`off` (выключить) |
| `motor/control/totalsteps/reset` | `any` | Сброс счетчика шагов в ноль. После сброса устройство опубликует `0` в `motor/feedback/totalsteps`. | `1` / `reset` |
| `motor/control/tmc/current_percent` | `int (0-100)` | Установка тока двигателя (Run Current) в процентах. Ток удержания (Hold) автоматически устанавливается как 50% от заданного. | `80` |
| `motor/control/tmc/microsteps` | `int` | Настройка режима микрошага. | `256`, `64`, `16`, `4` |
| `motor/control/tmc/stallguard` | `int` | Установка порогового значения StallGuard (защита от пропуска шагов / датчик нагрузки). | `5` |
| `motor/control/tmc/enable` | `string` | Программное включение/выключение чипа TMC2209. | `on` / `off` |
| `motor/control/tmc/stealthchop` | `string` | Включение/выключение режима StealthChop (бесшумная работа на малых скоростях). | `on` / `off` |
| `motor/control/tmc/coolstep` | `string` | Включение/выключение режима CoolStep (адаптивное снижение тока для уменьшения нагрева). | `on` / `off` |
### 1.2. Управление сервоприводом
| Топик | Тип данных | Описание | Пример Payload |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| `servo/control/angle` | `int (0-180)` | Установка угла поворота сервопривода в градусах. | `90` (центр)<br>`0` (мин)<br>`180` (макс) |
| `servo/control/pulse` | `int (500-2500)` | Прямая установка ширины управляющего импульса в микросекундах. | `1500` (центр)<br>`500` (мин) |
| `servo/control/enable` | `string` | Включение/выключение сервопривода. При `off` происходит detach (снятие сигнала). | `on` / `off` |
| `servo/control/detach` | `string` | Принудительное отсоединение сигнала (серво перестаёт держать позицию, экономия энергии). | `1` / `true` |
## 📌 Общая информация
- **Архитектура**: ESP32 (FreeRTOS задача `mqttTask`).
- **Период опроса телеметрии**: 500 мс.
- **Оптимизация трафика**: Публикация данных происходит **только при изменении значения** (реализован кэш последних отправленных значений).
- **Префиксы**:
- `.../control/...` — топики для **отправки команд** устройству (подписка устройства).
- `.../feedback/...` — топики для **получения статуса/телеметрии** от устройства (публикация устройства).
---
## 2. Топики телеметрии (Publish)
Устройство публикует в эти топики текущее состояние двигателей и драйверов.
## ⚙️ 1. Управление шаговым двигателем (Motor Control)
### 2.1. Базовая телеметрия шагового двигателя
| Топик | Тип данных | Описание | Пример Payload |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| `motor/feedback/rpm` | `int` | Текущая фактическая скорость вращения (об/мин). Может быть отрицательной при реверсе. | `145` |
| `motor/feedback/totalsteps` | `unsigned long` | Накопительный счетчик шагов. | `145000` |
| `motor/feedback/is_run` | `bool (string)` | Флаг вращения двигателя. | `true` / `false` |
Устройство подписывается на эти топики для получения команд.
### 2.2. Телеметрия настроек TMC2209
| Топик | Тип данных | Описание | Пример Payload |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| `motor/feedback/tmc/current_percent` | `int` | Текущий установленный рабочий ток (Run Current) в %. | `80` |
| `motor/feedback/tmc/microsteps` | `int` | Текущее значение делителя микрошага. | `16` |
| `motor/feedback/tmc/sg_result` | `uint16_t` | Текущее считанное значение StallGuard (индикатор нагрузки на вал). | `12` |
| `motor/feedback/tmc/interstep_duration` | `uint32_t` | Текущая длительность интервала между шагами (в тиках/микросекундах). | `4500` |
### 2.3. Статусы и флаги драйвера (DRV_STATUS)
Эти топики отражают аппаратные флаги, считываемые из регистра статуса TMC2209.
