Беспроводной контроллер шагового двигателя на ESP32 и TMC2240: схема и программа

Интернет вещей (IoT) произвел революцию в способах управления устройствами, обеспечив бесперебойный удаленный мониторинг и управление по сети. В этом руководстве представлено инновационное решение для удаленного управления шаговым двигателем, позволяющее точно регулировать его положение, отслеживать его работу и получать обратную связь в реальном времени непосредственно из простого веб-браузера.

Для тех, кто только начинает знакомиться с робототехникой и автоматизацией, понимание основ работы шагового двигателя — отличный первый шаг перед тем, как приступить к этому сложному проекту. В этом руководстве представлено инновационное решение для управления шаговым двигателем ESP32 с помощью Wi-Fi, позволяющее точно регулировать положение двигателя, отслеживать его работу и получать обратную связь в реальном времени из простого веб-браузера.

В этом руководстве мы рассмотрим беспроводной контроллер шагового двигателя на базе ESP32 — простой, но мощный способ добавить управление шаговым двигателем по Wi-Fi в любой проект. Этот беспроводной драйвер шагового двигателя сочетает в себе надежное управление и современные возможности подключения, что делает его идеальным для применения в автоматизации, робототехнике и промышленном прототипировании. Благодаря этой беспроводной конструкции драйвера шагового двигателя вы можете управлять двигателем напрямую через локальный веб-интерфейс, без необходимости в дополнительном программном обеспечении или сложной настройке.

Вы можете ознакомиться с файлами проекта, включая файлы Gerber для печатной платы и спецификацию компонентов, чтобы самостоятельно собрать этот беспроводной контроллер шагового двигателя.

Принципы работы беспроводного контроллера шагового двигателя

Беспроводной контроллер шагового двигателя с ESP32 — это интеллектуальная система управления двигателем, сочетающая в себе точное управление шаговым двигателем с беспроводным подключением и интеллектуальным управлением питанием.

Беспроводное управление шаговым двигателем: управляйте двигателем дистанционно через простой веб-интерфейс в любом браузере или на смартфоне.

Точность и аккуратность: обеспечьте высокоточное позиционирование с шагом до 1/256 микрошага и обратной связью от энкодера в реальном времени с помощью датчика AS5600.

Интеллектуальное управление питанием: автоматическое согласование оптимальных уровней мощности от источников питания USB-C Power Delivery (PD) в диапазоне от 5 В до 20 В.

Мониторинг в реальном времени: отслеживайте важные данные, включая температуру двигателя, потребляемый ток и точное положение, — вся информация обновляется в режиме реального времени на веб-панели управления.

Интуитивно понятная визуальная обратная связь: используйте цветные RGB-светодиодные индикаторы, чтобы мгновенно увидеть состояние питания системы и активность двигателей.

Основные характеристики нашего беспроводного драйвера шагового двигателя

Веб-управление: простые HTTP-команды управляют всеми функциями двигателя — специальное программное обеспечение не требуется.
Точное перемещение: до 1/256 микрошага с замкнутым контуром позиционирования с использованием магнитного энкодера AS5600.
Интеллектуальное управление питанием: автоматически выбирает напряжение 5 В, 9 В, 12 В или 15 В от источников USB-PD.
Визуальная обратная связь: RGB-светодиоды отображают уровень мощности (цветовая кодировка) и активность двигателя (мигание).
Мониторинг в реальном времени: обновление информации о состоянии в режиме реального времени, включая температуру, потребляемый ток и местоположение.
Неблокирующая работа: веб-сервер остается отзывчивым, а двигатель работает бесперебойно.

Необходимые компоненты

Компонент	Количество	Описание
ESP32-S3-WROOM-1	1	Модуль микроконтроллера с поддержкой Wi-Fi и Bluetooth 5.0, двухъядерным процессором Xtensa LX7, 512 КБ SRAM и 8 МБ флэш-памяти.
TMC2240ATJ+T	1	Высокоточный драйвер шагового двигателя с управлением по протоколу SPI, поддерживающий ток до 2 А и обеспечивающий сверхтихую работу.
AS5600-ASOM	1	Бесконтактный магнитный датчик положения вращения с 12-битным разрешением для точного измерения угла.
ADPL44002AUJZ	1	Линейный стабилизатор напряжения с низким падением напряжения (LDO), поддерживающий входное напряжение 2,7–40 В и выходной ток до 200 мА.
FUSB302BMPX	1	Контроллер USB Type-C с поддержкой Power Delivery (PD) для согласования напряжения и переключения ролей передачи данных.
ADM803SAKSZ	1	Микросхема контроля напряжения с двухтактным выходом для надежного управления сбросом системы.
AO3400A	1	P-канальный MOSFET (30 В, 4 А) для низковольтных коммутационных приложений.
EVQ-P7A01P	4	Тактильные кнопочные переключатели (6×6 мм, усилие срабатывания 160 гс) для ввода данных пользователем.
SMF40A	1	Диод подавления переходных напряжений (TVS) на 40 В для защиты цепи от скачков напряжения.
SD05	1	Массив TVS-диодов, предназначенный для защиты от USB-зарядов и электростатического разряда.
LTST-C191KRKT	1	Красный светодиод для поверхностного монтажа (корпус 0603) для индикации состояния.
XL-1615RGBC-YG	1	RGB-светодиод (с общим катодом, корпус 1615) для многоцветной визуальной обратной связи.
Другие пассивные компоненты	—	Включает конденсаторы, резисторы и необходимые дискретные компоненты.
Разъемы	—	Дополнительные разъемы по мере необходимости.
Заказная печатная плата	—	Основная печатная плата системы.
Детали, вырезанные лазером	—	Корпуса и механические опоры.
Прочие инструменты и расходные материалы	—	Материалы для сборки и тестирования.

Компонентов достаточно много, но для проекта с таким функционалом это нормально.

Схема проекта

Схема беспроводного контроллера шагового двигателя на ESP32 и TMC2240 представлена на следующем рисунке. Она демонстрирует как эффективно управлять шаговым двигателем с помощью ESP32. Ее также можно скачать в формате PDF из репозитория GitHub, ссылка на который приведена в конце статьи.

Схема полностью настраиваема. Вы можете изменить любую часть проекта в соответствии со своими конкретными потребностями.

Во-первых, силовой блок, который объединяет контроллер USB Power Delivery (PD) и стабилизатор напряжения с низким падением напряжения (LDO) для управления входным напряжением и обеспечения стабильного выходного напряжения 3,3 В. В качестве контроллера USB PD используется FUSB302BMPX, который согласовывает профили питания через разъем USB-C. Он подключается к линиям CC1 и CC2 через подтягивающие резисторы 5,1 кОм для определения ориентации кабеля и профилей напряжения. После согласования параметров питания линия VBUS подает необходимое напряжение (например, 9 В или 12 В), которое затем передается на стабилизатор LDO.

В качестве стабилизатора напряжения используется LDO ADP4140002, который понижает согласованное напряжение до стабильного значения 3,3 В. Это напряжение 3,3 В используется для питания микроконтроллера ESP32-S3, логической части драйвера шагового двигателя, датчика магнитного положения и светодиодных индикаторов.

LDO-регулятор включает в себя входные и выходные конденсаторы для стабилизации напряжения и фильтрации шума, а контроллер PD взаимодействует с ESP32-S3 через I²C и уведомляет его о любых событиях, связанных с питанием, с помощью вывода прерывания.

В основе системы лежит модуль ESP32-S3-WROOM-1, обеспечивающий подключение по Wi-Fi и Bluetooth, а также множество выводов GPIO для управления и связи. Эта конфигурация демонстрирует, как эффективно управлять шаговым двигателем с помощью ESP32. Его выводы GPIO0 и EN подключены к кнопкам для загрузки и сброса. Связь осуществляется через USB с использованием собственных выводов D+ и D–, которые подключены через резисторы 33 Ом.

Шина I²C на выводах GPIO9 (SCL) и GPIO8 (SDA) подключается к контроллеру USB PD и магнитному датчику положения, обеспечивая двустороннюю связь для контроля питания и положения. ESP32 также взаимодействует с драйвером шагового двигателя TMC2240 как через SPI, так и через выделенные управляющие выводы. Для связи по SPI используются выводы GPIO10–13, а для сигналов STEP и DIR — выводы GPIO5 и GPIO6.

Кроме того, три светодиода подключены к выводам GPIO40, GPIO41 и GPIO42 через резисторы сопротивлением 330 Ом и служат индикаторами состояния.

Драйвер шагового двигателя TMC2240 обеспечивает точное управление шаговым двигателем. Он получает входное питание двигателя (VM) от внешнего источника питания и логическое питание от стабилизатора напряжения 3,3 В. Управление двигателем осуществляется с помощью сигналов STEP и DIR от ESP32, а шина SPI используется для настройки внутренних параметров и считывания диагностических данных. Драйвер также включает выводы разрешения и диагностики для точного управления и обратной связи. Защита реализована с помощью TVS-диода, подключенного параллельно линии VM, для защиты от скачков напряжения, и резисторов для контроля тока двигателя. Выходные выводы драйвера подключены непосредственно к обмоткам двигателя, что обеспечивает плавную работу в режиме микрошага. Для тех, кто использует драйверы A4988, наше пошаговое руководство по подключению A4988 к Arduino поможет вам разобраться в этом вопросе.

В состав системы входит магнитный датчик углового положения на базе AS5600, предназначенный для определения углового положения вращающегося вала. Этот датчик взаимодействует по интерфейсу I²C, используя ту же шину, что и ПД-контроллер. Он питается от шины 3,3 В и включает в себя развязывающий конденсатор для фильтрации шума. Датчик предоставляет точные данные об угле поворота для ESP32, что позволяет использовать его в системах управления двигателем с обратной связью или в приложениях с отслеживанием положения.

Таким образом, мы рассмотрели принципиальную схему. Далее переходим к печатной плате.

Благодаря интеграции универсального микроконтроллера ESP32 с высокопроизводительным драйвером TMC2240 и энкодером AS5600, эта система управления шаговым двигателем на базе ESP32 с поддержкой Wi-Fi обеспечивает непревзойденную точность и обратную связь в реальном времени.

Разработка печатной платы для беспроводного драйвера шагового двигателя

Для этого проекта мы решили создать собственную печатную плату. Это гарантирует, что конечный продукт будет максимально компактным, простым в сборке и использовании. Плата была разработана с помощью KiCad, и все файлы проекта доступны для скачивания из репозитория GitHub, ссылка на который приведена ниже в этой статье.

Размеры печатной платы составляют приблизительно 42,3 мм x 42,3 мм, что точно соответствует стандартным размерам шаговых двигателей, таких как NEMA 17. Таким образом, она легко устанавливается за двигателем.

После завершения и полной проверки проекта печатной платы мы отправили соответствующие файлы Gerber в компанию по изготовлению печатных плат. Ниже вы можете увидеть готовую печатную плату.

Сборка проекта

Первым шагом при сборке печатной платы была сортировка всех необходимых компонентов в соответствии со спецификацией материалов. После сортировки мы разместили компоненты на печатной плате и припаяли их по одному.

Для упрощения этого процесса можно использовать трафарет для SMD-компонентов, нанося паяльную пасту, а затем разместить компоненты перед пайкой оплавлением на печатной плате с помощью паяльной станции для SMD-компонентов или печи для оплавления. Однако вы не ограничены этими методами; ручная пайка также хорошо подходит для небольших партий.

Выше представлено изображение полностью собранной печатной платы беспроводного контроллера шагового двигателя.

Корпус для драйвера шагового двигателя, вырезанный лазером

Чтобы сделать корпус простым и быстрым, мы выбрали лазерную резку. Нам понадобятся две основные детали, а также несколько шайб. Внизу нам понадобится проставка для компенсации высоты микросхемы магнитного энкодера. Сверху необходимо закрыть печатную плату, чтобы избежать внешних повреждений.

Выше вы можете увидеть изображение вырезанных фигур.

Ниже вы можете увидеть компоненты, необходимые для сборки беспроводного драйвера шагового двигателя.

Сборка очень проста. Единственное, что требует особого внимания, — это размещение магнита на валу. Это важно, поскольку он отвечает за определение положения вала.

Я разломил обычный магнит диаметром 3 мм пополам и прикрепил одну половинку, как показано на изображении ниже. Для склеивания магнита я использовал клей Feviquick.

Далее следует корпус. Он собирается, как показано на следующем изображении.

После полной сборки готовый проект выглядит так, как на изображении ниже. Вы можете оценить компактность этого проекта.

Отсутствие боковых кожухов обусловлено необходимостью обеспечения вентиляции для микросхемы драйвера, что делает её идеальным решением для быстрого прототипирования.

Этот проект беспроводного контроллера шагового двигателя, созданный своими руками, предлагает мощное и компактное решение для робототехнических проектов и проектов домашней автоматизации. Благодаря интеграции универсального микроконтроллера ESP32 с высокопроизводительным драйвером TMC2240 и энкодером AS5600, эта система обеспечивает непревзойденную точность и обратную связь в реальном времени. Веб-управление и интеллектуальное управление питанием делают ее идеальным инструментом для быстрого прототипирования, робототехники и промышленных приложений. Вы можете загрузить весь код и файлы проекта из репозитория GitHub, ссылка на который приведена ниже, чтобы собрать свою собственную систему.

Техническое описание и репозиторий GitHub

Краткое техническое описание, в котором изложены основная идея, принцип работы и основные свойства проекта. Кроме того, репозиторий GitHub содержит исходный код, файлы проекта и документацию для удобства использования. Это описание дает читателю краткий обзор проекта и достаточный метод для его воспроизведения с использованием материалов с открытым исходным кодом.

Объяснение кода для ESP32

В основе этого проекта беспроводного контроллера шагового двигателя лежит универсальный код для Arduino, который органично интегрирует несколько передовых технологий. Прошивка наглядно демонстрирует, как управлять шаговым двигателем с помощью ESP32, и предназначена для объединения следующих функций:

Драйвер шагового двигателя TMC2240: для сверхтихого и точного управления шаговым двигателем.

Технология USB-C Power Delivery: обеспечивает интеллектуальное и регулируемое питание.

Магнитный энкодер AS5600: для высокоточной обратной связи по положению в замкнутом контуре.

RGB-светодиоды состояния: обеспечивают наглядную визуальную индикацию состояния системы.

Веб-интерфейс сервера: для удобного удаленного управления и мониторинга в режиме реального времени.

Система позволяет управлять шаговым двигателем через веб-браузер, одновременно отслеживая мощность, температуру и положение в режиме реального времени.

Библиотеки

В этом коде используется несколько библиотек для обработки различных компонентов.

#include <SPI.h>        
#include <WiFi.h>       
#include <WebServer.h>    
#include "AS5600.h"     
#include <Wire.h>       
#include <PD_UFP.h>     
#include <ArduinoJson.h>
#include "index_page.h"

#include <SPI.h>

#include <WiFi.h>

#include <WebServer.h>

#include "AS5600.h"

#include <Wire.h>

#include <PD_UFP.h>

#include <ArduinoJson.h>

#include "index_page.h"

» SPI.h » – обеспечивает связь с драйвером TMC2240 с использованием последовательного периферийного интерфейса (встроенная библиотека).
» Wire.h » – Обеспечивает связь по протоколу I2C с магнитным энкодером (встроенная библиотека).
» WiFi.h » и «WebServer.h» — обеспечивают подключение к Wi-Fi и управление через веб-интерфейс (встроенные библиотеки).
«AS5600.h» — управляет магнитным энкодером для определения положения.
«PD_UFP.h» – Управляет согласованием параметров питания USB-C.
«ArduinoJson.h» – форматирует данные для ответов веб-API.
«index_page.h» – содержит HTML/CSS/JavaScript для веб-интерфейса (пользовательская библиотека).

Распределение контактов и аппаратные соединения

В системе используются специальные контакты микроконтроллера для различных компонентов, что обеспечивает надлежащую связь и управление.

const int MOSI_PIN = 11, MISO_PIN = 13, SCK_PIN = 12, CS_PIN = 10;
const int EN_PIN = 14;
const int STEP_PIN = 5;
const int DIR_PIN = 6;

const int MOSI_PIN = 11, MISO_PIN = 13, SCK_PIN = 12, CS_PIN = 10;

const int EN_PIN = 14;

const int STEP_PIN = 5;

const int DIR_PIN = 6;

Драйвер шагового двигателя TMC2240 использует интерфейс SPI с выводами MOSI на контакте 11, MISO на контакте 13, SCK на контакте 12 и CS на контакте 10, в то время как выводы управления двигателем включают Enable на контакте 14, Step на контакте 5 и Direction на контакте 6.

Магнитный энкодер AS5600 взаимодействует по протоколу I2C, используя контакты 8 для SDA и 9 для SCL.

const int RGB_RED_PIN = 40;
const int RGB_GREEN_PIN = 42;
const int RGB_BLUE_PIN = 41;

const int RGB_RED_PIN = 40;

const int RGB_GREEN_PIN = 42;

const int RGB_BLUE_PIN = 41;

RGB-светодиод использует три отдельных контакта для управления цветом: красный — на контакте 40, зеленый — на контакте 42, а синий — на контакте 41.

#define FUSB302_INT_PIN 7

1	#define FUSB302_INT_PIN 7

В системе USB-C Power Delivery контакт 7 используется в качестве контакта прерывания для контроллера FUSB302.

