湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院　邱　恒

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基于STM32單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

湖北工程學(xué)院新技術(shù)學(xué)院邱恒

【摘要】隨著直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的不斷完善，對(duì)其設(shè)計(jì)中單片機(jī)的應(yīng)用也提出更高的要求。然而傳統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用下，直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工序極為復(fù)雜，很難滿足數(shù)字化調(diào)節(jié)特點(diǎn)，在此背景下便提出STM32單片機(jī)的應(yīng)用，其可為直流電機(jī)調(diào)速提供保障，但如何保證STM32單片機(jī)的性能充分發(fā)揮出來(lái)，還需做好電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。本文將對(duì)電子調(diào)速器設(shè)計(jì)方案、STM32單片機(jī)應(yīng)用下的硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行探析。

【關(guān)鍵詞】直流電機(jī)；STM32單片機(jī)；硬件電路；軟件設(shè)計(jì)

1　電子調(diào)速器設(shè)計(jì)方案

本文在研究中主要從無(wú)感無(wú)刷直流電機(jī)著手，該電機(jī)實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出明顯的可靠性高、效率高、重量輕等特特征，要求在設(shè)計(jì)中做好電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，盡可能保證電路較為簡(jiǎn)單且元器件的使用較少。為使電機(jī)作用充分發(fā)揮出來(lái)，需在調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前對(duì)電子調(diào)速器相關(guān)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行明確。調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，核心單元表現(xiàn)在微控制器方面，需將相關(guān)的軟件編程引入，其目的在于保證微控制器能夠?qū)OSFET截止與導(dǎo)通進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)換相目標(biāo)。需注意設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮到傳感器驅(qū)動(dòng)電路問(wèn)題，因此應(yīng)引入檢測(cè)浮空相電壓使傳感器位置得以確定。同時(shí)，電子調(diào)速器本身作為驅(qū)動(dòng)器，在運(yùn)行中主要以串口控制方式、PPM控制方式以及IIC等為主。本文研究中主要考慮從PPM控制方式著手，這種控制下獲取的信號(hào)可滿足實(shí)際設(shè)計(jì)要求。為使電子調(diào)速器能夠可靠運(yùn)行，還要求將相應(yīng)的控制設(shè)備引入其中，如核心處理器為STM32F103ET6的控制設(shè)備，該處理器又被叫做32位控制器，具有性?xún)r(jià)比高、使用簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大等優(yōu)勢(shì)。且注意在顯示與輸入設(shè)備上選用TFT觸摸屏。另外，在設(shè)計(jì)方案構(gòu)建中，還應(yīng)考慮到仿真器的設(shè)計(jì)，這樣在USB線應(yīng)用下可滿足串口通訊、在線仿真與程序下載等要求。為使PPM信號(hào)輸出便利，可考慮做好接口預(yù)留工作，使STM32單片機(jī)運(yùn)用下信號(hào)有效傳輸[1]。

2　STM32單片機(jī)應(yīng)用下的硬件電路設(shè)計(jì)

2.1控制器硬件設(shè)計(jì)的思路

直流電機(jī)中，控制器在功能上集中表現(xiàn)為信號(hào)調(diào)速上，僅需在PPM信號(hào)接收后便能開(kāi)展調(diào)速工作，其中的控制器得主要以STM32為主，其在硬件設(shè)計(jì)中從不同模塊著手。具體設(shè)計(jì)要求包括：第一，LCD接口電路設(shè)計(jì)。由于設(shè)計(jì)方案中強(qiáng)調(diào)將STM32F103ZET6引入其中，這種核心處理器FSMC總線，可使8080接口LCD接入得以實(shí)現(xiàn)，并考慮將SPI接口引入，可使觸摸屏接入更為便利。第二，電源設(shè)計(jì)。電源本身作為電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要組成部分，考慮到設(shè)計(jì)中不存在功率較大的器件，所以將總線方式作為電源設(shè)計(jì)方式。對(duì)于芯片處VSS、VDD，可將高頻瓷介電容設(shè)置其中，并將鉭電容設(shè)置于VSS3、VDD3處。需注意的是電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，有較多板載資源存在，此時(shí)芯片在供電電壓波動(dòng)較為明顯的情況下，將難以順暢供電，所以需將濾波穩(wěn)壓電容引入其中。第三，最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)側(cè)重于對(duì)啟動(dòng)模式、復(fù)位、時(shí)鐘等的描述，保證這些基礎(chǔ)部分可靠運(yùn)行，才可為整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行提供保障。設(shè)計(jì)中可考慮調(diào)試接口、下載接口、晶振與核心芯片等可靠連接，這樣最小系統(tǒng)便能發(fā)揮其作用。除此之外，設(shè)計(jì)中還需從TF卡的與仿真電路方面著手，以其中TF卡為例，主要利用STM32提供的SDI0接口，使SD卡讀取功能實(shí)現(xiàn)。