| Топик | Тип данных | Описание | Пример Payload |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| `motor/feedback/tmc/status/over_temp` | `bool (string)` | Перегрев драйвера (предупреждение или аварийное отключение). | `true` / `false` |
| `motor/feedback/tmc/status/short_to_ground` | `bool (string)` | Короткое замыкание на землю (на фазах A или B). | `true` / `false` |
| `motor/feedback/tmc/status/open_load` | `bool (string)` | Обрыв нагрузки (не подключена катушка двигателя). | `true` / `false` |
| `motor/feedback/tmc/status/stealth_chop_active` | `bool (string)` | Находится ли драйвер в режиме StealthChop в данный момент. | `true` / `false` |
| `motor/feedback/tmc/status/standstill` | `bool (string)` | Находится ли двигатель в состоянии покоя (Standstill). | `true` / `false` |
| `motor/feedback/tmc/status/current_scaling` | `uint8_t` | Текущий коэффициент масштабирования тока (Current Scaling), применяемый драйвером. | `150` |
| `motor/feedback/driver/status` | `string` | Общий результат аппаратной проверки драйвера. | `on` / `off` |
| `motor/feedback/tmc/status` | `string` | Результат проверки программного флага включения TMC. | `on` / `off` |
### 2.4. Телеметрия сервопривода
| Топик | Тип данных | Описание | Пример Payload |
| :--- | :--- | :--- | :--- |
| `servo/feedback/angle` | `int` | Текущий установленный угол поворота (0-180). | `90` |
| `servo/feedback/status` | `string` | Статус сервопривода (включен/выключен). | `on` / `off` |
| Топик | Тип данных | Описание | Пример полезной нагрузки (Payload) |
| :--- | :---: | :--- | :--- |
| `motor/control/rpm` | Integer | Целевая скорость в об/мин (RPM). **Отрицательные значения** включают реверс. | `-150`, `0`, `300` |
| `motor/control/driver` | String | Аппаратное включение/выключение драйвера (пин `EN_PIN`). `on` = LOW (включен), любое другое = HIGH (выключен). | `on`, `off` |
| `motor/control/totalsteps/reset` | Any | Сброс счетчика шагов в ноль. После сброса устройство само опубликует `0` в топик обратной связи. | `1`, `reset`, `""` |
---
## 3. Примеры сценариев использования
## 🛠️ 2. Управление драйвером TMC2209 (TMC Control)
### 3.1. Управление шаговым двигателем
Специфические команды для настройки микросхемы TMC2209.
| Топик | Тип данных | Описание | Пример полезной нагрузки |
| :--- | :---: | :--- | :--- |
| `motor/control/tmc/current_percent` | Integer (0-100) | Установка рабочего тока в процентах. Ток удержания (Hold) автоматически устанавливается как 50% от рабочего. | `75` |
| `motor/control/tmc/microsteps` | Integer | Установка режима микрошага. | `16`, `32`, `256` |
| `motor/control/tmc/stallguard` | Integer | Установка порога чувствительности StallGuard (защита от заклинивания/определение нагрузки). | `10`, `50` |
| `motor/control/tmc/enable` | String | Программное включение/выключение чипа TMC. | `on`, `off` |
| `motor/control/tmc/stealthchop` | String | Включение/выключение режима StealthChop (бесшумный режим). | `on`, `off` |
| `motor/control/tmc/coolstep` | String | Включение/выключение режима CoolStep (динамическое управление током). | `on`, `off` |
---
## 📊 3. Телеметрия шагового двигателя (Motor Feedback)
Устройство публикует эти данные **только при изменении значения**, проверка происходит каждые 500 мс.