Глобальные переменные и конфигурация

Система поддерживает различные глобальные переменные для отслеживания разных аспектов работы.

bool isMotorEnabled = false;  
bool currentDirection = true; 
bool isMovingToAngle = false;
bool pd_negotiation_complete = false; 
int currentSpeed = DEFAULT_SPEED;
uint16_t motorCurrent = DEFAULT_CURRENT;  
uint8_t microSteps = DEFAULT_MICROSTEPS;  
int STEPS_PER_REVOLUTION = STEPS_PER_REV * DEFAULT_MICROSTEPS;

bool isMotorEnabled = false;

bool currentDirection = true;

bool isMovingToAngle = false;

bool pd_negotiation_complete = false;

int currentSpeed = DEFAULT_SPEED;

uint16_t motorCurrent = DEFAULT_CURRENT;

uint8_t microSteps = DEFAULT_MICROSTEPS;

int STEPS_PER_REVOLUTION = STEPS_PER_REV * DEFAULT_MICROSTEPS;

К переменным управления двигателем относятся isMotorEnabled, отслеживающая, включен ли двигатель, currentDirection, хранящая направление вращения, и isMovingToAngle, указывающая на активность автоматического позиционирования по углу. Параметры двигателя, такие как currentSpeed, motorCurrent и microSteps, можно регулировать во время работы для точной настройки производительности.

float targetAngle = 0.0;                 
float currentAngleTolerance = 0.0;      
float cachedCurrentAngle = 0.0;          
float cachedTemperature = 0.0;          
int cachedCurrentB = 0;

float targetAngle = 0.0;

float currentAngleTolerance = 0.0;

float cachedCurrentAngle = 0.0;

float cachedTemperature = 0.0;

int cachedCurrentB = 0;

Переменные управления положением, такие как targetAngle и currentAngleTolerance, обеспечивают точные перемещения на основе углов, а система кэширует показания датчиков в переменных, таких как cachedCurrentAngle и cachedTemperature, чтобы уменьшить накладные расходы на передачу данных и повысить производительность.

struct PDProfile {
   float voltage;        
   float current;         
   const char* name;     
};
const PDProfile pd_profiles[] = {
   {5.0, 3.0, "5V/3A"}, 
   {9.0, 2.0, "9V/2A"}, 
   {9.0, 3.0, "9V/3A"}, 
   {12.0, 1.5, "12V/1.5A"}, 
   {15.0, 2.0, "15V/2A"},  
   {20.0, 1.5, "20V/1.5A"}
};

struct PDProfile {

float voltage;

float current;

const char* name;

};

const PDProfile pd_profiles[] = {

{5.0, 3.0, "5V/3A"},

{9.0, 2.0, "9V/2A"},

{9.0, 3.0, "9V/3A"},

{12.0, 1.5, "12V/1.5A"},

{15.0, 2.0, "15V/2A"},

{20.0, 1.5, "20V/1.5A"}

};

В конфигурации подачи питания используется массив pd_profiles, определяющий различные комбинации напряжения и тока, включая варианты 5 В, 9 В, 12 В, 15 В и 20 В, которые могут быть согласованы с источниками питания USB-C.

const RGBColor COLOR_OFF = { 0, 0, 0 };         
const RGBColor COLOR_RED = { 255, 0, 0 };       
const RGBColor COLOR_GREEN = { 0, 255, 0 };    
const RGBColor COLOR_BLUE = { 0, 0, 255 };      
const RGBColor COLOR_YELLOW = { 255, 255, 0 };  
const RGBColor COLOR_PURPLE = { 255, 0, 255 }; 
const RGBColor COLOR_CYAN = { 0, 255, 255 };    
const RGBColor COLOR_WHITE = { 255, 255, 255 };
const RGBColor COLOR_ORANGE = { 255, 165, 0 };  
const RGBColor COLOR_PINK = { 255, 20, 147 };

const RGBColor COLOR_OFF = { 0, 0, 0 };

const RGBColor COLOR_RED = { 255, 0, 0 };

const RGBColor COLOR_GREEN = { 0, 255, 0 };

const RGBColor COLOR_BLUE = { 0, 0, 255 };

const RGBColor COLOR_YELLOW = { 255, 255, 0 };

const RGBColor COLOR_PURPLE = { 255, 0, 255 };

const RGBColor COLOR_CYAN = { 0, 255, 255 };

const RGBColor COLOR_WHITE = { 255, 255, 255 };

const RGBColor COLOR_ORANGE = { 255, 165, 0 };

const RGBColor COLOR_PINK = { 255, 20, 147 };

Система управления состоянием светодиодов основана на использовании цветовых констант RGB и временных переменных для управления системой визуальной обратной связи, при этом разные цвета указывают на различные состояния, такие как подключение к Wi-Fi, уровни мощности и состояние работы двигателя.

Функция setup() — инициализация системы

Функция setup() инициализирует все компоненты системы в тщательно спланированной последовательности, чтобы обеспечить корректную работу функции управления шаговым двигателем ESP32 по Wi-Fi .

 Serial.begin(115200);
 Serial.println("TMC2240 Stepper Motor Control");
 
 initRGBLED();
 Wire.setPins(8, 9); 
 Wire.begin();
 PD_UFP.init(FUSB302_INT_PIN, PD_POWER_OPTION_MAX_5V);
 PD_UFP.set_power_option(PD_POWER_OPTION_MAX_5V);
 as5600.begin(4);  
 as5600.setDirection(AS5600_CLOCK_WISE);
 if (!as5600.isConnected()) {
   Serial.println("Warning: AS5600 encoder not connected!");
 }
 pinMode(EN_PIN, OUTPUT);      
 pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);    
 pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);     
 pinMode(CS_PIN, OUTPUT);      
 pinMode(MOSI_PIN, OUTPUT);   
 pinMode(MISO_PIN, INPUT);     
 pinMode(SCK_PIN, OUTPUT);    
 pinMode(UART_EN_PIN, OUTPUT);
 digitalWrite(CS_PIN, HIGH);                    
 digitalWrite(EN_PIN, HIGH);                 digitalWrite(UART_EN_PIN, LOW);              
 digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection); 
 SPI.begin(SCK_PIN, MISO_PIN, MOSI_PIN, CS_PIN);

Serial.begin(115200);

Serial.println("TMC2240 Stepper Motor Control");

initRGBLED();

Wire.setPins(8, 9);

Wire.begin();

PD_UFP.init(FUSB302_INT_PIN, PD_POWER_OPTION_MAX_5V);

PD_UFP.set_power_option(PD_POWER_OPTION_MAX_5V);

as5600.begin(4);

as5600.setDirection(AS5600_CLOCK_WISE);

if (!as5600.isConnected()) {

Serial.println("Warning: AS5600 encoder not connected!");

}

pinMode(EN_PIN, OUTPUT);

pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);

pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);

pinMode(CS_PIN, OUTPUT);

pinMode(MOSI_PIN, OUTPUT);

pinMode(MISO_PIN, INPUT);

pinMode(SCK_PIN, OUTPUT);

pinMode(UART_EN_PIN, OUTPUT);

digitalWrite(CS_PIN, HIGH);

digitalWrite(EN_PIN, HIGH); digitalWrite(UART_EN_PIN, LOW);

digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);

SPI.begin(SCK_PIN, MISO_PIN, MOSI_PIN, CS_PIN);

Процесс начинается с инициализации последовательной связи в целях отладки, за которой следует тестирование RGB-светодиодов с использованием последовательности цветов: красный, зеленый и синий, для проверки работоспособности. Настройка аппаратных компонентов включает в себя конфигурирование связи I2C для магнитного энкодера, инициализацию контроллера Power Delivery с начальным профилем 5 В и настройку всех контактов GPIO для управления двигателем и связи SPI.

// Connect to WiFi network
 WiFi.begin(ssid, password);
 Serial.print("Connecting to WiFi");
 setRGBColor(COLOR_YELLOW);  // Yellow while connecting
 // Wait for WiFi connection
 while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
   delay(500);
   Serial.print(".");
 }
 Serial.println("\nConnected to WiFi");
 Serial.print("IP Address: ");
 Serial.println(WiFi.localIP());
 setRGBColor(COLOR_GREEN);  // Green when connected
 delay(1000);
 // Main page route - serves the web interface
 server.on("/", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   server.send(200, "text/html", html_page);
 });
 // Motor enable route - enables the stepper motor
 server.on("/enable", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   digitalWrite(EN_PIN, LOW);       
   isMotorEnabled = true;
   updateMotorStatusColor();         
   server.send(200, "text/plain", "Motor Enabled");
 });
 // Motor disable route - disables the stepper motor
 server.on("/disable", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   digitalWrite(EN_PIN, HIGH);       
   isMotorEnabled = false;
   updateMotorStatusColor();         
   server.send(200, "text/plain", "Motor Disabled");
 });
 // Emergency stop route - immediately stops all motor activity
 server.on("/stop", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   digitalWrite(EN_PIN, HIGH);      
   digitalWrite(STEP_PIN, LOW);     
   isMotorEnabled = false;
   isMovingToAngle = false;          
   currentSpeed = DEFAULT_SPEED;    
   updateMotorStatusColor();        
   String response = "{\"status\":\"Emergency Stop Activated\",\"motorEnabled\":false}";
   server.send(200, "application/json", response);
   Serial.println("EMERGENCY STOP ACTIVATED");
 });
 // Speed control route - sets motor speed
 server.on("/speed", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("value")) {
     currentSpeed = server.arg("value").toInt();
     server.send(200, "text/plain", "Speed set to " + String(currentSpeed));
   }
 });
 // Manual movement route - moves motor by specified steps
 server.on("/move", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("steps")) {
     int targetSteps = server.arg("steps").toInt();
     moveMotor(currentDirection, targetSteps);
     server.send(200, "text/plain", "Moving " + String(targetSteps) + " steps");
   }
 });
 // System status route - returns current system status
 server.on("/status", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   bool pd_ready = PD_UFP.is_power_ready();
   float pd_voltage = (pd_ready && pd_negotiation_complete) ? PD_UFP.get_voltage() : 0.0;
   float pd_current = (pd_ready && pd_negotiation_complete) ? PD_UFP.get_current() : 0.0;
   String status = "{\"temperature\":" + String(cachedTemperature, 1) +
                  ",\"current\":" + String(cachedCurrentB) +
                  ",\"pd_ready\":" + String(pd_ready ? "true" : "false") +
                  ",\"pd_negotiated\":" + String(pd_negotiation_complete ? "true" : "false") +
                  ",\"pd_voltage\":" + String(pd_voltage, 2) +
                  ",\"pd_current\":" + String(pd_current, 2) + "}";
   server.send(200, "application/json", status);
 });
 // Motor current control route - sets motor current
 server.on("/current", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("value")) {
     motorCurrent = server.arg("value").toInt();
     setCurrent(motorCurrent);
     server.send(200, "text/plain", "Motor current set to " + String(motorCurrent) + " mA");
   }
 });
 // Microstepping control route - sets microstepping resolution
 server.on("/microsteps", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("value")) {
     microSteps = server.arg("value").toInt();
     setMicrostepping(microSteps);
     server.send(200, "text/plain", "Microstepping set to 1/" + String(microSteps));
   }
 });
 // Encoder status route - returns current encoder readings
 server.on("/encoder", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   String json = String("{\"speed\":0") +
                ",\"rawAngle\":" + String(cachedCurrentAngle, 1) +
                ",\"current\":" + String(cachedCurrentB) + "}";
   server.send(200, "application/json", json);
 });
 // Power status route - returns PD power status
 server.on("/power_status", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   StaticJsonDocument<200> doc;
   bool power_ready = PD_UFP.is_power_ready();
   float voltage = 0.0;
   float current = 0.0;
   if (power_ready && pd_negotiation_complete) {
     voltage = PD_UFP.get_voltage();
     current = PD_UFP.get_current();
   }
   bool pd_connected = power_ready && pd_negotiation_complete && voltage > 0.0 && current > 0.0;
   doc["pd_connected"] = pd_connected;
   doc["pd_negotiated"] = pd_negotiation_complete;
   if (pd_connected) {
     doc["voltage"] = voltage;
     doc["current"] = current;
     doc["power"] = voltage * current;
   }
   String response;
   serializeJson(doc, response);
   server.send(200, "application/json", response);
 });
 server.on("/direction", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("dir")) {
     currentDirection = (server.arg("dir") == "true");
     digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);
     server.send(200, "text/plain", "Direction set to " + String(currentDirection ? "Forward" : "Backward"));
   } else {
     server.send(400, "text/plain", "Missing direction parameter");
   }
 });
 server.on("/set_angle", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("angle")) {
     targetAngle = server.arg("angle").toFloat();
     currentAngleTolerance = calculateAngleTolerance(microSteps);
     isMovingToAngle = true;
     server.send(200, "text/plain", "Moving to angle " + String(targetAngle) + "° with accuracy ±" + String(currentAngleTolerance) + "°");
   } else {
     server.send(400, "text/plain", "Missing angle parameter");
   }
 });
// Web server endpoint to set Power Delivery (PD) profile
server.on("/setPD", HTTP_GET, []() {
 lastClientRequest = millis();
 webClientConnected = true;
 if (server.hasArg("profile")) {
   int profile = server.arg("profile").toInt(); 
   PD_power_option_t power_option; 
   switch (profile) {
     case 5:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_5V;
       currentPDProfile = 0; 
       break;
     case 9:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_9V;
       currentPDProfile = 1; 
       break;
     case 12:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_12V;
       currentPDProfile = 2; 
       break;
     case 15:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_15V;
       currentPDProfile = 3; 
       break;
     case 20:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_20V;
       currentPDProfile = 4; 
       break;
     default:
       server.send(400, "text/plain", "Invalid profile");
       return;
   }
   PD_UFP.set_power_option(power_option);
  
   for (int i = 0; i < 5; i++) {
     PD_UFP.run(); 
     delay(100); 
   }
  
   forceUpdatePDColors();
  
   server.send(200, "text/plain", "PD profile set to " + String(profile) + "V");
 } else {
   server.send(400, "text/plain", "Missing profile parameter");
 }
});
// Start the web server
server.begin();
Serial.println("HTTP server started");
// Configure the TMC2240 stepper motor driver
configureDriver();

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

202

203

204

205

206

207

208

209

210

211

212

213

// Connect to WiFi network

WiFi.begin(ssid, password);

Serial.print("Connecting to WiFi");

setRGBColor(COLOR_YELLOW); // Yellow while connecting

// Wait for WiFi connection

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

delay(500);

Serial.print(".");

}

Serial.println("\nConnected to WiFi");

Serial.print("IP Address: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

setRGBColor(COLOR_GREEN); // Green when connected

delay(1000);

// Main page route - serves the web interface

server.on("/", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

server.send(200, "text/html", html_page);

});

// Motor enable route - enables the stepper motor

server.on("/enable", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

digitalWrite(EN_PIN, LOW);

isMotorEnabled = true;

updateMotorStatusColor();

server.send(200, "text/plain", "Motor Enabled");

});

// Motor disable route - disables the stepper motor

server.on("/disable", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

digitalWrite(EN_PIN, HIGH);

isMotorEnabled = false;

updateMotorStatusColor();

server.send(200, "text/plain", "Motor Disabled");

});

// Emergency stop route - immediately stops all motor activity

server.on("/stop", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

digitalWrite(EN_PIN, HIGH);

digitalWrite(STEP_PIN, LOW);

isMotorEnabled = false;

isMovingToAngle = false;

currentSpeed = DEFAULT_SPEED;

updateMotorStatusColor();

String response = "{\"status\":\"Emergency Stop Activated\",\"motorEnabled\":false}";

server.send(200, "application/json", response);

Serial.println("EMERGENCY STOP ACTIVATED");

});

// Speed control route - sets motor speed

server.on("/speed", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("value")) {

currentSpeed = server.arg("value").toInt();

server.send(200, "text/plain", "Speed set to " + String(currentSpeed));

}

});

// Manual movement route - moves motor by specified steps

server.on("/move", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("steps")) {

int targetSteps = server.arg("steps").toInt();

moveMotor(currentDirection, targetSteps);

server.send(200, "text/plain", "Moving " + String(targetSteps) + " steps");

}

});

// System status route - returns current system status

server.on("/status", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

bool pd_ready = PD_UFP.is_power_ready();

float pd_voltage = (pd_ready && pd_negotiation_complete) ? PD_UFP.get_voltage() : 0.0;

float pd_current = (pd_ready && pd_negotiation_complete) ? PD_UFP.get_current() : 0.0;

String status = "{\"temperature\":" + String(cachedTemperature, 1) +

",\"current\":" + String(cachedCurrentB) +

",\"pd_ready\":" + String(pd_ready ? "true" : "false") +

",\"pd_negotiated\":" + String(pd_negotiation_complete ? "true" : "false") +

",\"pd_voltage\":" + String(pd_voltage, 2) +

",\"pd_current\":" + String(pd_current, 2) + "}";

server.send(200, "application/json", status);

});

// Motor current control route - sets motor current

server.on("/current", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("value")) {

motorCurrent = server.arg("value").toInt();

setCurrent(motorCurrent);

server.send(200, "text/plain", "Motor current set to " + String(motorCurrent) + " mA");

}

});

// Microstepping control route - sets microstepping resolution

server.on("/microsteps", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("value")) {

microSteps = server.arg("value").toInt();

setMicrostepping(microSteps);

server.send(200, "text/plain", "Microstepping set to 1/" + String(microSteps));

}

});

// Encoder status route - returns current encoder readings

server.on("/encoder", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

String json = String("{\"speed\":0") +

",\"rawAngle\":" + String(cachedCurrentAngle, 1) +

",\"current\":" + String(cachedCurrentB) + "}";

server.send(200, "application/json", json);

});

// Power status route - returns PD power status

server.on("/power_status", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

StaticJsonDocument<200> doc;

bool power_ready = PD_UFP.is_power_ready();

float voltage = 0.0;

float current = 0.0;

if (power_ready && pd_negotiation_complete) {

voltage = PD_UFP.get_voltage();

current = PD_UFP.get_current();

}

bool pd_connected = power_ready && pd_negotiation_complete && voltage > 0.0 && current > 0.0;

doc["pd_connected"] = pd_connected;

doc["pd_negotiated"] = pd_negotiation_complete;

if (pd_connected) {

doc["voltage"] = voltage;

doc["current"] = current;

doc["power"] = voltage * current;

}

String response;

serializeJson(doc, response);

server.send(200, "application/json", response);

});

server.on("/direction", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("dir")) {

currentDirection = (server.arg("dir") == "true");

digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);

server.send(200, "text/plain", "Direction set to " + String(currentDirection ? "Forward" : "Backward"));

} else {

server.send(400, "text/plain", "Missing direction parameter");

}

});

server.on("/set_angle", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("angle")) {

targetAngle = server.arg("angle").toFloat();

currentAngleTolerance = calculateAngleTolerance(microSteps);

isMovingToAngle = true;

server.send(200, "text/plain", "Moving to angle " + String(targetAngle) + "° with accuracy ±" + String(currentAngleTolerance) + "°");

} else {

server.send(400, "text/plain", "Missing angle parameter");

}

});

// Web server endpoint to set Power Delivery (PD) profile

server.on("/setPD", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("profile")) {

int profile = server.arg("profile").toInt();

PD_power_option_t power_option;

switch (profile) {

case 5:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_5V;

currentPDProfile = 0;

break;

case 9:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_9V;

currentPDProfile = 1;

break;

case 12:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_12V;

currentPDProfile = 2;

break;

case 15:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_15V;

currentPDProfile = 3;

break;

case 20:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_20V;

currentPDProfile = 4;

break;

default:

server.send(400, "text/plain", "Invalid profile");

return;

}

PD_UFP.set_power_option(power_option);

for (int i = 0; i < 5; i++) {

PD_UFP.run();

delay(100);

}

forceUpdatePDColors();

server.send(200, "text/plain", "PD profile set to " + String(profile) + "V");

} else {

server.send(400, "text/plain", "Missing profile parameter");

}

});

// Start the web server

server.begin();

Serial.println("HTTP server started");

// Configure the TMC2240 stepper motor driver

configureDriver();

Установление Wi-Fi-соединения — важный этап, на котором система подключается к указанной сети, отображая желтый светодиод во время процесса подключения и меняя цвет на зеленый при успешном подключении. Затем система отображает назначенный IP-адрес для доступа к веб-сайту. Конфигурация маршрутов веб-сервера создает несколько HTTP-конечных точек, включая корневой путь для обслуживания основного интерфейса управления, маршруты включения и выключения управления питанием двигателя, маршруты настройки параметров скорости, тока и микрошага, маршруты команд перемещения для базового шагового и углового позиционирования, маршруты передачи данных в реальном времени для информации о состоянии и энкодере, а также маршруты управления подачей питания. Наконец, драйвер TMC2240 настраивается с параметрами по умолчанию, включая ограничения тока, разрешение микрошага и параметры синхронизации прерывателя.

