基于STM32單片機的直流電機調速系統設計研究

湖北工程學院新技術學院　邱　恒

?

基于STM32單片機的直流電機調速系統設計研究

湖北工程學院新技術學院邱恒

【摘要】隨著直流電機調速系統的不斷完善，對其設計中單片機的應用也提出更高的要求。然而傳統單片機應用下，直流電動機運行工序極為復雜，很難滿足數字化調節特點，在此背景下便提出STM32單片機的應用，其可為直流電機調速提供保障，但如何保證STM32單片機的性能充分發揮出來，還需做好電機調速系統設計工作。本文將對電子調速器設計方案、STM32單片機應用下的硬件電路設計與軟件設計進行探析。

【關鍵詞】直流電機；STM32單片機；硬件電路；軟件設計

1　電子調速器設計方案

本文在研究中主要從無感無刷直流電機著手，該電機實際應用中表現出明顯的可靠性高、效率高、重量輕等特特征，要求在設計中做好電機控制系統設計，盡可能保證電路較為簡單且元器件的使用較少。為使電機作用充分發揮出來，需在調速控制系統設計前對電子調速器相關設計方案進行明確。調速系統設計中，核心單元表現在微控制器方面，需將相關的軟件編程引入，其目的在于保證微控制器能夠對MOSFET截止與導通進行控制，實現換相目標。需注意設計過程中應考慮到傳感器驅動電路問題，因此應引入檢測浮空相電壓使傳感器位置得以確定。同時，電子調速器本身作為驅動器，在運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可滿足實際設計要求。為使電子調速器能夠可靠運行，還要求將相應的控制設備引入其中，如核心處理器為STM32F103ET6的控制設備，該處理器又被叫做32位控制器，具有性價比高、使用簡單、功能強大等優勢。且注意在顯示與輸入設備上選用TFT觸摸屏。另外，在設計方案構建中，還應考慮到仿真器的設計，這樣在USB線應用下可滿足串口通訊、在線仿真與程序下載等要求。為使PPM信號輸出便利，可考慮做好接口預留工作，使STM32單片機運用下信號有效傳輸[1]。

2　STM32單片機應用下的硬件電路設計

2.1控制器硬件設計的思路

直流電機中，控制器在功能上集中表現為信號調速上，僅需在PPM信號接收后便能開展調速工作，其中的控制器得主要以STM32為主，其在硬件設計中從不同模塊著手。具體設計要求包括：第一，LCD接口電路設計。由于設計方案中強調將STM32F103ZET6引入其中，這種核心處理器FSMC總線，可使8080接口LCD接入得以實現，并考慮將SPI接口引入，可使觸摸屏接入更為便利。第二，電源設計。電源本身作為電路系統設計中的主要組成部分，考慮到設計中不存在功率較大的器件，所以將總線方式作為電源設計方式。對于芯片處VSS、VDD，可將高頻瓷介電容設置其中，并將鉭電容設置于VSS3、VDD3處。需注意的是電路設計過程中，有較多板載資源存在，此時芯片在供電電壓波動較為明顯的情況下，將難以順暢供電，所以需將濾波穩壓電容引入其中。第三，最小系統設計。該系統側重于對啟動模式、復位、時鐘等的描述，保證這些基礎部分可靠運行，才可為整個系統運行提供保障。設計中可考慮調試接口、下載接口、晶振與核心芯片等可靠連接，這樣最小系統便能發揮其作用。除此之外，設計中還需從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卡讀取功能實現。

2.2電子調速器硬件的可靠設計

電子調速器硬件，集中表現為電流檢測、換相控制與反電動勢過零檢測等方面。其中在電流檢測方面，電流設計中應保證直流電機中的電流向GND傳輸中，以蛇形走線的形式存在，此時電阻值保持為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，其在構成上主要以三極管、外圍電阻與功率長效應管為主，設計中主要需從這幾方面著手。另外，在反電動勢過零檢測方面，要求引入第三相感應電動勢，使轉子位置得以確定，僅需保證三相電源在其中發揮重要作用，便可對過零事件得以確定[2]。

3　STM32單片機應用下的軟件設計要求

直流電機調速系統設計中，將STM32單片機引入，還需考慮到軟件設計工作，其涉及的內容集中表現在電子調速器、控制器等設計內容。其中在電子調速器設計中，可將ATmega8作為芯片，以16Khz作為PWM頻率，并選擇8M晶振，并注意在軟件設計中做好啟動算法明確以及電流檢測、自檢與換相等設計。軟件設計中應盡可能以模塊化設計方式為主，可將整個系統具體細化為不同模塊，如過零事件檢測、定時器延時、電流檢測、通訊模塊以及MOSFET自檢等，保證這些模塊作用充分發揮出來，便可使電子調速器功能得以保障。另外，在控制器設計中，主要以GUI圖形界面設計為主，其可使PPM信號被提供。具體設計中，軟件設計的內容將集中表現在GUI控制程序編寫、外部讀取、圖形解碼、文件移植以及LCD驅動編寫等。為使GUI任務得以實現，需做好GUI回調函數控制，當系統內有相關事件出現后，圖形系統可對事件函數進行調用。另外，由于界面設計中需從 GUI對話框著手，所以需在對話框構建方面進行強化，確保資源表能夠將所有控件融入其中，并進行對話框程序的構建，使控件初始值被確定，這樣可保證對話框合理設計下所有控件發揮基本功能[3]。

4　結論

調速系統是否得以合理設計是影響直流電機性能發揮的關鍵性因素。實際設計中需考慮將STN32單片機引入其中，明確系統設計方案，在此基礎上開展相關的設計工作，包括硬件與軟件設計，如在硬件設計中需從控制器硬件電路、電子調速器硬件等方面著手，并保證軟件設計中控制器程序、電子調速器程序滿足控制系統運行要求，以此達到系統綜合性能提高的目標。

參考文獻

[1]朱貴國,汪黨.基于STM32單片機的直流電機調速系統設計[J].數字技術與應用,2013(5):2-3.

[2]楊穎紅,汪力純.基于STM32的無感無刷直流電機調速系統的設計[J].電子測試,2013(22):18-20.

[3]王恒,李陳康.基于雙單片機的無刷直流電機調速系統的設計[J].物聯網技術,2015(12):47-50.