| Топик | Тип данных | Описание |
| :--- | :---: | :--- |
| `motor/feedback/rpm` | Integer | Текущая фактическая скорость вращения (RPM). |
| `motor/feedback/totalsteps` | Integer (String) | Общее количество сделанных шагов (накапливаемое). |
| `motor/feedback/is_run` | String (`true`/`false`) | Флаг: двигатель в движении (`true`) или остановлен (`false`). |
| `motor/feedback/driver/status` | String (`on`/`off`) | Общий статус драйвера (результат `checkDriverStatus()`). |
| `motor/feedback/tmc/status` | String (`on`/`off`) | Статус программного включения TMC (результат `checkTmcSoftwareEnable()`). |
### Детальная телеметрия TMC2209
*(Публикуется только если `tmcIsInitialized() == true`)*
| Топик | Тип данных | Описание |
| :--- | :---: | :--- |
| `motor/feedback/tmc/current_percent` | Integer | Текущий установленный процент рабочего тока. |
| `motor/feedback/tmc/microsteps` | Integer | Текущее значение микрошага. |
| `motor/feedback/tmc/sg_result` | Integer | Текущее значение StallGuard (нагрузка на вал). |
| `motor/feedback/tmc/interstep_duration`| Integer | Длительность между шагами (мкс/такты). |
| `motor/feedback/tmc/status/over_temp` | String (`true`/`false`) | Предупреждение или отключение по перегреву. |
| `motor/feedback/tmc/status/short_to_ground`| String (`true`/`false`) | Короткое замыкание на землю (фаза A или B). |
| `motor/feedback/tmc/status/open_load` | String (`true`/`false`) | Обрыв нагрузки (отключен двигатель) на фазе A или B. |
| `motor/feedback/tmc/status/stealth_chop_active`| String (`true`/`false`) | Фактически активный режим StealthChop. |
| `motor/feedback/tmc/status/standstill` | String (`true`/`false`) | Двигатель находится в состоянии покоя. |
| `motor/feedback/tmc/status/current_scaling`| Integer | Внутренний масштабный коэффициент тока драйвера. |
---
## 🦾 4. Управление сервоприводами (Servo Control)
Поддержка нескольких каналов (сервоприводов). Топики используют динамический параметр `{channel}` (номер канала, от `0` до `MAX_SERVOS - 1`).
### Команды (Подписка устройства)
Базовый паттерн: `servo/control/{channel}/{command}`
| Топик (пример для канала 0) | Тип данных | Описание | Пример Payload |
| :--- | :---: | :--- | :--- |
| `servo/control/0/angle` | Integer (0-180) | Установить угол поворота сервопривода. | `90`, `180`, `0` |
| `servo/control/0/enable` | String | Включить (`on`, `1`, `true`) или выключить сервопривод. | `on`, `off`, `true` |
*Примечание: Код использует `sscanf(topic, "servo/control/%d/%s", &channel, command)`, поэтому команда может быть любой строкой, но обрабатываются только `angle` и `enable`.*
### Обратная связь (Публикация устройства)
Устройство публикует состояние конкретного канала только при его изменении.
| Топик (пример для канала 0) | Тип данных | Описание |
| :--- | :---: | :--- |
| `servo/0/feedback/status` | String (`on`/`off`) | Текущий статус включения сервопривода на канале 0. |
| `servo/0/feedback/angle` | Integer | Текущий установленный угол (в градусах) сервопривода на канале 0. |
*(Замените `0` на актуальный номер канала при использовании)*
---
## 💡 Важные особенности реализации
1. **Анти-спам (Кэширование)**: В коде реализована строгая проверка `if (current_value != last_pub_value)`. Это означает, что если двигатель стоит, а его параметры не меняются, топик `motor/feedback/rpm` **не будет** засорять сеть сообщениями каждые 500 мс. Сообщение придет только при изменении.
2. **Сброс шагов**: При получении команды на `motor/control/totalsteps/reset`, устройство не только сбрасывает внутренний счетчик, но и принудительно публикует `"0"` в `motor/feedback/totalsteps`, чтобы синхронизировать состояние с клиентом.
3. **Логика пина Enable**: Для `motor/control/driver` значение `"on"` подает `LOW` на `EN_PIN` (что стандартно для TMC2209 означает **включение** драйвера), а любое другое значение подает `HIGH` (выключение).