Основной цикл — непрерывная работа

Основной цикл непрерывно обрабатывает множество задач для поддержания работоспособности и быстродействия системы.

server.handleClient();
 PD_UFP.run();
 updateLEDBlink();
 static unsigned long lastStatusLEDUpdate = 0;
 if (millis() - lastStatusLEDUpdate >= 100) {
   updateStatusLED(); 
   lastStatusLEDUpdate = millis();
 }
 if (millis() - last_pd_check >= PD_CHECK_INTERVAL) {
   bool was_negotiated = pd_negotiation_complete;  
  
   if (PD_UFP.is_power_ready()) {
     if (!pd_negotiation_complete) {
       Serial.println("PD Power Negotiation Complete!");
       pd_negotiation_complete = true;
       lastPDVoltageCheck = 0;
     }
   } else {
     if (pd_negotiation_complete) {
       Serial.println("PD Power Negotiation Lost!");
       pd_negotiation_complete = false;
       pdColorModeActive = false;        }
   }
   last_pd_check = millis(); 
 }

server.handleClient();

PD_UFP.run();

updateLEDBlink();

static unsigned long lastStatusLEDUpdate = 0;

if (millis() - lastStatusLEDUpdate >= 100) {

updateStatusLED();

lastStatusLEDUpdate = millis();

}

if (millis() - last_pd_check >= PD_CHECK_INTERVAL) {

bool was_negotiated = pd_negotiation_complete;

if (PD_UFP.is_power_ready()) {

if (!pd_negotiation_complete) {

Serial.println("PD Power Negotiation Complete!");

pd_negotiation_complete = true;

lastPDVoltageCheck = 0;

}

} else {

if (pd_negotiation_complete) {

Serial.println("PD Power Negotiation Lost!");

pd_negotiation_complete = false;

pdColorModeActive = false; }

}

last_pd_check = millis();

}

Обработка запросов включает в себя вызов метода server.handleClient() для обработки входящих веб-запросов и вызов метода PD_UFP.run() для поддержания согласования подачи питания с источниками USB-C. Система визуальной обратной связи обновляет светодиодную индикацию в зависимости от уровня приоритета: проблемы с подключением к Wi-Fi отображаются миганием красного цвета, успешное согласование PD — цветами, кодированными напряжением, а нормальная работа указывает на состояние подключения.

 if (millis() - lastEncoderUpdate >= ENCODER_UPDATE_INTERVAL) {
   updateCachedValues();      lastEncoderUpdate = millis();
 }
 if (isMovingToAngle) {
   moveToAngle();    }
 if (millis() - lastStatusUpdate >= STATUS_UPDATE_INTERVAL) {
   Serial.println("System Status: Motor " + String(isMotorEnabled ? "Enabled" : "Disabled") +
                  ", Temp: " + String(cachedTemperature, 1) + "°C" +
                  ", WiFi: " + String(WiFi.status() == WL_CONNECTED ? "Connected" : "Disconnected") +
                  ", Web Client: " + String(webClientConnected ? "Active" : "Inactive") +
                  ", PD Mode: " + String(pdColorModeActive ? "Active" : "Inactive"));
   lastStatusUpdate = millis();
 }

if (millis() - lastEncoderUpdate >= ENCODER_UPDATE_INTERVAL) {

updateCachedValues(); lastEncoderUpdate = millis();

}

if (isMovingToAngle) {

moveToAngle(); }

if (millis() - lastStatusUpdate >= STATUS_UPDATE_INTERVAL) {

Serial.println("System Status: Motor " + String(isMotorEnabled ? "Enabled" : "Disabled") +

", Temp: " + String(cachedTemperature, 1) + "°C" +

", WiFi: " + String(WiFi.status() == WL_CONNECTED ? "Connected" : "Disconnected") +

", Web Client: " + String(webClientConnected ? "Active" : "Inactive") +

", PD Mode: " + String(pdColorModeActive ? "Active" : "Inactive"));

lastStatusUpdate = millis();

}

Периодически происходит обновление данных с датчиков, считывающих показания магнитного энкодера и датчика температуры TMC2240, при этом значения кэшируются во избежание избыточной передачи данных, которая может замедлить работу системы. Функция автоматического перемещения активируется, когда isMovingToAngle имеет значение true, в результате чего функция moveToAngle() непрерывно корректирует положение двигателя в направлении целевого угла. Отчеты о состоянии периодически выводят в последовательный порт информацию о системе, включая состояние двигателя, показания температуры и состояние подключения, для целей отладки и мониторинга.

Объяснение основных функций

void setRGBColor(RGBColor color) {
 analogWrite(RGB_RED_PIN, color.red);     // Set red component
 analogWrite(RGB_GREEN_PIN, color.green); // Set green component
 analogWrite(RGB_BLUE_PIN, color.blue);   // Set blue component
 currentLEDColor = color;                 // Update current color
}
void updateStatusLED() {
 // Highest Priority: WiFi disconnected - Red fast blink
 if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
   pdColorModeActive = false;
   enableLEDBlink(COLOR_RED, 200);  // Red fast blink for WiFi issues
   return;
 }
 // Second Priority: PD is ready and negotiated - show voltage colors
 if (PD_UFP.is_power_ready() && pd_negotiation_complete) {
   // Only update PD colors periodically to avoid constant changes
   if (millis() - lastPDVoltageCheck >= PD_CHECK_INTERVAL) {
     updatePDVoltageColor();
     lastPDVoltageCheck = millis();
   }
   return; // Exit here - PD colors are active
 }
 // Third Priority: WiFi connected but no PD - show connection status
 pdColorModeActive = false;
 // Update client connection status based on timeout
 if (millis() - lastClientRequest > CLIENT_TIMEOUT) {
   webClientConnected = false;
 }
 if (webClientConnected) {
   // WiFi connected and web client active - Solid Green
   setRGBColor(COLOR_GREEN);
   ledBlinkEnabled = false;
 } else {
   // WiFi connected but no web client - Blue slow blink
   enableLEDBlink(COLOR_BLUE, 1000);
 }
}

void setRGBColor(RGBColor color) {

analogWrite(RGB_RED_PIN, color.red); // Set red component

analogWrite(RGB_GREEN_PIN, color.green); // Set green component

analogWrite(RGB_BLUE_PIN, color.blue); // Set blue component

currentLEDColor = color; // Update current color

}

void updateStatusLED() {

// Highest Priority: WiFi disconnected - Red fast blink

if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

pdColorModeActive = false;

enableLEDBlink(COLOR_RED, 200); // Red fast blink for WiFi issues

return;

}

// Second Priority: PD is ready and negotiated - show voltage colors

if (PD_UFP.is_power_ready() && pd_negotiation_complete) {

// Only update PD colors periodically to avoid constant changes

if (millis() - lastPDVoltageCheck >= PD_CHECK_INTERVAL) {

updatePDVoltageColor();

lastPDVoltageCheck = millis();

}

return; // Exit here - PD colors are active

}

// Third Priority: WiFi connected but no PD - show connection status

pdColorModeActive = false;

// Update client connection status based on timeout

if (millis() - lastClientRequest > CLIENT_TIMEOUT) {

webClientConnected = false;

}

if (webClientConnected) {

// WiFi connected and web client active - Solid Green

setRGBColor(COLOR_GREEN);

ledBlinkEnabled = false;

} else {

// WiFi connected but no web client - Blue slow blink

enableLEDBlink(COLOR_BLUE, 1000);

}

Функции управления RGB-светодиодами, такие как setRGBColor() и updateStatusLED(), управляют системой визуальной обратной связи, которая предоставляет пользователям мгновенную информацию о состоянии. Система использует цветовую кодировку, где зеленый цвет обозначает напряжение 5 В, синий — 9 В, фиолетовый — 12 В, оранжевый — 15 В, а розовый — 20 В.

// Write data to TMC2240 register via SPI
void writeRegister(uint8_t address, uint32_t value) {
 digitalWrite(CS_PIN, LOW);                    // Select TMC2240
 SPI.transfer(address | 0x80);                 // Send address with write bit
 SPI.transfer((value >> 24) & 0xFF);          // Send MSB
 SPI.transfer((value >> 16) & 0xFF);          // Send byte 2
 SPI.transfer((value >> 8) & 0xFF);           // Send byte 1
 SPI.transfer(value & 0xFF);                  // Send LSB
 digitalWrite(CS_PIN, HIGH);                   // Deselect TMC2240
}
// Read data from TMC2240 register via SPI
uint32_t readRegister(uint8_t address) {
 digitalWrite(CS_PIN, LOW);                    // Select TMC2240
 SPI.transfer(address & 0x7F);                 // Send address with read bit
 uint32_t value = 0;
 value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 24;    // Read MSB
 value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 16;    // Read byte 2
 value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 8;     // Read byte 1
 value |= (uint32_t)SPI.transfer(0);          // Read LSB
 digitalWrite(CS_PIN, HIGH);                   // Deselect TMC2240
 return value;
}
// Set motor current in milliamps
void setCurrent(uint16_t current) {
 uint32_t ihold_irun = 0;
 // Set hold current (current when motor is stationary)
 ihold_irun |= ((current / 100) & 0x1F) << 0;
 // Set run current (current when motor is moving)
 ihold_irun |= ((current / 100) & 0x1F) << 8;  
 // Set hold delay (time before reducing to hold current)
 ihold_irun |= ((current / 200) & 0x0F) << 16;
 writeRegister(IHOLD_IRUN, ihold_irun);
}
// Set microstepping resolution (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)
void setMicrostepping(uint8_t microsteps) {
 uint32_t chopconf = readRegister(CHOPCONF);
 chopconf &= ~(0x0F << 24);  // Clear MRES bits
 // Convert microsteps to MRES register value
 uint8_t mres;
 switch (microsteps) {
   case 256: mres = 0x0; break;  // 1/256 microstepping
   case 128: mres = 0x1; break;  // 1/128 microstepping
   case 64:  mres = 0x2; break;  // 1/64 microstepping
   case 32:  mres = 0x3; break;  // 1/32 microstepping
   case 16:  mres = 0x4; break;  // 1/16 microstepping
   case 8:   mres = 0x5; break;  // 1/8 microstepping
   case 4:   mres = 0x6; break;  // 1/4 microstepping
   case 2:   mres = 0x7; break;  // 1/2 microstepping (half step)
   case 1:   mres = 0x8; break;  // Full step
   default:  mres = 0x4; break;  // Default to 1/16 microstepping
 }
 chopconf |= (mres << 24);  // Set MRES bits
 chopconf |= (1 << 28);     // Enable interpolation
 writeRegister(CHOPCONF, chopconf);
 // Update global calculation variables
 STEPS_PER_REVOLUTION = STEPS_PER_REV * microsteps;
 currentAngleTolerance = calculateAngleTolerance(microsteps);
 Serial.print("Microstepping set to 1/");
 Serial.println(microsteps);
}

// Write data to TMC2240 register via SPI

void writeRegister(uint8_t address, uint32_t value) {

digitalWrite(CS_PIN, LOW); // Select TMC2240

SPI.transfer(address | 0x80); // Send address with write bit

SPI.transfer((value >> 24) & 0xFF); // Send MSB

SPI.transfer((value >> 16) & 0xFF); // Send byte 2

SPI.transfer((value >> 8) & 0xFF); // Send byte 1

SPI.transfer(value & 0xFF); // Send LSB

digitalWrite(CS_PIN, HIGH); // Deselect TMC2240

}

// Read data from TMC2240 register via SPI

uint32_t readRegister(uint8_t address) {

digitalWrite(CS_PIN, LOW); // Select TMC2240

SPI.transfer(address & 0x7F); // Send address with read bit

uint32_t value = 0;

value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 24; // Read MSB

value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 16; // Read byte 2

value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 8; // Read byte 1

value |= (uint32_t)SPI.transfer(0); // Read LSB

digitalWrite(CS_PIN, HIGH); // Deselect TMC2240

return value;

}

// Set motor current in milliamps

void setCurrent(uint16_t current) {

uint32_t ihold_irun = 0;

// Set hold current (current when motor is stationary)

ihold_irun |= ((current / 100) & 0x1F) << 0;

// Set run current (current when motor is moving)

ihold_irun |= ((current / 100) & 0x1F) << 8;

// Set hold delay (time before reducing to hold current)

ihold_irun |= ((current / 200) & 0x0F) << 16;

writeRegister(IHOLD_IRUN, ihold_irun);

}

// Set microstepping resolution (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)

void setMicrostepping(uint8_t microsteps) {

uint32_t chopconf = readRegister(CHOPCONF);

chopconf &= ~(0x0F << 24); // Clear MRES bits

// Convert microsteps to MRES register value

uint8_t mres;

switch (microsteps) {

case 256: mres = 0x0; break; // 1/256 microstepping

case 128: mres = 0x1; break; // 1/128 microstepping

case 64: mres = 0x2; break; // 1/64 microstepping

case 32: mres = 0x3; break; // 1/32 microstepping

case 16: mres = 0x4; break; // 1/16 microstepping

case 8: mres = 0x5; break; // 1/8 microstepping

case 4: mres = 0x6; break; // 1/4 microstepping

case 2: mres = 0x7; break; // 1/2 microstepping (half step)

case 1: mres = 0x8; break; // Full step

default: mres = 0x4; break; // Default to 1/16 microstepping

}

chopconf |= (mres << 24); // Set MRES bits

chopconf |= (1 << 28); // Enable interpolation

writeRegister(CHOPCONF, chopconf);

// Update global calculation variables

STEPS_PER_REVOLUTION = STEPS_PER_REV * microsteps;

currentAngleTolerance = calculateAngleTolerance(microsteps);

Serial.print("Microstepping set to 1/");

Serial.println(microsteps);

}

Связь с TMC2240 осуществляется с помощью функций writeRegister() и readRegister(), которые обрабатывают SPI-соединение с драйвером двигателя, в то время как такие функции, как setCurrent() и setMicrostepping(), настраивают параметры двигателя путем записи в определенные аппаратные регистры.