2.2電子調(diào)速器硬件的可靠設(shè)計(jì)

電子調(diào)速器硬件，集中表現(xiàn)為電流檢測(cè)、換相控制與反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)等方面。其中在電流檢測(cè)方面，電流設(shè)計(jì)中應(yīng)保證直流電機(jī)中的電流向GND傳輸中，以蛇形走線的形式存在，此時(shí)電阻值保持為0.01歐姆。即使電流較大，也可在一階低通濾波器作用下將其向ADC6通道中接入。而在換相控制方面，其在構(gòu)成上主要以三極管、外圍電阻與功率長(zhǎng)效應(yīng)管為主，設(shè)計(jì)中主要需從這幾方面著手。另外，在反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方面，要求引入第三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使轉(zhuǎn)子位置得以確定，僅需保證三相電源在其中發(fā)揮重要作用，便可對(duì)過(guò)零事件得以確定[2]。

3　STM32單片機(jī)應(yīng)用下的軟件設(shè)計(jì)要求

直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將STM32單片機(jī)引入，還需考慮到軟件設(shè)計(jì)工作，其涉及的內(nèi)容集中表現(xiàn)在電子調(diào)速器、控制器等設(shè)計(jì)內(nèi)容。其中在電子調(diào)速器設(shè)計(jì)中，可將ATmega8作為芯片，以16Khz作為PWM頻率，并選擇8M晶振，并注意在軟件設(shè)計(jì)中做好啟動(dòng)算法明確以及電流檢測(cè)、自檢與換相等設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能以模塊化設(shè)計(jì)方式為主，可將整個(gè)系統(tǒng)具體細(xì)化為不同模塊，如過(guò)零事件檢測(cè)、定時(shí)器延時(shí)、電流檢測(cè)、通訊模塊以及MOSFET自檢等，保證這些模塊作用充分發(fā)揮出來(lái)，便可使電子調(diào)速器功能得以保障。另外，在控制器設(shè)計(jì)中，主要以GUI圖形界面設(shè)計(jì)為主，其可使PPM信號(hào)被提供。具體設(shè)計(jì)中，軟件設(shè)計(jì)的內(nèi)容將集中表現(xiàn)在GUI控制程序編寫(xiě)、外部讀取、圖形解碼、文件移植以及LCD驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)等。為使GUI任務(wù)得以實(shí)現(xiàn)，需做好GUI回調(diào)函數(shù)控制，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有相關(guān)事件出現(xiàn)后，圖形系統(tǒng)可對(duì)事件函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。另外，由于界面設(shè)計(jì)中需從 GUI對(duì)話框著手，所以需在對(duì)話框構(gòu)建方面進(jìn)行強(qiáng)化，確保資源表能夠?qū)⑺锌丶谌肫渲?，并進(jìn)行對(duì)話框程序的構(gòu)建，使控件初始值被確定，這樣可保證對(duì)話框合理設(shè)計(jì)下所有控件發(fā)揮基本功能[3]。

4　結(jié)論

調(diào)速系統(tǒng)是否得以合理設(shè)計(jì)是影響直流電機(jī)性能發(fā)揮的關(guān)鍵性因素。實(shí)際設(shè)計(jì)中需考慮將STN32單片機(jī)引入其中，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，包括硬件與軟件設(shè)計(jì)，如在硬件設(shè)計(jì)中需從控制器硬件電路、電子調(diào)速器硬件等方面著手，并保證軟件設(shè)計(jì)中控制器程序、電子調(diào)速器程序滿足控制系統(tǒng)運(yùn)行要求，以此達(dá)到系統(tǒng)綜合性能提高的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱貴國(guó),汪黨.基于STM32單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2013(5):2-3.

[2]楊穎紅,汪力純.基于STM32的無(wú)感無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試,2013(22):18-20.

[3]王恒,李陳康.基于雙單片機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2015(12):47-50.