4. **Безопасность серво**: При отправке команды `angle`, код проверяет диапазон `0 <= angle <= 180`. Значения вне этого диапазона будут проигнорированы.
---
### Пример сценария использования (CLI / mosquitto)
#### Запуск двигателя с нужными параметрами
```bash
# Устанавливаем ток 70% и микрошаг 16
mosquitto_pub -t "motor/control/tmc/current_percent" -m "70"
mosquitto_pub -t "motor/control/tmc/microsteps" -m "16"
# Включить драйвер
mosquitto_pub -t "motor/control/driver" -m "on"
# Включаем тихий режим
# Запустить двигатель на 200 об/мин вперед
mosquitto_pub -t "motor/control/rpm" -m "200"
# Включить бесшумный режим
mosquitto_pub -t "motor/control/tmc/stealthchop" -m "on"
# Аппаратно включаем драйвер и задаем скорость 100 RPM
mosquitto_pub -t "motor/control/driver" -m "on"
mosquitto_pub -t "motor/control/rpm" -m "100"
# Повернуть сервопривод на канале 1 на 90 градусов и включить его
mosquitto_pub -t "servo/control/1/enable" -m "on"
mosquitto_pub -t "servo/control/1/angle" -m "90"
# Подписаться на всю телеметрию двигателя для отладки
mosquitto_sub -t "motor/feedback/#" -v
```
#### Аварийная остановка и сброс
```bash
# Остановка (скорость 0)
mosquitto_pub -t "motor/control/rpm" -m "0"
# Программное отключение чипа TMC
mosquitto_pub -t "motor/control/tmc/enable" -m "off"
# Сброс счетчика шагов
mosquitto_pub -t "motor/control/totalsteps/reset" -m "1"
```
#### Мониторинг нагрузки (StallGuard)
Для отслеживания нагрузки на вал или момента срыва шагов, необходимо слушать топик `motor/feedback/tmc/sg_result`. Резкое падение значения `sg_result` при движении обычно означает столкновение или заклинивание механизма.
### 3.2. Управление сервоприводом
#### Базовое позиционирование
```bash
# Установить серво в центральное положение (90°)
mosquitto_pub -t "servo/control/angle" -m "90"
# Установить в крайнее положение (180°)
mosquitto_pub -t "servo/control/angle" -m "180"
# Вернуть в ноль
mosquitto_pub -t "servo/control/angle" -m "0"
```
#### Плавное движение (bash-скрипт)
```bash
#!/bin/bash
for angle in 0 45 90 135 180 135 90 45 0; do
mosquitto_pub -t "servo/control/angle" -m "$angle"
sleep 1
done
```
#### Точное управление по ширине импульса
```bash
# Установка точного положения через ширину импульса (1500 мкс = центр)
mosquitto_pub -t "servo/control/pulse" -m "1500"
# Минимальное положение
mosquitto_pub -t "servo/control/pulse" -m "500"
# Максимальное положение
mosquitto_pub -t "servo/control/pulse" -m "2500"
```
#### Управление питанием серво
```bash
# Отключить серво (снять удержание, экономия энергии)
mosquitto_pub -t "servo/control/enable" -m "off"
# Включить серво (восстановить удержание позиции)
mosquitto_pub -t "servo/control/enable" -m "on"
# Принудительное отсоединение сигнала
mosquitto_pub -t "servo/control/detach" -m "1"
```
### 3.3. Комплексные сценарии
#### Одновременное управление обоими двигателями
```bash
# Запуск шагового двигателя на 50 RPM
mosquitto_pub -t "motor/control/rpm" -m "50"
# Одновременное перемещение серво в положение 45°
mosquitto_pub -t "servo/control/angle" -m "45"
# Мониторинг телеметрии обоих устройств
mosquitto_sub -t "motor/feedback/#" -t "servo/feedback/#"
```
---
Если вам нужно добавить эту документацию в ваш репозиторий, я могу оформить её в виде готового файла `README.md` или `MQTT_API.md` с дополнительными разделами (например, схемой подключения или настройкой `config.h`).