// Переместить двигатель на заданное количество шагов в указанном направлении

void moveMotor(bool direction, uint32_t steps) {
 digitalWrite(DIR_PIN, direction);  // Set direction pin
 static unsigned long lastStepTime = 0;
 static uint32_t stepsRemaining = 0;
 // Initialize step counter on first call
 if (stepsRemaining == 0) {
   stepsRemaining = steps;
   lastStepTime = millis();
 }
 // Generate step pulses at controlled speed
 if (stepsRemaining > 0 && millis() - lastStepTime >= (1000 / currentSpeed)) {
   digitalWrite(STEP_PIN, HIGH);  // Start step pulse
   delayMicroseconds(10);         // Short pulse duration
   digitalWrite(STEP_PIN, LOW);   // End step pulse
   stepsRemaining--;              // Decrement remaining steps
   lastStepTime = millis();       // Update timing
 }
}
// Automatically move motor to target angle with precision control
void moveToAngle() {
 if (!isMovingToAngle) return;  // Exit if not in angle movement mode
 // Calculate angular difference to target
 float angleDifference = targetAngle - cachedCurrentAngle;
 // Normalize angle difference to [-180, 180] range for shortest path
 while (angleDifference > 180) angleDifference -= 360;
 while (angleDifference < -180) angleDifference += 360;
 // Check if target angle is reached within tolerance
 if (abs(angleDifference) <= currentAngleTolerance) {
   isMovingToAngle = false;        // Stop angle movement mode
   digitalWrite(STEP_PIN, LOW);    // Ensure step pin is low
   Serial.println("Target angle reached");
   return;
 }
 // Set motor direction based on angle difference
 currentDirection = (angleDifference > 0);  // Positive = forward
 digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);
 // Enable motor if not already enabled
 if (!isMotorEnabled) {
   digitalWrite(EN_PIN, LOW);  // Enable motor (active low)
   isMotorEnabled = true;
 }
 // Dynamic speed control based on remaining angle
 int stepDelay;
 float absDiff = abs(angleDifference);
 // Slower speeds as we approach target for better precision
 if (absDiff <= 5.0) {
   stepDelay = MIN_STEP_DELAY * 4;      // Very slow for final approach
 } else if (absDiff <= 20.0) {
   stepDelay = MIN_STEP_DELAY * 2;      // Slow for precision zone
 } else if (absDiff <= 45.0) {
   stepDelay = MIN_STEP_DELAY;          // Normal speed
 } else {
   stepDelay = MIN_STEP_DELAY / 2;      // Fast for large movements
 }
 // Take multiple steps toward target (up to 10 per loop iteration)
 for (int i = 0; i < 10 && isMovingToAngle; i++) {
   digitalWrite(STEP_PIN, HIGH);        // Start step pulse
   delayMicroseconds(stepDelay);        // Pulse high time
   digitalWrite(STEP_PIN, LOW);         // End step pulse
   delayMicroseconds(stepDelay);        // Pulse low time
   // Update current angle reading after each step
   cachedCurrentAngle = (as5600.readAngle() * 360.0) / 4096.0;
   angleDifference = targetAngle - cachedCurrentAngle;
  
   // Re-normalize angle difference
   while (angleDifference > 180) angleDifference -= 360;
   while (angleDifference < -180) angleDifference += 360;
   // Check if target reached during movement
   if (abs(angleDifference) <= currentAngleTolerance) {
     isMovingToAngle = false;
     Serial.println("Target angle reached during movement");
     break;
   }
 }
}
// Calculate angle tolerance based on microstepping resolution
float calculateAngleTolerance(uint8_t microsteps) {
 // Calculate minimum angle step and multiply by 2 for tolerance
 return (360.0 / (200.0 * microsteps)) * 2.0;
}

void moveMotor(bool direction, uint32_t steps) {

digitalWrite(DIR_PIN, direction); // Set direction pin

static unsigned long lastStepTime = 0;

static uint32_t stepsRemaining = 0;

// Initialize step counter on first call

if (stepsRemaining == 0) {

stepsRemaining = steps;

lastStepTime = millis();

}

// Generate step pulses at controlled speed

if (stepsRemaining > 0 && millis() - lastStepTime >= (1000 / currentSpeed)) {

digitalWrite(STEP_PIN, HIGH); // Start step pulse

delayMicroseconds(10); // Short pulse duration

digitalWrite(STEP_PIN, LOW); // End step pulse

stepsRemaining--; // Decrement remaining steps

lastStepTime = millis(); // Update timing

}

// Automatically move motor to target angle with precision control

void moveToAngle() {

if (!isMovingToAngle) return; // Exit if not in angle movement mode

// Calculate angular difference to target

float angleDifference = targetAngle - cachedCurrentAngle;

// Normalize angle difference to [-180, 180] range for shortest path

while (angleDifference > 180) angleDifference -= 360;

while (angleDifference < -180) angleDifference += 360;

// Check if target angle is reached within tolerance

if (abs(angleDifference) <= currentAngleTolerance) {

isMovingToAngle = false; // Stop angle movement mode

digitalWrite(STEP_PIN, LOW); // Ensure step pin is low

Serial.println("Target angle reached");

return;

}

// Set motor direction based on angle difference

currentDirection = (angleDifference > 0); // Positive = forward

digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);

// Enable motor if not already enabled

if (!isMotorEnabled) {

digitalWrite(EN_PIN, LOW); // Enable motor (active low)

isMotorEnabled = true;

}

// Dynamic speed control based on remaining angle

int stepDelay;

float absDiff = abs(angleDifference);

// Slower speeds as we approach target for better precision

if (absDiff <= 5.0) {

stepDelay = MIN_STEP_DELAY * 4; // Very slow for final approach

} else if (absDiff <= 20.0) {

stepDelay = MIN_STEP_DELAY * 2; // Slow for precision zone

} else if (absDiff <= 45.0) {

stepDelay = MIN_STEP_DELAY; // Normal speed

} else {

stepDelay = MIN_STEP_DELAY / 2; // Fast for large movements

}

// Take multiple steps toward target (up to 10 per loop iteration)

for (int i = 0; i < 10 && isMovingToAngle; i++) {

digitalWrite(STEP_PIN, HIGH); // Start step pulse

delayMicroseconds(stepDelay); // Pulse high time

digitalWrite(STEP_PIN, LOW); // End step pulse

delayMicroseconds(stepDelay); // Pulse low time

// Update current angle reading after each step

cachedCurrentAngle = (as5600.readAngle() * 360.0) / 4096.0;

angleDifference = targetAngle - cachedCurrentAngle;

// Re-normalize angle difference

while (angleDifference > 180) angleDifference -= 360;

while (angleDifference < -180) angleDifference += 360;

// Check if target reached during movement

if (abs(angleDifference) <= currentAngleTolerance) {

isMovingToAngle = false;

Serial.println("Target angle reached during movement");

break;

}

// Calculate angle tolerance based on microstepping resolution

float calculateAngleTolerance(uint8_t microsteps) {

// Calculate minimum angle step and multiply by 2 for tolerance

return (360.0 / (200.0 * microsteps)) * 2.0;

}

Функционал управления движением включает функцию moveMotor() для генерации ступенчатых импульсов для базовых перемещений и функцию moveToAngle() для точного позиционирования с использованием обратной связи от энкодера. Система автоматически регулирует скорость движения в зависимости от расстояния, оставшегося до целевого угла, используя более низкие скорости для точного позиционирования и более высокие скорости для больших перемещений.

Система управления питанием PD согласовывает соответствующие уровни мощности с источниками питания USB-C, позволяя двигателю получать оптимальное напряжение в диапазоне от 5 В до 20 В в зависимости от требований системы и возможностей источника питания.

Загрузка прошивки и тестирование веб-интерфейса

Для начала подключите изготовленную на заказ печатную плату к компьютеру и загрузите код с помощью среды разработки Arduino IDE.

Если вы хотите отлаживать программу через последовательный монитор, не забудьте включить параметр CDC (Communication Device Class) в среде разработки Arduino IDE в разделе Инструменты > Режим USB перед загрузкой кода.

Теперь давайте посмотрим на пользовательский интерфейс. Он простой и понятный.
Всего здесь 5 вкладок.

Настройки двигателя (задает ток двигателя (1000 мА) и режим микрошага (1/16 шага))
Управление питанием PD (выбор профиля напряжения)
Состояние системы (отображает текущее состояние системы, выполненные команды и т. д.)
Управление двигателем (обеспечивает оперативное управление с помощью кнопок включения/выключения, аварийной остановки, вариантов направленного движения, регулировки скорости и позиционирования, позволяющих перемещаться с заданным количеством шагов или под целевыми углами с использованием полей ввода или ползункового интерфейса).
Состояние двигателя (на правой панели отображается информация о состоянии в режиме реального времени, включая текущий угол поворота двигателя, скорость вращения (об/мин), фактический потребляемый ток двигателя (мА) и рабочую температуру.)

Выше вы можете увидеть пользовательский интерфейс этого проекта беспроводного контроллера шагового двигателя, который прекрасно демонстрирует возможности управления шаговым двигателем ESP32 по Wi-Fi через современный веб-интерфейс.

Часто задаваемые вопросы о проекте беспроводного контроллера шагового двигателя

⇥ Можно ли использовать другой шаговый двигатель с этим беспроводным контроллером?
Да. Поскольку драйвер TMC2240 поддерживает большое количество шаговых двигателей, типичными примерами являются NEMA 17 и NEMA 23. Вам просто нужно будет настроить параметры ограничения тока в веб-интерфейсе контроллера в диапазоне от 100 мА до 2000 мА в соответствии со спецификациями вашего двигателя. Кроме того, через веб-интерфейс вы также можете выбрать микрошаговый режим для вашего двигателя.

⇥ С какими типами источников питания может работать данный контроллер шагового двигателя ESP32?
Этот контроллер поддерживает технологию USB-C Power Delivery в диапазоне от 5 до 20 В. Он будет выбирать напряжение, наиболее подходящее для работы беспроводного драйвера шагового двигателя, которое может быть одним из следующих: 5 В/3 А, 9 В/3 А, 12 В/1,5 А, 15 В/2 А или 20 В/1,5 А.

⇥ Можно ли управлять несколькими шаговыми двигателями с помощью одного ESP32?
Данная схема предназначена для управления одним двигателем с помощью одного ESP32. Для управления несколькими двигателями необходимо использовать несколько беспроводных контроллеров шаговых двигателей или перепроектировать схему, чтобы использовать несколько драйверов TMC2240, каждый со своим собственным выводом выбора микросхемы SPI.

⇥ Каков диапазон управления беспроводным шаговым двигателем?
Диапазон беспроводного управления ограничен местом передачи сигнала Wi-Fi. В помещении диапазон обычно составляет 30-100 метров, но для приложений с большими расстояниями и установок промышленной автоматизации, требующих расширенного беспроводного покрытия, целесообразно использовать Wi-Fi-ретранслятор или ячеистую сеть.

⇥ Насколько точен проект беспроводного контроллера шагового двигателя?
Система отличается высокой точностью благодаря разрешению микрошага 1/256 и обратной связи с замкнутым контуром от энкодера AS5600, обеспечивая точность позиционирования ±0,35 градуса для большинства приложений автоматизации и робототехники, требующих точного контроля положения двигателя.м

