ESP32 + SimpleFOC + 三路AS5600实现三轴FOC电机控制

使用一块ESP32（具体型号：ESP32 LOLIN D32）开发板，实现三个无刷电机的FOC闭环控制。由于AS5600磁编码器采用固定I2C地址，而ESP32硬件仅提供两路I2C接口，因此需要对SimpleFOC进行一定扩展。经过测试，最终成功实现了三路AS5600角度采集以及三路BLDC电机闭环控制。

一、SimpleFOC默认仅支持两路I2C

AS5600是一款性价比较高的磁编码器，分辨率12位，通过I2C接口读取角度数据。其最大的特点是使用方便，但也存在一个限制：I2C地址固定为0x36，无法通过硬件配置修改地址。

在单个I2C总线上，如果同时连接多个AS5600，就会出现地址冲突问题。ESP32虽然支持两组硬件I2C控制器，但对于三个AS5600来说仍然不够使用。

SimpleFOC库原生支持通过TwoWire对象指定不同的I2C总线，因此可以较容易地实现两路AS5600的读取。然而当需要连接第三个AS5600时，就必须寻找新的解决方案。

二、增加一路软I2C，实现三路AS5600读取

为了在不增加额外硬件的情况下实现第三路AS5600连接，我采用了软件模拟I2C（Soft I2C）的方案。

由于常见的SoftwareWire库在ESP32新版本Arduino框架下兼容性存在问题，因此重新编写了一套轻量级SoftI2C类，用GPIO模拟I2C通信时序，实现AS5600寄存器读取功能。

随后，为了让SimpleFOC能够像使用普通I2C传感器一样使用第三个AS5600，又增加了一个新的传感器类：

• SoftI2C类
• MagneticSensorI2CEx类

其中SoftI2C负责底层通信，而MagneticSensorI2CEx则继承SimpleFOC的Sensor基类，实现角度数据读取接口。

这样一来：

• 第一颗AS5600使用Wire
• 第二颗AS5600使用Wire1
• 第三颗AS5600使用SoftI2C

成功解决了固定地址冲突问题，实现三路编码器同时工作。

经过测试，三个AS5600均能够稳定读取角度信息，并实时输出到串口。

三、借助SimpleFOC实现三路电机闭环控制

在解决编码器问题之后，剩下的工作就变得相对简单。

每个电机分别配置：

• BLDCMotor对象
• BLDCDriver3PWM驱动器
• AS5600位置传感器

然后通过SimpleFOC提供的接口完成：

• 传感器绑定
• 驱动器绑定
• 电机初始化
• FOC初始化
• 闭环运行

经过调试后，三个电机均能够正常完成电角度校准，并进入闭环控制状态。

后续还增加了串口控制指令，例如：

• M1P6.28
• M2P3.14
• M3P100

通过串口即可直接控制三个电机运动到指定位置，实现多轴协同控制。

四、硬件配置与应用展望

本次实验使用的主要硬件如下：

• ESP32 LOLIN D32开发板 ×1
• SimpleFOC Mini驱动板 ×3
• AS5600磁编码器 ×3
• 无刷电机 ×3

整个系统仅使用一块ESP32即可实现三路FOC控制，大幅降低了硬件成本和系统复杂度。

完成三轴控制平台搭建后，可以直接利用SimpleFOC开源库提供的丰富功能，实现：

• 三轴云台控制
• 机械臂关节控制
• 机械恐龙运动控制
• 摄像稳定平台
• 多自由度机器人

相比传统自行编写FOC算法，SimpleFOC已经完成了电流环、速度环、位置环等大量底层工作，开发者只需关注运动控制逻辑即可，大大缩短开发周期。

经过本次实践验证，通过增加一路软I2C和扩展传感器接口，ESP32完全能够胜任三路AS5600和三路BLDC电机的FOC控制任务，为后续多轴运动控制项目提供了一个低成本、易扩展的解决方案。