Полный код проекта

/*
* ===============================================================================
* TMC2240 STEPPER MOTOR CONTROL WITH PD POWER DELIVERY & RGB STATUS INDICATORS
* ===============================================================================
* 
* DESCRIPTION:
* This project implements a comprehensive stepper motor control system using the 
* TMC2240 driver with advanced features including PD (Power Delivery) negotiation,
* magnetic encoder feedback, and RGB LED status indication.
* 
* MAIN FEATURES:
* 1. TMC2240 Stepper Motor Driver Control
*    - Configurable microstepping (1 to 256 steps)
*    - Current control (up to 2A+)
*    - SPI communication interface
*    - Real-time temperature monitoring
* 
* 2. USB-C Power Delivery (PD) Integration
*    - FUSB302 PD controller support
*    - Multiple voltage profiles (5V, 9V, 12V, 15V, 20V)
*    - Automatic power negotiation
*    - Real-time voltage/current monitoring
* 
* 3. AS5600 Magnetic Encoder Integration
*    - 12-bit resolution (4096 steps per revolution)
*    - Absolute angle positioning
*    - I2C communication
*    - Precise angle-based motor control
* 
* 4. RGB LED Status System
*    - WiFi connection status indication
*    - PD voltage level color coding
*    - Motor state indication (enabled/disabled)
*    - Web client connection status
* 
* 5. Web-based Control Interface
*    - Real-time motor control
*    - Parameter adjustment (speed, current, microstepping)
*    - System status monitoring
*    - Emergency stop functionality
* 
* 6. Advanced Motion Control
*    - Absolute angle positioning
*    - Dynamic speed control
*    - Precision movement with tolerance
*    - Direction control
* 
* WORKING PRINCIPLE:
* The system operates by combining multiple control interfaces:
* - Web interface provides user control and monitoring
* - PD controller manages power delivery from USB-C source
* - TMC2240 drives the stepper motor with precise control
* - AS5600 provides position feedback for closed-loop control
* - RGB LED provides visual status feedback
* 
* HARDWARE CONNECTIONS:
* - TMC2240: SPI interface (MOSI=11, MISO=13, SCK=12, CS=10)
* - AS5600: I2C interface (SDA=8, SCL=9)
* - FUSB302: Digital pin 7 for interrupt
* - RGB LED: Pins 40(R), 42(G), 41(B)
* - Motor Control: EN=14, STEP=5, DIR=6, UART_EN=15
* 
* AUTHOR: [Rithik Krisna M]
* DATE: [28/05/2025]
* VERSION: 1.0
* ===============================================================================
*/
// ===============================================================================
// LIBRARY INCLUDES
// ===============================================================================
#include <SPI.h>           // SPI communication for TMC2240
#include <WiFi.h>          // WiFi connectivity
#include <WebServer.h>     // HTTP server for web interface
#include "AS5600.h"        // Magnetic encoder library - https://github.com/RobTillaart/AS5600
#include <Wire.h>          // I2C communication
#include <PD_UFP.h>        // USB-C Power Delivery library - https://github.com/kcl93/fusb302_arduino
#include <ArduinoJson.h>   // JSON handling for web API - https://arduinojson.org/?utm_source=meta&utm_medium=library.properties // Version 7.4.1
#include "index_page.h"    // HTML page for web interface
// ===============================================================================
// PIN DEFINITIONS
// ===============================================================================
#define FUSB302_INT_PIN 7  // Interrupt pin for PD controller
// WiFi Configuration
const char* ssid = "xxxx";      // WiFi network name
const char* password = "xxxx";   // WiFi password
// ===============================================================================
// OBJECT INSTANTIATION
// ===============================================================================
WebServer server(80);      // Web server on port 80
AS5600 as5600;            // Magnetic encoder object
PD_UFP_c PD_UFP;          // Power Delivery controller object
// ===============================================================================
// POWER DELIVERY PROFILES CONFIGURATION
// ===============================================================================
// Structure to define PD power profiles with voltage, current, and name
struct PDProfile {
   float voltage;         // Voltage in volts
   float current;         // Current in amperes
   const char* name;      // Human-readable name
};
// Predefined PD power profiles for different voltage levels
const PDProfile pd_profiles[] = {
   {5.0, 3.0, "5V/3A"},      // USB standard power
   {9.0, 2.0, "9V/2A"},      // Quick charge level 1
   {9.0, 3.0, "9V/3A"},      // Quick charge level 2
   {12.0, 1.5, "12V/1.5A"},  // Low power 12V
   {15.0, 2.0, "15V/2A"},    // Medium power 15V
   {20.0, 1.5, "20V/1.5A"}   // High voltage 20V
};
// ===============================================================================
// RGB LED CONFIGURATION
// ===============================================================================
// Pin definitions for RGB LED (common anode or cathode)
const int RGB_RED_PIN = 40;    // Red LED pin
const int RGB_GREEN_PIN = 42;  // Green LED pin
const int RGB_BLUE_PIN = 41;   // Blue LED pin
// RGB color structure for easy color management
struct RGBColor {
 int red;    // Red component (0-255)
 int green;  // Green component (0-255)
 int blue;   // Blue component (0-255)
};
// Predefined color constants for different states
const RGBColor COLOR_OFF = { 0, 0, 0 };         // LED off
const RGBColor COLOR_RED = { 255, 0, 0 };       // Error/disconnected
const RGBColor COLOR_GREEN = { 0, 255, 0 };     // Connected/5V
const RGBColor COLOR_BLUE = { 0, 0, 255 };      // Waiting/9V
const RGBColor COLOR_YELLOW = { 255, 255, 0 };  // Connecting
const RGBColor COLOR_PURPLE = { 255, 0, 255 };  // 12V
const RGBColor COLOR_CYAN = { 0, 255, 255 };    // Special state
const RGBColor COLOR_WHITE = { 255, 255, 255 }; // Unknown/default
const RGBColor COLOR_ORANGE = { 255, 165, 0 };  // 15V
const RGBColor COLOR_PINK = { 255, 20, 147 };   // 20V
// ===============================================================================
// LED STATE MANAGEMENT VARIABLES
// ===============================================================================
unsigned long lastLEDUpdate = 0;       // Last LED update timestamp
unsigned long ledBlinkInterval = 500;   // Blink interval in milliseconds
bool ledBlinkState = false;             // Current blink state (on/off)
RGBColor currentLEDColor = COLOR_OFF;   // Current LED color
bool ledBlinkEnabled = false;           // Blink enable flag
unsigned long lastClientRequest = 0;    // Last web client request time
bool webClientConnected = false;        // Web client connection status
bool pdColorModeActive = false;         // PD color mode active flag
// ===============================================================================
// TMC2240 STEPPER DRIVER CONFIGURATION
// ===============================================================================
// SPI pin definitions for TMC2240 communication
const int MOSI_PIN = 11, MISO_PIN = 13, SCK_PIN = 12, CS_PIN = 10;
// Motor control pin definitions
const int EN_PIN = 14;      // Enable pin (LOW = enabled, HIGH = disabled)
const int STEP_PIN = 5;     // Step pulse pin
const int DIR_PIN = 6;      // Direction pin (HIGH/LOW for CW/CCW)
const int UART_EN_PIN = 15; // UART enable pin (not used in SPI mode)
// ===============================================================================
// TMC2240 REGISTER ADDRESSES
// ===============================================================================
const uint8_t GCONF = 0x00;      // General configuration register
const uint8_t CHOPCONF = 0x6C;   // Chopper configuration register
const uint8_t IHOLD_IRUN = 0x10; // Current control register
const uint8_t TPOWERDOWN = 0x11; // Power down delay register
const uint8_t MSCNT = 0x6A;      // Microstep counter register
const uint8_t MSCURACT = 0x6B;   // Actual microstep current register
const uint8_t SG_RESULT = 0x40;  // StallGuard result register
const uint8_t DRV_STATUS = 0x6F; // Driver status register
const uint8_t ADC_TEMP = 0x51;   // Temperature ADC register
// ===============================================================================
// MOTOR CONFIGURATION CONSTANTS
// ===============================================================================
const uint16_t DEFAULT_CURRENT = 1000;     // Default motor current in mA
const uint8_t DEFAULT_MICROSTEPS = 16;     // Default microstepping setting
const uint16_t DEFAULT_SPEED = 5;          // Default speed in steps/sec
const int STEPS_PER_REV = 200;             // Steps per revolution (1.8° motors)
const int MIN_STEP_DELAY = 100;            // Minimum delay between steps (μs)
// ===============================================================================
// GLOBAL STATE VARIABLES
// ===============================================================================
// Motor state variables
bool isMotorEnabled = false;               // Motor enable state
bool currentDirection = true;              // Current direction (true = forward)
bool isMovingToAngle = false;             // Angle movement in progress flag
bool pd_negotiation_complete = false;     // PD negotiation status
// Motor parameter variables
int currentSpeed = DEFAULT_SPEED;          // Current speed setting
uint16_t motorCurrent = DEFAULT_CURRENT;   // Current motor current setting
uint8_t microSteps = DEFAULT_MICROSTEPS;   // Current microstepping setting
int STEPS_PER_REVOLUTION = STEPS_PER_REV * DEFAULT_MICROSTEPS; // Total steps per rev
// Position control variables
float targetAngle = 0.0;                   // Target angle for movement
float currentAngleTolerance = 0.0;         // Current angle tolerance
float cachedCurrentAngle = 0.0;            // Cached current angle reading
float cachedTemperature = 0.0;             // Cached temperature reading
int cachedCurrentB = 0;                    // Cached current reading
// ===============================================================================
// TIMING CONTROL VARIABLES
// ===============================================================================
unsigned long lastStatusUpdate = 0;        // Last status update timestamp
unsigned long lastEncoderUpdate = 0;       // Last encoder update timestamp
unsigned long last_pd_check = 0;           // Last PD check timestamp
unsigned long lastPDVoltageCheck = 0;      // Last PD voltage check timestamp
// Timing intervals (in milliseconds)
const unsigned long STATUS_UPDATE_INTERVAL = 1000;   // Status update every 1 second
const unsigned long ENCODER_UPDATE_INTERVAL = 100;   // Encoder update every 100ms
const unsigned long PD_CHECK_INTERVAL = 100;         // PD check every 100ms
const unsigned long CLIENT_TIMEOUT = 5000;           // Web client timeout (5 seconds)
// Current PD profile index
int currentPDProfile = 0; // Default to the first profile (5V/3A)
// PD voltage check interval
const unsigned long PD_VOLTAGE_CHECK_INTERVAL = 100;
// ===============================================================================
// RGB LED CONTROL FUNCTIONS
// ===============================================================================
/**
* Set RGB LED to specified color
* @param color RGBColor structure with red, green, blue values
*/
void setRGBColor(RGBColor color) {
 analogWrite(RGB_RED_PIN, color.red);     // Set red component
 analogWrite(RGB_GREEN_PIN, color.green); // Set green component
 analogWrite(RGB_BLUE_PIN, color.blue);   // Set blue component
 currentLEDColor = color;                 // Update current color
}
/**
* Set RGB LED with individual color values
* @param red Red component (0-255)
* @param green Green component (0-255)
* @param blue Blue component (0-255)
*/
void setRGBColor(int red, int green, int blue) {
 RGBColor color = { red, green, blue };
 setRGBColor(color);
}
/**
* Turn off RGB LED and disable blinking
*/
void turnOffLED() {
 setRGBColor(COLOR_OFF);
 ledBlinkEnabled = false;
}
/**
* Enable LED blinking with specified color and interval
* @param color Color to blink
* @param interval Blink interval in milliseconds (default: 500ms)
*/
void enableLEDBlink(RGBColor color, unsigned long interval = 500) {
 currentLEDColor = color;
 ledBlinkInterval = interval;
 ledBlinkEnabled = true;
 ledBlinkState = false;
 lastLEDUpdate = millis();
}
/**
* Update blinking LED state (call in main loop)
* Handles the timing and state changes for LED blinking
*/
void updateLEDBlink() {
 if (!ledBlinkEnabled) return;
 // Check if it's time to toggle the LED
 if (millis() - lastLEDUpdate >= ledBlinkInterval) {
   if (ledBlinkState) {
     setRGBColor(COLOR_OFF);           // Turn off LED
   } else {
     setRGBColor(currentLEDColor);     // Turn on LED with current color
   }
   ledBlinkState = !ledBlinkState;     // Toggle blink state
   lastLEDUpdate = millis();           // Update last update time
 }
}
/**
* Update status LED based on system state priority
* Priority: WiFi > PD Status > Client Connection
*/
void updateStatusLED() {
 // Highest Priority: WiFi disconnected - Red fast blink
 if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
   pdColorModeActive = false;
   enableLEDBlink(COLOR_RED, 200);  // Red fast blink for WiFi issues
   return;
 }
 // Second Priority: PD is ready and negotiated - show voltage colors
 if (PD_UFP.is_power_ready() && pd_negotiation_complete) {
   // Only update PD colors periodically to avoid constant changes
   if (millis() - lastPDVoltageCheck >= PD_CHECK_INTERVAL) {
     updatePDVoltageColor();
     lastPDVoltageCheck = millis();
   }
   return; // Exit here - PD colors are active
 }
 // Third Priority: WiFi connected but no PD - show connection status
 pdColorModeActive = false;
 // Update client connection status based on timeout
 if (millis() - lastClientRequest > CLIENT_TIMEOUT) {
   webClientConnected = false;
 }
 if (webClientConnected) {
   // WiFi connected and web client active - Solid Green
   setRGBColor(COLOR_GREEN);
   ledBlinkEnabled = false;
 } else {
   // WiFi connected but no web client - Blue slow blink
   enableLEDBlink(COLOR_BLUE, 1000);
 }
}
/**
* Update LED color based on PD voltage level
* Different colors represent different voltage levels:
* Green=5V, Blue=9V, Purple=12V, Orange=15V, Pink=20V, Red=Unknown
*/
void updatePDVoltageColor() {
 float voltage = pd_profiles[currentPDProfile].voltage; // Use selected profile voltage
 RGBColor voltageColor = COLOR_WHITE; // Default for unknown voltage
 // Determine color based on voltage range
 if (voltage >= 4.5 && voltage < 6.0) {
   voltageColor = COLOR_GREEN;          // 5V - Green
 } else if (voltage >= 8.5 && voltage < 10.0) {
   voltageColor = COLOR_BLUE;           // 9V - Blue
 } else if (voltage >= 11.5 && voltage < 13.0) {
   voltageColor = COLOR_PURPLE;         // 12V - Purple
 } else if (voltage >= 14.5 && voltage < 16.0) {
   voltageColor = COLOR_ORANGE;         // 15V - Orange
 } else if (voltage >= 19.0 && voltage < 21.0) {
   voltageColor = COLOR_PINK;           // 20V - Pink
 } else if (voltage > 0.0) {
   voltageColor = COLOR_RED;            // Unknown voltage - Red
 } else {
   voltageColor = COLOR_WHITE;          // No voltage/not ready - White
 }
 // Set PD color mode active
 pdColorModeActive = true;
 // Set blink speed based on motor state
 if (isMotorEnabled) {
   enableLEDBlink(voltageColor, 200);   // Fast blink when motor enabled
 } else {
   enableLEDBlink(voltageColor, 1000);  // Slow blink when motor disabled  
 }
 // Debug output for voltage color (can be removed in production)
 if (voltageColor.red == COLOR_GREEN.red && voltageColor.green == COLOR_GREEN.green) Serial.print("GREEN");
 else if (voltageColor.red == COLOR_BLUE.red && voltageColor.green == COLOR_BLUE.green) Serial.print("BLUE");
 else if (voltageColor.red == COLOR_PURPLE.red && voltageColor.green == COLOR_PURPLE.green) Serial.print("PURPLE");
 else if (voltageColor.red == COLOR_ORANGE.red && voltageColor.green == COLOR_ORANGE.green) Serial.print("ORANGE");
 else if (voltageColor.red == COLOR_PINK.red && voltageColor.green == COLOR_PINK.green) Serial.print("PINK");
 else if (voltageColor.red == COLOR_RED.red && voltageColor.green == COLOR_RED.green) Serial.print("RED");
 else Serial.print("WHITE");
}
/**
* Update motor status color when motor state changes
*/
void updateMotorStatusColor() {
 // Only update if PD is ready, otherwise let updateStatusLED handle it
 if (PD_UFP.is_power_ready() && pd_negotiation_complete) {
   updatePDVoltageColor();
 }
}
/**
* Force immediate PD color update (call when motor state changes)
*/
void forceUpdatePDColors() {
 if (PD_UFP.is_power_ready() && pd_negotiation_complete) {
   lastPDVoltageCheck = 0; // Force immediate update
   updatePDVoltageColor();
 }
}
/**
* Initialize RGB LED pins and test sequence
*/
void initRGBLED() {
 // Set pins as outputs
 pinMode(RGB_RED_PIN, OUTPUT);
 pinMode(RGB_GREEN_PIN, OUTPUT);
 pinMode(RGB_BLUE_PIN, OUTPUT);
 // Test sequence to verify LED functionality
 setRGBColor(COLOR_RED);
 delay(200);
 setRGBColor(COLOR_GREEN);
 delay(200);
 setRGBColor(COLOR_BLUE);
 delay(200);
 turnOffLED();
 Serial.println("RGB LED initialized");
}
// ===============================================================================
// TMC2240 DRIVER CONTROL FUNCTIONS
// ===============================================================================
// Function declarations for TMC2240 control
void configureDriver();                              // Configure TMC2240 with default settings
void setCurrent(uint16_t current);                   // Set motor current
void setMicrostepping(uint8_t microsteps);          // Set microstepping resolution
void writeRegister(uint8_t address, uint32_t value); // Write to TMC2240 register
uint32_t readRegister(uint8_t address);             // Read from TMC2240 register
void updateCachedValues();                          // Update cached sensor values
void moveMotor(bool direction, uint32_t steps);     // Move motor specified steps
void moveToAngle();                                 // Move to target angle
float calculateAngleTolerance(uint8_t microsteps);  // Calculate angle tolerance
// ===============================================================================
// MAIN SETUP FUNCTION
// ===============================================================================
void setup() {
 // Initialize serial communication for debugging
 Serial.begin(115200);
 Serial.println("TMC2240 Stepper Motor Control");
 // Initialize RGB LED system
 initRGBLED();
 // Initialize I2C for AS5600 encoder
 Wire.setPins(8, 9);  // Set custom I2C pins
 Wire.begin();
 // Initialize PD controller with 5V maximum initially
 PD_UFP.init(FUSB302_INT_PIN, PD_POWER_OPTION_MAX_5V);
 PD_UFP.set_power_option(PD_POWER_OPTION_MAX_5V);
 // Initialize AS5600 magnetic encoder
 as5600.begin(4);  // Begin with direction pin 4
 as5600.setDirection(AS5600_CLOCK_WISE);
 // Check encoder connection
 if (!as5600.isConnected()) {
   Serial.println("Warning: AS5600 encoder not connected!");
 }
 // Initialize TMC2240 control pins
 pinMode(EN_PIN, OUTPUT);      // Motor enable pin
 pinMode(STEP_PIN, OUTPUT);    // Step pulse pin
 pinMode(DIR_PIN, OUTPUT);     // Direction control pin
 pinMode(CS_PIN, OUTPUT);      // SPI chip select pin
 pinMode(MOSI_PIN, OUTPUT);    // SPI master out, slave in
 pinMode(MISO_PIN, INPUT);     // SPI master in, slave out
 pinMode(SCK_PIN, OUTPUT);     // SPI clock pin
 pinMode(UART_EN_PIN, OUTPUT); // UART enable (not used)
 // Set initial pin states
 digitalWrite(CS_PIN, HIGH);                    // Deselect TMC2240
 digitalWrite(EN_PIN, HIGH);                    // Disable motor initially
 digitalWrite(UART_EN_PIN, LOW);                // Disable UART mode
 digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);       // Set initial direction
 // Initialize SPI communication
 SPI.begin(SCK_PIN, MISO_PIN, MOSI_PIN, CS_PIN);
 // Connect to WiFi network
 WiFi.begin(ssid, password);
 Serial.print("Connecting to WiFi");
 setRGBColor(COLOR_YELLOW);  // Yellow while connecting
 // Wait for WiFi connection
 while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
   delay(500);
   Serial.print(".");
 }
 Serial.println("\nConnected to WiFi");
 Serial.print("IP Address: ");
 Serial.println(WiFi.localIP());
 setRGBColor(COLOR_GREEN);  // Green when connected
 delay(1000);
 // ===============================================================================
 // WEB SERVER ROUTE CONFIGURATION
 // ===============================================================================
 // Main page route - serves the web interface
 server.on("/", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   server.send(200, "text/html", html_page);
 });
 // Motor enable route - enables the stepper motor
 server.on("/enable", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   digitalWrite(EN_PIN, LOW);        // Enable motor (active low)
   isMotorEnabled = true;
   updateMotorStatusColor();         // Update LED status
   server.send(200, "text/plain", "Motor Enabled");
 });
 // Motor disable route - disables the stepper motor
 server.on("/disable", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   digitalWrite(EN_PIN, HIGH);       // Disable motor (active low)
   isMotorEnabled = false;
   updateMotorStatusColor();         // Update LED status
   server.send(200, "text/plain", "Motor Disabled");
 });
 // Emergency stop route - immediately stops all motor activity
 server.on("/stop", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   digitalWrite(EN_PIN, HIGH);       // Disable motor
   digitalWrite(STEP_PIN, LOW);      // Ensure step pin is low
   isMotorEnabled = false;
   isMovingToAngle = false;          // Stop angle movement
   currentSpeed = DEFAULT_SPEED;     // Reset speed
   updateMotorStatusColor();         // Update LED status
   String response = "{\"status\":\"Emergency Stop Activated\",\"motorEnabled\":false}";
   server.send(200, "application/json", response);
   Serial.println("EMERGENCY STOP ACTIVATED");
 });
 // Speed control route - sets motor speed
 server.on("/speed", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("value")) {
     currentSpeed = server.arg("value").toInt();
     server.send(200, "text/plain", "Speed set to " + String(currentSpeed));
   }
 });
 // Manual movement route - moves motor by specified steps
 server.on("/move", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("steps")) {
     int targetSteps = server.arg("steps").toInt();
     moveMotor(currentDirection, targetSteps);
     server.send(200, "text/plain", "Moving " + String(targetSteps) + " steps");
   }
 });
 // System status route - returns current system status
 server.on("/status", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   bool pd_ready = PD_UFP.is_power_ready();
   float pd_voltage = (pd_ready && pd_negotiation_complete) ? PD_UFP.get_voltage() : 0.0;
   float pd_current = (pd_ready && pd_negotiation_complete) ? PD_UFP.get_current() : 0.0;
   String status = "{\"temperature\":" + String(cachedTemperature, 1) + 
                  ",\"current\":" + String(cachedCurrentB) + 
                  ",\"pd_ready\":" + String(pd_ready ? "true" : "false") + 
                  ",\"pd_negotiated\":" + String(pd_negotiation_complete ? "true" : "false") + 
                  ",\"pd_voltage\":" + String(pd_voltage, 2) + 
                  ",\"pd_current\":" + String(pd_current, 2) + "}";
   server.send(200, "application/json", status);
 });
 // Motor current control route - sets motor current
 server.on("/current", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("value")) {
     motorCurrent = server.arg("value").toInt();
     setCurrent(motorCurrent);
     server.send(200, "text/plain", "Motor current set to " + String(motorCurrent) + " mA");
   }
 });
 // Microstepping control route - sets microstepping resolution
 server.on("/microsteps", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("value")) {
     microSteps = server.arg("value").toInt();
     setMicrostepping(microSteps);
     server.send(200, "text/plain", "Microstepping set to 1/" + String(microSteps));
   }
 });
 // Encoder status route - returns current encoder readings
 server.on("/encoder", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   String json = String("{\"speed\":0") + 
                ",\"rawAngle\":" + String(cachedCurrentAngle, 1) + 
                ",\"current\":" + String(cachedCurrentB) + "}";
   server.send(200, "application/json", json);
 });
 // Power status route - returns PD power status
 server.on("/power_status", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   StaticJsonDocument<200> doc;
   bool power_ready = PD_UFP.is_power_ready();
   float voltage = 0.0;
   float current = 0.0;
   if (power_ready && pd_negotiation_complete) {
     voltage = PD_UFP.get_voltage();
     current = PD_UFP.get_current();
   }
   bool pd_connected = power_ready && pd_negotiation_complete && voltage > 0.0 && current > 0.0;
   doc["pd_connected"] = pd_connected;
   doc["pd_negotiated"] = pd_negotiation_complete;
   if (pd_connected) {
     doc["voltage"] = voltage;
     doc["current"] = current;
     doc["power"] = voltage * current;
   }
   String response;
   serializeJson(doc, response);
   server.send(200, "application/json", response);
 });
 // Direction control route - sets motor direction
 server.on("/direction", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("dir")) {
     currentDirection = (server.arg("dir") == "true");
     digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);
     server.send(200, "text/plain", "Direction set to " + String(currentDirection ? "Forward" : "Backward"));
   } else {
     server.send(400, "text/plain", "Missing direction parameter");
   }
 });
 // Angle positioning route - moves motor to specific angle
 server.on("/set_angle", HTTP_GET, []() {
   lastClientRequest = millis();
   webClientConnected = true;
   if (server.hasArg("angle")) {
     targetAngle = server.arg("angle").toFloat();
     currentAngleTolerance = calculateAngleTolerance(microSteps);
     isMovingToAngle = true;
     server.send(200, "text/plain", "Moving to angle " + String(targetAngle) + "° with accuracy ±" + String(currentAngleTolerance) + "°");
   } else {
     server.send(400, "text/plain", "Missing angle parameter");
   }
 });
// Web server endpoint to set Power Delivery (PD) profile
server.on("/setPD", HTTP_GET, []() {
 // Update client activity tracking
 lastClientRequest = millis();
 webClientConnected = true;
 // Check if profile parameter is provided in the request
 if (server.hasArg("profile")) {
   int profile = server.arg("profile").toInt();  // Get requested voltage profile
   PD_power_option_t power_option;  // Variable to store PD power option
   // Map voltage profile to corresponding PD power option and profile index
   switch (profile) {
     case 5:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_5V;
       currentPDProfile = 0; // Index of 5V profile in pd_profiles[] array
       break;
     case 9:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_9V;
       currentPDProfile = 1; // Index of 9V profile in pd_profiles[] array
       break;
     case 12:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_12V;
       currentPDProfile = 2; // Index of 12V profile in pd_profiles[] array
       break;
     case 15:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_15V;
       currentPDProfile = 3; // Index of 15V profile in pd_profiles[] array
       break;
     case 20:
       power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_20V;
       currentPDProfile = 4; // Index of 20V profile in pd_profiles[] array
       break;
     default:
       // Invalid profile requested - send error response
       server.send(400, "text/plain", "Invalid profile");
       return;
   }
   // Apply the new power option to PD controller
   PD_UFP.set_power_option(power_option);
   // Run PD controller multiple times to ensure negotiation
   for (int i = 0; i < 5; i++) {
     PD_UFP.run();  // Process PD negotiation
     delay(100);    // Small delay between runs
   }
   // Force immediate LED color update to reflect new voltage
   forceUpdatePDColors();
   // Send success response to client
   server.send(200, "text/plain", "PD profile set to " + String(profile) + "V");
 } else {
   // No profile parameter provided - send error response
   server.send(400, "text/plain", "Missing profile parameter");
 }
});
// Start the web server
server.begin();
Serial.println("HTTP server started");
// Configure the TMC2240 stepper motor driver
configureDriver();
}
// Main program loop - runs continuously
void loop() {
 // Handle incoming web server requests
 server.handleClient();
 // Run PD controller to maintain power negotiation
 PD_UFP.run();
 // Update LED blinking animation if enabled
 updateLEDBlink();
 // Update status LED periodically (every 100ms) to avoid constant updates
 static unsigned long lastStatusLEDUpdate = 0;
 if (millis() - lastStatusLEDUpdate >= 100) {
   updateStatusLED();  // Update LED based on system status
   lastStatusLEDUpdate = millis();
 }
 // Handle Power Delivery controller status checks
 if (millis() - last_pd_check >= PD_CHECK_INTERVAL) {
   bool was_negotiated = pd_negotiation_complete;  // Store previous state
   // Check if PD power is ready/negotiated
   if (PD_UFP.is_power_ready()) {
     if (!pd_negotiation_complete) {
       // Power negotiation just completed
       Serial.println("PD Power Negotiation Complete!");
       pd_negotiation_complete = true;
       // Force immediate LED color update to show new voltage
       lastPDVoltageCheck = 0;
     }
   } else {
     if (pd_negotiation_complete) {
       // Power negotiation was lost
       Serial.println("PD Power Negotiation Lost!");
       pd_negotiation_complete = false;
       pdColorModeActive = false;  // Disable PD color mode
     }
   }
   last_pd_check = millis();  // Reset check timer
 }
 // Update cached sensor values periodically
 if (millis() - lastEncoderUpdate >= ENCODER_UPDATE_INTERVAL) {
   updateCachedValues();  // Update angle, temperature, current readings
   lastEncoderUpdate = millis();
 }
 // Handle automatic angle-based motor movement
 if (isMovingToAngle) {
   moveToAngle();  // Continue moving motor to target angle
 }
 // Print system status to serial monitor periodically
 if (millis() - lastStatusUpdate >= STATUS_UPDATE_INTERVAL) {
   Serial.println("System Status: Motor " + String(isMotorEnabled ? "Enabled" : "Disabled") + 
                  ", Temp: " + String(cachedTemperature, 1) + "°C" + 
                  ", WiFi: " + String(WiFi.status() == WL_CONNECTED ? "Connected" : "Disconnected") + 
                  ", Web Client: " + String(webClientConnected ? "Active" : "Inactive") +
                  ", PD Mode: " + String(pdColorModeActive ? "Active" : "Inactive"));
   lastStatusUpdate = millis();
 }
}
// Configure TMC2240 stepper driver with default settings
void configureDriver() {
 // Set motor current and microstepping to default values
 setCurrent(DEFAULT_CURRENT);
 setMicrostepping(DEFAULT_MICROSTEPS);
 // Set power down delay to 0 (immediate power down when idle)
 writeRegister(TPOWERDOWN, 0x0000);
 // Enable step interpolation for smoother movement
 uint32_t gconf = readRegister(GCONF);
 gconf |= (1 << 1);  // Set interpolation bit
 writeRegister(GCONF, gconf);
 // Set chopper off time (TOFF) to 5 for proper operation
 uint32_t chopconf = readRegister(CHOPCONF);
 chopconf &= ~(0x0F << 0);  // Clear TOFF bits
 chopconf |= (5 << 0);      // Set TOFF to 5
 writeRegister(CHOPCONF, chopconf);
 Serial.println("TMC2240 configured with default settings");
}
// Set motor current in milliamps
void setCurrent(uint16_t current) {
 uint32_t ihold_irun = 0;
 // Set hold current (current when motor is stationary)
 ihold_irun |= ((current / 100) & 0x1F) << 0;
 // Set run current (current when motor is moving)
 ihold_irun |= ((current / 100) & 0x1F) << 8;  
 // Set hold delay (time before reducing to hold current)
 ihold_irun |= ((current / 200) & 0x0F) << 16;
 writeRegister(IHOLD_IRUN, ihold_irun);
}
// Set microstepping resolution (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)
void setMicrostepping(uint8_t microsteps) {
 uint32_t chopconf = readRegister(CHOPCONF);
 chopconf &= ~(0x0F << 24);  // Clear MRES bits
 // Convert microsteps to MRES register value
 uint8_t mres;
 switch (microsteps) {
   case 256: mres = 0x0; break;  // 1/256 microstepping
   case 128: mres = 0x1; break;  // 1/128 microstepping
   case 64:  mres = 0x2; break;  // 1/64 microstepping
   case 32:  mres = 0x3; break;  // 1/32 microstepping
   case 16:  mres = 0x4; break;  // 1/16 microstepping
   case 8:   mres = 0x5; break;  // 1/8 microstepping
   case 4:   mres = 0x6; break;  // 1/4 microstepping
   case 2:   mres = 0x7; break;  // 1/2 microstepping (half step)
   case 1:   mres = 0x8; break;  // Full step
   default:  mres = 0x4; break;  // Default to 1/16 microstepping
 }
 chopconf |= (mres << 24);  // Set MRES bits
 chopconf |= (1 << 28);     // Enable interpolation
 writeRegister(CHOPCONF, chopconf);
 // Update global calculation variables
 STEPS_PER_REVOLUTION = STEPS_PER_REV * microsteps;
 currentAngleTolerance = calculateAngleTolerance(microsteps);
 Serial.print("Microstepping set to 1/");
 Serial.println(microsteps);
}
// Move motor a specified number of steps in given direction
void moveMotor(bool direction, uint32_t steps) {
 digitalWrite(DIR_PIN, direction);  // Set direction pin
 static unsigned long lastStepTime = 0;
 static uint32_t stepsRemaining = 0;
 // Initialize step counter on first call
 if (stepsRemaining == 0) {
   stepsRemaining = steps;
   lastStepTime = millis();
 }
 // Generate step pulses at controlled speed
 if (stepsRemaining > 0 && millis() - lastStepTime >= (1000 / currentSpeed)) {
   digitalWrite(STEP_PIN, HIGH);  // Start step pulse
   delayMicroseconds(10);         // Short pulse duration
   digitalWrite(STEP_PIN, LOW);   // End step pulse
   stepsRemaining--;              // Decrement remaining steps
   lastStepTime = millis();       // Update timing
 }
}
// Write data to TMC2240 register via SPI
void writeRegister(uint8_t address, uint32_t value) {
 digitalWrite(CS_PIN, LOW);                    // Select TMC2240
 SPI.transfer(address | 0x80);                 // Send address with write bit
 SPI.transfer((value >> 24) & 0xFF);          // Send MSB
 SPI.transfer((value >> 16) & 0xFF);          // Send byte 2
 SPI.transfer((value >> 8) & 0xFF);           // Send byte 1
 SPI.transfer(value & 0xFF);                  // Send LSB
 digitalWrite(CS_PIN, HIGH);                   // Deselect TMC2240
}
// Read data from TMC2240 register via SPI
uint32_t readRegister(uint8_t address) {
 digitalWrite(CS_PIN, LOW);                    // Select TMC2240
 SPI.transfer(address & 0x7F);                 // Send address with read bit
 uint32_t value = 0;
 value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 24;    // Read MSB
 value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 16;    // Read byte 2
 value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 8;     // Read byte 1
 value |= (uint32_t)SPI.transfer(0);          // Read LSB
 digitalWrite(CS_PIN, HIGH);                   // Deselect TMC2240
 return value;
}
// Update cached sensor values (called periodically to reduce I2C/SPI traffic)
void updateCachedValues() {
 // Read and convert encoder angle from raw value to degrees
 cachedCurrentAngle = (as5600.readAngle() * 360.0) / 4096.0;
 // Read TMC2240 temperature sensor with filtering
 uint32_t adc_temp = readRegister(ADC_TEMP);
 int temp_raw = adc_temp & 0x1FFF;           // Extract temperature bits
 float temp_celsius = (temp_raw - 2000) * 0.13; // Convert to Celsius
 // Only update temperature if reading is within reasonable range
 if (temp_celsius >= -50 && temp_celsius <= 150) {
   cachedTemperature = temp_celsius;
 }
 // Read motor current from TMC2240
 uint32_t mscuract = readRegister(MSCURACT);
 cachedCurrentB = mscuract & 0x01FF;  // Extract current bits
}
// Automatically move motor to target angle with precision control
void moveToAngle() {
 if (!isMovingToAngle) return;  // Exit if not in angle movement mode
 // Calculate angular difference to target
 float angleDifference = targetAngle - cachedCurrentAngle;
 // Normalize angle difference to [-180, 180] range for shortest path
 while (angleDifference > 180) angleDifference -= 360;
 while (angleDifference < -180) angleDifference += 360;
 // Check if target angle is reached within tolerance
 if (abs(angleDifference) <= currentAngleTolerance) {
   isMovingToAngle = false;        // Stop angle movement mode
   digitalWrite(STEP_PIN, LOW);    // Ensure step pin is low
   Serial.println("Target angle reached");
   return;
 }
 // Set motor direction based on angle difference
 currentDirection = (angleDifference > 0);  // Positive = forward
 digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);
 // Enable motor if not already enabled
 if (!isMotorEnabled) {
   digitalWrite(EN_PIN, LOW);  // Enable motor (active low)
   isMotorEnabled = true;
 }
 // Dynamic speed control based on remaining angle
 int stepDelay;
 float absDiff = abs(angleDifference);
 // Slower speeds as we approach target for better precision
 if (absDiff <= 5.0) {
   stepDelay = MIN_STEP_DELAY * 4;      // Very slow for final approach
 } else if (absDiff <= 20.0) {
   stepDelay = MIN_STEP_DELAY * 2;      // Slow for precision zone
 } else if (absDiff <= 45.0) {
   stepDelay = MIN_STEP_DELAY;          // Normal speed
 } else {
   stepDelay = MIN_STEP_DELAY / 2;      // Fast for large movements
 }
 // Take multiple steps toward target (up to 10 per loop iteration)
 for (int i = 0; i < 10 && isMovingToAngle; i++) {
   digitalWrite(STEP_PIN, HIGH);        // Start step pulse
   delayMicroseconds(stepDelay);        // Pulse high time
   digitalWrite(STEP_PIN, LOW);         // End step pulse
   delayMicroseconds(stepDelay);        // Pulse low time
   // Update current angle reading after each step
   cachedCurrentAngle = (as5600.readAngle() * 360.0) / 4096.0;
   angleDifference = targetAngle - cachedCurrentAngle;
   // Re-normalize angle difference
   while (angleDifference > 180) angleDifference -= 360;
   while (angleDifference < -180) angleDifference += 360;
   // Check if target reached during movement
   if (abs(angleDifference) <= currentAngleTolerance) {
     isMovingToAngle = false;
     Serial.println("Target angle reached during movement");
     break;
   }
 }
}
// Calculate angle tolerance based on microstepping resolution
float calculateAngleTolerance(uint8_t microsteps) {
 // Calculate minimum angle step and multiply by 2 for tolerance
 return (360.0 / (200.0 * microsteps)) * 2.0;
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

202

203

204

205

206

207

208

209

210

211

212

213

214

215

216

217

218

219

220

221

222

223

224

225

226

227

228

229

230

231

232

233

234

235

236

237

238

239

240

241

242

243

244

245

246

247

248

249

250

251

252

253

254

255

256

257

258

259

260

261

262

263

264

265

266

267

268

269

270

271

272

273

274

275

276

277

278

279

280

281

282

283

284

285

286

287

288

289

290

291

292

293

294

295

296

297

298

299

300

301

302

303

304

305

306

307

308

309

310

311

312

313

314

315

316

317

318

319

320

321

322

323

324

325

326

327

328

329

330

331

332

333

334

335

336

337

338

339

340

341

342

343

344

345

346

347

348

349

350

351

352

353

354

355

356

357

358

359

360

361

362

363

364

365

366

367

368

369

370

371

372

373

374

375

376

377

378

379

380

381

382

383

384

385

386

387

388

389

390

391

392

393

394

395

396

397

398

399

400

401

402

403

404

405

406

407

408

409

410

411

412

413

414

415

416

417

418

419

420

421

422

423

424

425

426

427

428

429

430

431

432

433

434

435

436

437

438

439

440

441

442

443

444

445

446

447

448

449

450

451

452

453

454

455

456

457

458

459

460

461

462

463

464

465

466

467

468

469

470

471

472

473

474

475

476

477

478

479

480

481

482

483

484

485

486

487

488

489

490

491

492

493

494

495

496

497

498

499

500

501

502

503

504

505

506

507

508

509

510

511

512

513

514

515

516

517

518

519

520

521

522

523

524

525

526

527

528

529

530

531

532

533

534

535

536

537

538

539

540

541

542

543

544

545

546

547

548

549

550

551

552

553

554

555

556

557

558

559

560

561

562

563

564

565

566

567

568

569

570

571

572

573

574

575

576

577

578

579

580

581

582

583

584

585

586

587

588

589

590

591

592

593

594

595

596

597

598

599

600

601

602

603

604

605

606

607

608

609

610

611

612

613

614

615

616

617

618

619

620

621

622

623

624

625

626

627

628

629

630

631

632

633

634

635

636

637

638

639

640

641

642

643

644

645

646

647

648

649

650

651

652

653

654

655

656

657

658

659

660

661

662

663

664

665

666

667

668

669

670

671

672

673

674

675

676

677

678

679

680

681

682

683

684

685

686

687

688

689

690

691

692

693

694

695

696

697

698

699

700

701

702

703

704

705

706

707

708

709

710

711

712

713

714

715

716

717

718

719

720

721

722

723

724

725

726

727

728

729

730

731

732

733

734

735

736

737

738

739

740

741

742

743

744

745

746

747

748

749

750

751

752

753

754

755

756

757

758

759

760

761

762

763

764

765

766

767

768

769

770

771

772

773

774

775

776

777

778

779

780

781

782

783

784

785

786

787

788

789

790

791

792

793

794

795

796

797

798

799

800

801

802

803

804

805

806

807

808

809

810

811

812

813

814

815

816

817

818

819

820

821

822

823

824

825

826

827

828

829

830

831

832

833

834

835

836

837

838

839

840

841

842

843

844

845

846

847

848

849

850

851

852

853

854

855

856

857

858

859

860

861

862

863

864

865

866

867

868

869

870

871

872

873

874

875

876

877

878

879

880

881

882

883

884

885

* ===============================================================================

* TMC2240 STEPPER MOTOR CONTROL WITH PD POWER DELIVERY & RGB STATUS INDICATORS

* ===============================================================================

* DESCRIPTION:

* This project implements a comprehensive stepper motor control system using the

* TMC2240 driver with advanced features including PD (Power Delivery) negotiation,

* magnetic encoder feedback, and RGB LED status indication.

* MAIN FEATURES:

* 1. TMC2240 Stepper Motor Driver Control

* - Configurable microstepping (1 to 256 steps)

* - Current control (up to 2A+)

* - SPI communication interface

* - Real-time temperature monitoring

* 2. USB-C Power Delivery (PD) Integration

* - FUSB302 PD controller support

* - Multiple voltage profiles (5V, 9V, 12V, 15V, 20V)

* - Automatic power negotiation

* - Real-time voltage/current monitoring

* 3. AS5600 Magnetic Encoder Integration

* - 12-bit resolution (4096 steps per revolution)

* - Absolute angle positioning

* - I2C communication

* - Precise angle-based motor control

* 4. RGB LED Status System

* - WiFi connection status indication

* - PD voltage level color coding

* - Motor state indication (enabled/disabled)

* - Web client connection status

* 5. Web-based Control Interface

* - Real-time motor control

* - Parameter adjustment (speed, current, microstepping)

* - System status monitoring

* - Emergency stop functionality

* 6. Advanced Motion Control

* - Absolute angle positioning

* - Dynamic speed control

* - Precision movement with tolerance

* - Direction control

* WORKING PRINCIPLE:

* The system operates by combining multiple control interfaces:

* - Web interface provides user control and monitoring

* - PD controller manages power delivery from USB-C source

* - TMC2240 drives the stepper motor with precise control

* - AS5600 provides position feedback for closed-loop control

* - RGB LED provides visual status feedback

* HARDWARE CONNECTIONS:

* - TMC2240: SPI interface (MOSI=11, MISO=13, SCK=12, CS=10)

* - AS5600: I2C interface (SDA=8, SCL=9)

* - FUSB302: Digital pin 7 for interrupt

* - RGB LED: Pins 40(R), 42(G), 41(B)

* - Motor Control: EN=14, STEP=5, DIR=6, UART_EN=15

* AUTHOR: [Rithik Krisna M]

* DATE: [28/05/2025]

* VERSION: 1.0

* ===============================================================================

// ===============================================================================

// LIBRARY INCLUDES

// ===============================================================================

#include <SPI.h> // SPI communication for TMC2240

#include <WiFi.h> // WiFi connectivity

#include <WebServer.h> // HTTP server for web interface

#include "AS5600.h" // Magnetic encoder library - https://github.com/RobTillaart/AS5600

#include <Wire.h> // I2C communication

#include <PD_UFP.h> // USB-C Power Delivery library - https://github.com/kcl93/fusb302_arduino

#include <ArduinoJson.h> // JSON handling for web API - https://arduinojson.org/?utm_source=meta&utm_medium=library.properties // Version 7.4.1

#include "index_page.h" // HTML page for web interface

// ===============================================================================

// PIN DEFINITIONS

// ===============================================================================

#define FUSB302_INT_PIN 7 // Interrupt pin for PD controller

// WiFi Configuration

const char* ssid = "xxxx"; // WiFi network name

const char* password = "xxxx"; // WiFi password

// ===============================================================================

// OBJECT INSTANTIATION

// ===============================================================================

WebServer server(80); // Web server on port 80

AS5600 as5600; // Magnetic encoder object

PD_UFP_c PD_UFP; // Power Delivery controller object

// ===============================================================================

// POWER DELIVERY PROFILES CONFIGURATION

// ===============================================================================

// Structure to define PD power profiles with voltage, current, and name

struct PDProfile {

float voltage; // Voltage in volts

float current; // Current in amperes

const char* name; // Human-readable name

};

// Predefined PD power profiles for different voltage levels

const PDProfile pd_profiles[] = {

{5.0, 3.0, "5V/3A"}, // USB standard power

{9.0, 2.0, "9V/2A"}, // Quick charge level 1

{9.0, 3.0, "9V/3A"}, // Quick charge level 2

{12.0, 1.5, "12V/1.5A"}, // Low power 12V

{15.0, 2.0, "15V/2A"}, // Medium power 15V

{20.0, 1.5, "20V/1.5A"} // High voltage 20V

};

// ===============================================================================

// RGB LED CONFIGURATION

// ===============================================================================

// Pin definitions for RGB LED (common anode or cathode)

const int RGB_RED_PIN = 40; // Red LED pin

const int RGB_GREEN_PIN = 42; // Green LED pin

const int RGB_BLUE_PIN = 41; // Blue LED pin

// RGB color structure for easy color management

struct RGBColor {

int red; // Red component (0-255)

int green; // Green component (0-255)

int blue; // Blue component (0-255)

};

// Predefined color constants for different states

const RGBColor COLOR_OFF = { 0, 0, 0 }; // LED off

const RGBColor COLOR_RED = { 255, 0, 0 }; // Error/disconnected

const RGBColor COLOR_GREEN = { 0, 255, 0 }; // Connected/5V

const RGBColor COLOR_BLUE = { 0, 0, 255 }; // Waiting/9V

const RGBColor COLOR_YELLOW = { 255, 255, 0 }; // Connecting

const RGBColor COLOR_PURPLE = { 255, 0, 255 }; // 12V

const RGBColor COLOR_CYAN = { 0, 255, 255 }; // Special state

const RGBColor COLOR_WHITE = { 255, 255, 255 }; // Unknown/default

const RGBColor COLOR_ORANGE = { 255, 165, 0 }; // 15V

const RGBColor COLOR_PINK = { 255, 20, 147 }; // 20V

// ===============================================================================

// LED STATE MANAGEMENT VARIABLES

// ===============================================================================

unsigned long lastLEDUpdate = 0; // Last LED update timestamp

unsigned long ledBlinkInterval = 500; // Blink interval in milliseconds

bool ledBlinkState = false; // Current blink state (on/off)

RGBColor currentLEDColor = COLOR_OFF; // Current LED color

bool ledBlinkEnabled = false; // Blink enable flag

unsigned long lastClientRequest = 0; // Last web client request time

bool webClientConnected = false; // Web client connection status

bool pdColorModeActive = false; // PD color mode active flag

// ===============================================================================

// TMC2240 STEPPER DRIVER CONFIGURATION

// ===============================================================================

// SPI pin definitions for TMC2240 communication

const int MOSI_PIN = 11, MISO_PIN = 13, SCK_PIN = 12, CS_PIN = 10;

// Motor control pin definitions

const int EN_PIN = 14; // Enable pin (LOW = enabled, HIGH = disabled)

const int STEP_PIN = 5; // Step pulse pin

const int DIR_PIN = 6; // Direction pin (HIGH/LOW for CW/CCW)

const int UART_EN_PIN = 15; // UART enable pin (not used in SPI mode)

// ===============================================================================

// TMC2240 REGISTER ADDRESSES

// ===============================================================================

const uint8_t GCONF = 0x00; // General configuration register

const uint8_t CHOPCONF = 0x6C; // Chopper configuration register

const uint8_t IHOLD_IRUN = 0x10; // Current control register

const uint8_t TPOWERDOWN = 0x11; // Power down delay register

const uint8_t MSCNT = 0x6A; // Microstep counter register

const uint8_t MSCURACT = 0x6B; // Actual microstep current register

const uint8_t SG_RESULT = 0x40; // StallGuard result register

const uint8_t DRV_STATUS = 0x6F; // Driver status register

const uint8_t ADC_TEMP = 0x51; // Temperature ADC register

// ===============================================================================

// MOTOR CONFIGURATION CONSTANTS

// ===============================================================================

const uint16_t DEFAULT_CURRENT = 1000; // Default motor current in mA

const uint8_t DEFAULT_MICROSTEPS = 16; // Default microstepping setting

const uint16_t DEFAULT_SPEED = 5; // Default speed in steps/sec

const int STEPS_PER_REV = 200; // Steps per revolution (1.8° motors)

const int MIN_STEP_DELAY = 100; // Minimum delay between steps (μs)

// ===============================================================================

// GLOBAL STATE VARIABLES

// ===============================================================================

// Motor state variables

bool isMotorEnabled = false; // Motor enable state

bool currentDirection = true; // Current direction (true = forward)

bool isMovingToAngle = false; // Angle movement in progress flag

bool pd_negotiation_complete = false; // PD negotiation status

// Motor parameter variables

int currentSpeed = DEFAULT_SPEED; // Current speed setting

uint16_t motorCurrent = DEFAULT_CURRENT; // Current motor current setting

uint8_t microSteps = DEFAULT_MICROSTEPS; // Current microstepping setting

int STEPS_PER_REVOLUTION = STEPS_PER_REV * DEFAULT_MICROSTEPS; // Total steps per rev

// Position control variables

float targetAngle = 0.0; // Target angle for movement

float currentAngleTolerance = 0.0; // Current angle tolerance

float cachedCurrentAngle = 0.0; // Cached current angle reading

float cachedTemperature = 0.0; // Cached temperature reading

int cachedCurrentB = 0; // Cached current reading

// ===============================================================================

// TIMING CONTROL VARIABLES

// ===============================================================================

unsigned long lastStatusUpdate = 0; // Last status update timestamp

unsigned long lastEncoderUpdate = 0; // Last encoder update timestamp

unsigned long last_pd_check = 0; // Last PD check timestamp

unsigned long lastPDVoltageCheck = 0; // Last PD voltage check timestamp

// Timing intervals (in milliseconds)

const unsigned long STATUS_UPDATE_INTERVAL = 1000; // Status update every 1 second

const unsigned long ENCODER_UPDATE_INTERVAL = 100; // Encoder update every 100ms

const unsigned long PD_CHECK_INTERVAL = 100; // PD check every 100ms

const unsigned long CLIENT_TIMEOUT = 5000; // Web client timeout (5 seconds)

// Current PD profile index

int currentPDProfile = 0; // Default to the first profile (5V/3A)

// PD voltage check interval

const unsigned long PD_VOLTAGE_CHECK_INTERVAL = 100;

// ===============================================================================

// RGB LED CONTROL FUNCTIONS

// ===============================================================================

/**

* Set RGB LED to specified color

* @param color RGBColor structure with red, green, blue values

void setRGBColor(RGBColor color) {

analogWrite(RGB_RED_PIN, color.red); // Set red component

analogWrite(RGB_GREEN_PIN, color.green); // Set green component

analogWrite(RGB_BLUE_PIN, color.blue); // Set blue component

currentLEDColor = color; // Update current color

}

/**

* Set RGB LED with individual color values

* @param red Red component (0-255)

* @param green Green component (0-255)

* @param blue Blue component (0-255)

void setRGBColor(int red, int green, int blue) {

RGBColor color = { red, green, blue };

setRGBColor(color);

}

/**

* Turn off RGB LED and disable blinking

void turnOffLED() {

setRGBColor(COLOR_OFF);

ledBlinkEnabled = false;

}

/**

* Enable LED blinking with specified color and interval

* @param color Color to blink

* @param interval Blink interval in milliseconds (default: 500ms)

void enableLEDBlink(RGBColor color, unsigned long interval = 500) {

currentLEDColor = color;

ledBlinkInterval = interval;

ledBlinkEnabled = true;

ledBlinkState = false;

lastLEDUpdate = millis();

}

/**

* Update blinking LED state (call in main loop)

* Handles the timing and state changes for LED blinking

void updateLEDBlink() {

if (!ledBlinkEnabled) return;

// Check if it's time to toggle the LED

if (millis() - lastLEDUpdate >= ledBlinkInterval) {

if (ledBlinkState) {

setRGBColor(COLOR_OFF); // Turn off LED

} else {

setRGBColor(currentLEDColor); // Turn on LED with current color

}

ledBlinkState = !ledBlinkState; // Toggle blink state

lastLEDUpdate = millis(); // Update last update time

}

/**

* Update status LED based on system state priority

* Priority: WiFi > PD Status > Client Connection

void updateStatusLED() {

// Highest Priority: WiFi disconnected - Red fast blink

if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

pdColorModeActive = false;

enableLEDBlink(COLOR_RED, 200); // Red fast blink for WiFi issues

return;

}

// Second Priority: PD is ready and negotiated - show voltage colors

if (PD_UFP.is_power_ready() && pd_negotiation_complete) {

// Only update PD colors periodically to avoid constant changes

if (millis() - lastPDVoltageCheck >= PD_CHECK_INTERVAL) {

updatePDVoltageColor();

lastPDVoltageCheck = millis();

}

return; // Exit here - PD colors are active

}

// Third Priority: WiFi connected but no PD - show connection status

pdColorModeActive = false;

// Update client connection status based on timeout

if (millis() - lastClientRequest > CLIENT_TIMEOUT) {

webClientConnected = false;

}

if (webClientConnected) {

// WiFi connected and web client active - Solid Green

setRGBColor(COLOR_GREEN);

ledBlinkEnabled = false;

} else {

// WiFi connected but no web client - Blue slow blink

enableLEDBlink(COLOR_BLUE, 1000);

}

/**

* Update LED color based on PD voltage level

* Different colors represent different voltage levels:

* Green=5V, Blue=9V, Purple=12V, Orange=15V, Pink=20V, Red=Unknown

void updatePDVoltageColor() {

float voltage = pd_profiles[currentPDProfile].voltage; // Use selected profile voltage

RGBColor voltageColor = COLOR_WHITE; // Default for unknown voltage

// Determine color based on voltage range

if (voltage >= 4.5 && voltage < 6.0) {

voltageColor = COLOR_GREEN; // 5V - Green

} else if (voltage >= 8.5 && voltage < 10.0) {

voltageColor = COLOR_BLUE; // 9V - Blue

} else if (voltage >= 11.5 && voltage < 13.0) {

voltageColor = COLOR_PURPLE; // 12V - Purple

} else if (voltage >= 14.5 && voltage < 16.0) {

voltageColor = COLOR_ORANGE; // 15V - Orange

} else if (voltage >= 19.0 && voltage < 21.0) {

voltageColor = COLOR_PINK; // 20V - Pink

} else if (voltage > 0.0) {

voltageColor = COLOR_RED; // Unknown voltage - Red

} else {

voltageColor = COLOR_WHITE; // No voltage/not ready - White

}

// Set PD color mode active

pdColorModeActive = true;

// Set blink speed based on motor state

if (isMotorEnabled) {

enableLEDBlink(voltageColor, 200); // Fast blink when motor enabled

} else {

enableLEDBlink(voltageColor, 1000); // Slow blink when motor disabled

}

// Debug output for voltage color (can be removed in production)

if (voltageColor.red == COLOR_GREEN.red && voltageColor.green == COLOR_GREEN.green) Serial.print("GREEN");

else if (voltageColor.red == COLOR_BLUE.red && voltageColor.green == COLOR_BLUE.green) Serial.print("BLUE");

else if (voltageColor.red == COLOR_PURPLE.red && voltageColor.green == COLOR_PURPLE.green) Serial.print("PURPLE");

else if (voltageColor.red == COLOR_ORANGE.red && voltageColor.green == COLOR_ORANGE.green) Serial.print("ORANGE");

else if (voltageColor.red == COLOR_PINK.red && voltageColor.green == COLOR_PINK.green) Serial.print("PINK");

else if (voltageColor.red == COLOR_RED.red && voltageColor.green == COLOR_RED.green) Serial.print("RED");

else Serial.print("WHITE");

}

/**

* Update motor status color when motor state changes

void updateMotorStatusColor() {

// Only update if PD is ready, otherwise let updateStatusLED handle it

if (PD_UFP.is_power_ready() && pd_negotiation_complete) {

updatePDVoltageColor();

}

/**

* Force immediate PD color update (call when motor state changes)

void forceUpdatePDColors() {

if (PD_UFP.is_power_ready() && pd_negotiation_complete) {

lastPDVoltageCheck = 0; // Force immediate update

updatePDVoltageColor();

}

/**

* Initialize RGB LED pins and test sequence

void initRGBLED() {

// Set pins as outputs

pinMode(RGB_RED_PIN, OUTPUT);

pinMode(RGB_GREEN_PIN, OUTPUT);

pinMode(RGB_BLUE_PIN, OUTPUT);

// Test sequence to verify LED functionality

setRGBColor(COLOR_RED);

delay(200);

setRGBColor(COLOR_GREEN);

delay(200);

setRGBColor(COLOR_BLUE);

delay(200);

turnOffLED();

Serial.println("RGB LED initialized");

}

// ===============================================================================

// TMC2240 DRIVER CONTROL FUNCTIONS

// ===============================================================================

// Function declarations for TMC2240 control

void configureDriver(); // Configure TMC2240 with default settings

void setCurrent(uint16_t current); // Set motor current

void setMicrostepping(uint8_t microsteps); // Set microstepping resolution

void writeRegister(uint8_t address, uint32_t value); // Write to TMC2240 register

uint32_t readRegister(uint8_t address); // Read from TMC2240 register

void updateCachedValues(); // Update cached sensor values

void moveMotor(bool direction, uint32_t steps); // Move motor specified steps

void moveToAngle(); // Move to target angle

float calculateAngleTolerance(uint8_t microsteps); // Calculate angle tolerance

// ===============================================================================

// MAIN SETUP FUNCTION

// ===============================================================================

void setup() {

// Initialize serial communication for debugging

Serial.begin(115200);

Serial.println("TMC2240 Stepper Motor Control");

// Initialize RGB LED system

initRGBLED();

// Initialize I2C for AS5600 encoder

Wire.setPins(8, 9); // Set custom I2C pins

Wire.begin();

// Initialize PD controller with 5V maximum initially

PD_UFP.init(FUSB302_INT_PIN, PD_POWER_OPTION_MAX_5V);

PD_UFP.set_power_option(PD_POWER_OPTION_MAX_5V);

// Initialize AS5600 magnetic encoder

as5600.begin(4); // Begin with direction pin 4

as5600.setDirection(AS5600_CLOCK_WISE);

// Check encoder connection

if (!as5600.isConnected()) {

Serial.println("Warning: AS5600 encoder not connected!");

}

// Initialize TMC2240 control pins

pinMode(EN_PIN, OUTPUT); // Motor enable pin

pinMode(STEP_PIN, OUTPUT); // Step pulse pin

pinMode(DIR_PIN, OUTPUT); // Direction control pin

pinMode(CS_PIN, OUTPUT); // SPI chip select pin

pinMode(MOSI_PIN, OUTPUT); // SPI master out, slave in

pinMode(MISO_PIN, INPUT); // SPI master in, slave out

pinMode(SCK_PIN, OUTPUT); // SPI clock pin

pinMode(UART_EN_PIN, OUTPUT); // UART enable (not used)

// Set initial pin states

digitalWrite(CS_PIN, HIGH); // Deselect TMC2240

digitalWrite(EN_PIN, HIGH); // Disable motor initially

digitalWrite(UART_EN_PIN, LOW); // Disable UART mode

digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection); // Set initial direction

// Initialize SPI communication

SPI.begin(SCK_PIN, MISO_PIN, MOSI_PIN, CS_PIN);

// Connect to WiFi network

WiFi.begin(ssid, password);

Serial.print("Connecting to WiFi");

setRGBColor(COLOR_YELLOW); // Yellow while connecting

// Wait for WiFi connection

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

delay(500);

Serial.print(".");

}

Serial.println("\nConnected to WiFi");

Serial.print("IP Address: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

setRGBColor(COLOR_GREEN); // Green when connected

delay(1000);

// ===============================================================================

// WEB SERVER ROUTE CONFIGURATION

// ===============================================================================

// Main page route - serves the web interface

server.on("/", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

server.send(200, "text/html", html_page);

});

// Motor enable route - enables the stepper motor

server.on("/enable", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

digitalWrite(EN_PIN, LOW); // Enable motor (active low)

isMotorEnabled = true;

updateMotorStatusColor(); // Update LED status

server.send(200, "text/plain", "Motor Enabled");

});

// Motor disable route - disables the stepper motor

server.on("/disable", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

digitalWrite(EN_PIN, HIGH); // Disable motor (active low)

isMotorEnabled = false;

updateMotorStatusColor(); // Update LED status

server.send(200, "text/plain", "Motor Disabled");

});

// Emergency stop route - immediately stops all motor activity

server.on("/stop", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

digitalWrite(EN_PIN, HIGH); // Disable motor

digitalWrite(STEP_PIN, LOW); // Ensure step pin is low

isMotorEnabled = false;

isMovingToAngle = false; // Stop angle movement

currentSpeed = DEFAULT_SPEED; // Reset speed

updateMotorStatusColor(); // Update LED status

String response = "{\"status\":\"Emergency Stop Activated\",\"motorEnabled\":false}";

server.send(200, "application/json", response);

Serial.println("EMERGENCY STOP ACTIVATED");

});

// Speed control route - sets motor speed

server.on("/speed", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("value")) {

currentSpeed = server.arg("value").toInt();

server.send(200, "text/plain", "Speed set to " + String(currentSpeed));

}

});

// Manual movement route - moves motor by specified steps

server.on("/move", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("steps")) {

int targetSteps = server.arg("steps").toInt();

moveMotor(currentDirection, targetSteps);

server.send(200, "text/plain", "Moving " + String(targetSteps) + " steps");

}

});

// System status route - returns current system status

server.on("/status", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

bool pd_ready = PD_UFP.is_power_ready();

float pd_voltage = (pd_ready && pd_negotiation_complete) ? PD_UFP.get_voltage() : 0.0;

float pd_current = (pd_ready && pd_negotiation_complete) ? PD_UFP.get_current() : 0.0;

String status = "{\"temperature\":" + String(cachedTemperature, 1) +

",\"current\":" + String(cachedCurrentB) +

",\"pd_ready\":" + String(pd_ready ? "true" : "false") +

",\"pd_negotiated\":" + String(pd_negotiation_complete ? "true" : "false") +

",\"pd_voltage\":" + String(pd_voltage, 2) +

",\"pd_current\":" + String(pd_current, 2) + "}";

server.send(200, "application/json", status);

});

// Motor current control route - sets motor current

server.on("/current", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("value")) {

motorCurrent = server.arg("value").toInt();

setCurrent(motorCurrent);

server.send(200, "text/plain", "Motor current set to " + String(motorCurrent) + " mA");

}

});

// Microstepping control route - sets microstepping resolution

server.on("/microsteps", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("value")) {

microSteps = server.arg("value").toInt();

setMicrostepping(microSteps);

server.send(200, "text/plain", "Microstepping set to 1/" + String(microSteps));

}

});

// Encoder status route - returns current encoder readings

server.on("/encoder", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

String json = String("{\"speed\":0") +

",\"rawAngle\":" + String(cachedCurrentAngle, 1) +

",\"current\":" + String(cachedCurrentB) + "}";

server.send(200, "application/json", json);

});

// Power status route - returns PD power status

server.on("/power_status", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

StaticJsonDocument<200> doc;

bool power_ready = PD_UFP.is_power_ready();

float voltage = 0.0;

float current = 0.0;

if (power_ready && pd_negotiation_complete) {

voltage = PD_UFP.get_voltage();

current = PD_UFP.get_current();

}

bool pd_connected = power_ready && pd_negotiation_complete && voltage > 0.0 && current > 0.0;

doc["pd_connected"] = pd_connected;

doc["pd_negotiated"] = pd_negotiation_complete;

if (pd_connected) {

doc["voltage"] = voltage;

doc["current"] = current;

doc["power"] = voltage * current;

}

String response;

serializeJson(doc, response);

server.send(200, "application/json", response);

});

// Direction control route - sets motor direction

server.on("/direction", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("dir")) {

currentDirection = (server.arg("dir") == "true");

digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);

server.send(200, "text/plain", "Direction set to " + String(currentDirection ? "Forward" : "Backward"));

} else {

server.send(400, "text/plain", "Missing direction parameter");

}

});

// Angle positioning route - moves motor to specific angle

server.on("/set_angle", HTTP_GET, []() {

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

if (server.hasArg("angle")) {

targetAngle = server.arg("angle").toFloat();

currentAngleTolerance = calculateAngleTolerance(microSteps);

isMovingToAngle = true;

server.send(200, "text/plain", "Moving to angle " + String(targetAngle) + "° with accuracy ±" + String(currentAngleTolerance) + "°");

} else {

server.send(400, "text/plain", "Missing angle parameter");

}

});

// Web server endpoint to set Power Delivery (PD) profile

server.on("/setPD", HTTP_GET, []() {

// Update client activity tracking

lastClientRequest = millis();

webClientConnected = true;

// Check if profile parameter is provided in the request

if (server.hasArg("profile")) {

int profile = server.arg("profile").toInt(); // Get requested voltage profile

PD_power_option_t power_option; // Variable to store PD power option

// Map voltage profile to corresponding PD power option and profile index

switch (profile) {

case 5:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_5V;

currentPDProfile = 0; // Index of 5V profile in pd_profiles[] array

break;

case 9:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_9V;

currentPDProfile = 1; // Index of 9V profile in pd_profiles[] array

break;

case 12:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_12V;

currentPDProfile = 2; // Index of 12V profile in pd_profiles[] array

break;

case 15:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_15V;

currentPDProfile = 3; // Index of 15V profile in pd_profiles[] array

break;

case 20:

power_option = PD_POWER_OPTION_MAX_20V;

currentPDProfile = 4; // Index of 20V profile in pd_profiles[] array

break;

default:

// Invalid profile requested - send error response

server.send(400, "text/plain", "Invalid profile");

return;

}

// Apply the new power option to PD controller

PD_UFP.set_power_option(power_option);

// Run PD controller multiple times to ensure negotiation

for (int i = 0; i < 5; i++) {

PD_UFP.run(); // Process PD negotiation

delay(100); // Small delay between runs

}

// Force immediate LED color update to reflect new voltage

forceUpdatePDColors();

// Send success response to client

server.send(200, "text/plain", "PD profile set to " + String(profile) + "V");

} else {

// No profile parameter provided - send error response

server.send(400, "text/plain", "Missing profile parameter");

}

});

// Start the web server

server.begin();

Serial.println("HTTP server started");

// Configure the TMC2240 stepper motor driver

configureDriver();

}

// Main program loop - runs continuously

void loop() {

// Handle incoming web server requests

server.handleClient();

// Run PD controller to maintain power negotiation

PD_UFP.run();

// Update LED blinking animation if enabled

updateLEDBlink();

// Update status LED periodically (every 100ms) to avoid constant updates

static unsigned long lastStatusLEDUpdate = 0;

if (millis() - lastStatusLEDUpdate >= 100) {

updateStatusLED(); // Update LED based on system status

lastStatusLEDUpdate = millis();

}

// Handle Power Delivery controller status checks

if (millis() - last_pd_check >= PD_CHECK_INTERVAL) {

bool was_negotiated = pd_negotiation_complete; // Store previous state

// Check if PD power is ready/negotiated

if (PD_UFP.is_power_ready()) {

if (!pd_negotiation_complete) {

// Power negotiation just completed

Serial.println("PD Power Negotiation Complete!");

pd_negotiation_complete = true;

// Force immediate LED color update to show new voltage

lastPDVoltageCheck = 0;

}

} else {

if (pd_negotiation_complete) {

// Power negotiation was lost

Serial.println("PD Power Negotiation Lost!");

pd_negotiation_complete = false;

pdColorModeActive = false; // Disable PD color mode

}

last_pd_check = millis(); // Reset check timer

}

// Update cached sensor values periodically

if (millis() - lastEncoderUpdate >= ENCODER_UPDATE_INTERVAL) {

updateCachedValues(); // Update angle, temperature, current readings

lastEncoderUpdate = millis();

}

// Handle automatic angle-based motor movement

if (isMovingToAngle) {

moveToAngle(); // Continue moving motor to target angle

}

// Print system status to serial monitor periodically

if (millis() - lastStatusUpdate >= STATUS_UPDATE_INTERVAL) {

Serial.println("System Status: Motor " + String(isMotorEnabled ? "Enabled" : "Disabled") +

", Temp: " + String(cachedTemperature, 1) + "°C" +

", WiFi: " + String(WiFi.status() == WL_CONNECTED ? "Connected" : "Disconnected") +

", Web Client: " + String(webClientConnected ? "Active" : "Inactive") +

", PD Mode: " + String(pdColorModeActive ? "Active" : "Inactive"));

lastStatusUpdate = millis();

}

// Configure TMC2240 stepper driver with default settings

void configureDriver() {

// Set motor current and microstepping to default values

setCurrent(DEFAULT_CURRENT);

setMicrostepping(DEFAULT_MICROSTEPS);

// Set power down delay to 0 (immediate power down when idle)

writeRegister(TPOWERDOWN, 0x0000);

// Enable step interpolation for smoother movement

uint32_t gconf = readRegister(GCONF);

gconf |= (1 << 1); // Set interpolation bit

writeRegister(GCONF, gconf);

// Set chopper off time (TOFF) to 5 for proper operation

uint32_t chopconf = readRegister(CHOPCONF);

chopconf &= ~(0x0F << 0); // Clear TOFF bits

chopconf |= (5 << 0); // Set TOFF to 5

writeRegister(CHOPCONF, chopconf);

Serial.println("TMC2240 configured with default settings");

}

// Set motor current in milliamps

void setCurrent(uint16_t current) {

uint32_t ihold_irun = 0;

// Set hold current (current when motor is stationary)

ihold_irun |= ((current / 100) & 0x1F) << 0;

// Set run current (current when motor is moving)

ihold_irun |= ((current / 100) & 0x1F) << 8;

// Set hold delay (time before reducing to hold current)

ihold_irun |= ((current / 200) & 0x0F) << 16;

writeRegister(IHOLD_IRUN, ihold_irun);

}

// Set microstepping resolution (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256)

void setMicrostepping(uint8_t microsteps) {

uint32_t chopconf = readRegister(CHOPCONF);

chopconf &= ~(0x0F << 24); // Clear MRES bits

// Convert microsteps to MRES register value

uint8_t mres;

switch (microsteps) {

case 256: mres = 0x0; break; // 1/256 microstepping

case 128: mres = 0x1; break; // 1/128 microstepping

case 64: mres = 0x2; break; // 1/64 microstepping

case 32: mres = 0x3; break; // 1/32 microstepping

case 16: mres = 0x4; break; // 1/16 microstepping

case 8: mres = 0x5; break; // 1/8 microstepping

case 4: mres = 0x6; break; // 1/4 microstepping

case 2: mres = 0x7; break; // 1/2 microstepping (half step)

case 1: mres = 0x8; break; // Full step

default: mres = 0x4; break; // Default to 1/16 microstepping

}

chopconf |= (mres << 24); // Set MRES bits

chopconf |= (1 << 28); // Enable interpolation

writeRegister(CHOPCONF, chopconf);

// Update global calculation variables

STEPS_PER_REVOLUTION = STEPS_PER_REV * microsteps;

currentAngleTolerance = calculateAngleTolerance(microsteps);

Serial.print("Microstepping set to 1/");

Serial.println(microsteps);

}

// Move motor a specified number of steps in given direction

void moveMotor(bool direction, uint32_t steps) {

digitalWrite(DIR_PIN, direction); // Set direction pin

static unsigned long lastStepTime = 0;

static uint32_t stepsRemaining = 0;

// Initialize step counter on first call

if (stepsRemaining == 0) {

stepsRemaining = steps;

lastStepTime = millis();

}

// Generate step pulses at controlled speed

if (stepsRemaining > 0 && millis() - lastStepTime >= (1000 / currentSpeed)) {

digitalWrite(STEP_PIN, HIGH); // Start step pulse

delayMicroseconds(10); // Short pulse duration

digitalWrite(STEP_PIN, LOW); // End step pulse

stepsRemaining--; // Decrement remaining steps

lastStepTime = millis(); // Update timing

}

// Write data to TMC2240 register via SPI

void writeRegister(uint8_t address, uint32_t value) {

digitalWrite(CS_PIN, LOW); // Select TMC2240

SPI.transfer(address | 0x80); // Send address with write bit

SPI.transfer((value >> 24) & 0xFF); // Send MSB

SPI.transfer((value >> 16) & 0xFF); // Send byte 2

SPI.transfer((value >> 8) & 0xFF); // Send byte 1

SPI.transfer(value & 0xFF); // Send LSB

digitalWrite(CS_PIN, HIGH); // Deselect TMC2240

}

// Read data from TMC2240 register via SPI

uint32_t readRegister(uint8_t address) {

digitalWrite(CS_PIN, LOW); // Select TMC2240

SPI.transfer(address & 0x7F); // Send address with read bit

uint32_t value = 0;

value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 24; // Read MSB

value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 16; // Read byte 2

value |= (uint32_t)SPI.transfer(0) << 8; // Read byte 1

value |= (uint32_t)SPI.transfer(0); // Read LSB

digitalWrite(CS_PIN, HIGH); // Deselect TMC2240

return value;

}

// Update cached sensor values (called periodically to reduce I2C/SPI traffic)

void updateCachedValues() {

// Read and convert encoder angle from raw value to degrees

cachedCurrentAngle = (as5600.readAngle() * 360.0) / 4096.0;

// Read TMC2240 temperature sensor with filtering

uint32_t adc_temp = readRegister(ADC_TEMP);

int temp_raw = adc_temp & 0x1FFF; // Extract temperature bits

float temp_celsius = (temp_raw - 2000) * 0.13; // Convert to Celsius

// Only update temperature if reading is within reasonable range

if (temp_celsius >= -50 && temp_celsius <= 150) {

cachedTemperature = temp_celsius;

}

// Read motor current from TMC2240

uint32_t mscuract = readRegister(MSCURACT);

cachedCurrentB = mscuract & 0x01FF; // Extract current bits

}

// Automatically move motor to target angle with precision control

void moveToAngle() {

if (!isMovingToAngle) return; // Exit if not in angle movement mode

// Calculate angular difference to target

float angleDifference = targetAngle - cachedCurrentAngle;

// Normalize angle difference to [-180, 180] range for shortest path

while (angleDifference > 180) angleDifference -= 360;

while (angleDifference < -180) angleDifference += 360;

// Check if target angle is reached within tolerance

if (abs(angleDifference) <= currentAngleTolerance) {

isMovingToAngle = false; // Stop angle movement mode

digitalWrite(STEP_PIN, LOW); // Ensure step pin is low

Serial.println("Target angle reached");

return;

}

// Set motor direction based on angle difference

currentDirection = (angleDifference > 0); // Positive = forward

digitalWrite(DIR_PIN, currentDirection);

// Enable motor if not already enabled

if (!isMotorEnabled) {

digitalWrite(EN_PIN, LOW); // Enable motor (active low)

isMotorEnabled = true;

}

// Dynamic speed control based on remaining angle

int stepDelay;

float absDiff = abs(angleDifference);

// Slower speeds as we approach target for better precision

if (absDiff <= 5.0) {

stepDelay = MIN_STEP_DELAY * 4; // Very slow for final approach

} else if (absDiff <= 20.0) {

stepDelay = MIN_STEP_DELAY * 2; // Slow for precision zone

} else if (absDiff <= 45.0) {

stepDelay = MIN_STEP_DELAY; // Normal speed

} else {

stepDelay = MIN_STEP_DELAY / 2; // Fast for large movements

}

// Take multiple steps toward target (up to 10 per loop iteration)

for (int i = 0; i < 10 && isMovingToAngle; i++) {

digitalWrite(STEP_PIN, HIGH); // Start step pulse

delayMicroseconds(stepDelay); // Pulse high time

digitalWrite(STEP_PIN, LOW); // End step pulse

delayMicroseconds(stepDelay); // Pulse low time

// Update current angle reading after each step

cachedCurrentAngle = (as5600.readAngle() * 360.0) / 4096.0;

angleDifference = targetAngle - cachedCurrentAngle;

// Re-normalize angle difference

while (angleDifference > 180) angleDifference -= 360;

while (angleDifference < -180) angleDifference += 360;

// Check if target reached during movement

if (abs(angleDifference) <= currentAngleTolerance) {

isMovingToAngle = false;

Serial.println("Target angle reached during movement");

break;

}

// Calculate angle tolerance based on microstepping resolution

float calculateAngleTolerance(uint8_t microsteps) {

// Calculate minimum angle step and multiply by 2 for tolerance

return (360.0 / (200.0 * microsteps)) * 2.0;

}

Принципы работы беспроводного контроллера шагового двигателя

Основные характеристики нашего беспроводного драйвера шагового двигателя

Необходимые компоненты

Схема проекта

Разработка печатной платы для беспроводного драйвера шагового двигателя

Сборка проекта

Корпус для драйвера шагового двигателя, вырезанный лазером

Техническое описание и репозиторий GitHub

Объяснение кода для ESP32

Библиотеки

Распределение контактов и аппаратные соединения

Глобальные переменные и конфигурация

Функция setup() — инициализация системы

Основной цикл — непрерывная работа

Объяснение основных функций

Загрузка прошивки и тестирование веб-интерфейса

Часто задаваемые вопросы о проекте беспроводного контроллера шагового двигателя

Полный код проекта

Похожие статьи

Добавить комментарий Отменить ответ

Добавить комментарий