基于PIC單片機的無刷直流電機控制系統

摘要：基于PIC單片機的無刷直流電機控制系統的出現，可以讓人們對無刷直流電機控制系統的要求得到滿足。無刷直流電機可以在延長電機定期維護修理時間的基礎上，促進電機使用效率的提升。本文主要從無刷直流電機控制系統方案入手，對無刷直流電機控制系統的硬件設計和軟件設計等問題進行了探究。

關鍵詞：PIC單片機；無刷直流電機控制系統；系統硬件設計

隨著社會生產技術與人們生活水平的提升，無刷直流電機已經在航空航天、國防科技和家用電器等多個領域得到了應用。根據單片機技術的發展現狀，基于單片機技術和DSP微處理器技術的數字系統已經逐步取代了傳統的模擬系統?；趩纹瑱C的無刷直流電機系統的出現，在節約生產成本的同時，發揮出了降低電路PCB板布線難度的作用。

1 無刷直流電機控制系統方案設計

無刷直流電機模型建立在直流電機模型基礎之上。根據無刷直流電機系統的實際應用需求，人們可以借助Proteus軟件對電機的額定使用電壓、空載狀態參數和轉子轉動慣量等參數進行調整[1]。在一些無刷直流電機控制系統之中，ATmegal128單片機發揮著主控芯片的作用。一般情況下，無刷直流電機控制系統主要包含有以下內容：一是電動機系統；二是轉子位置傳感器；三是電子開關線路；四是驅動電路。與之相關的控制系統需要在檢測相應信息的基礎上，確定轉子的位置。在基于PIC單片機的無刷直流電機控制系統方案設計方面，人們需要對霍爾傳感器和由驅動功率型場效應管組成的電子開關等器件進行應用。電流檢測電路和過流保護電路模塊的構建，有助于對線路板及其他重要器件的過流影響進行控制。電源電路需要發揮出主控芯片的作用，并要為驅動電路和逆變電路提供電源。與之相關的保護電路包含有欠壓保護機制和過流保護機制。

2 無刷直流電機控制系統硬件設計

無刷直流電機控制系統硬件電路包含有硬件電路、電機驅動電路和功率逆變電路等多種電路?；赑IC單片機的無刷直流電機控制系統的出現，可以讓人們對無刷直流電機控制系統的要求得到滿足。無刷直流電機可以在延長電機定期維護修理時間的基礎上，促進電機使用效率的提升。

2.1 主控單元設計

主控單元是無刷直流電機控制系統中的重要內容。與之相關的各個引腳需要發揮出數字量輸入口、模擬量輸入口和單片機電源端接地管腳等功能。根據無刷直流電機控制系統硬件設計需要，主控單元的電壓范圍可以控制在2.0V至5.5V之間。高灌/拉電流需要具有直流驅動LED的能力。為保證主控單元的實用性，人們需要在主控單元中設計2個8位定時器、1個16位定時器和2個PWM輸出，與之相關的A/D轉換器需要包含有10位分辨率和8個通道。

2.2 電源模塊設計

系統的電源電路主要有兩組電源構成。第一組電源為總電源，它可以為電路提供48V電壓。針對電源線、電路板走線過程中出現的雜波干擾，人們可以讓電路中的電解電容發揮出退耦功能。第二組電源電壓值為5V，具有著為單片機和邏輯電路提供電壓的功能。由于單片機A/D轉換的基準電壓值為5V，因而為單片機和邏輯電路提供電壓的電源電路的電壓范圍需要控制在4.9V至5.1V之間。

2.3 功率電路設計

功率電路在無刷直流電機控制系統中發揮著較為重要的作用。其所具有的整流功能可以讓輸入電機控制系統的220V交流電轉變為310V直流電。直流電壓可以被看作是逆變單元的直流母線電壓。根據控制器的要求，逆變單元可以將直流母線電壓逆變為交流電壓，并將其施加在電機繞組之上。整流電路和功率電路是無刷直流電機控制系統功率電路的重要組成部分。一般情況下，在電流突變至零以后，無刷直流電機繞組會在電流突變瞬間感受到較大的電壓。在換相階段，相電流的緩慢下降，可以為功率器件和電機提供一定的保護功能。出于保護電機的需要，人們還需要對電機的電流和溫度進行檢測，對此人們可以通過電源對地端連接一個取樣電阻，并讓取樣電阻發揮出電流傳感器的作用。

3 無刷直流電機控制系統的軟件設計

無刷直流電機控制系統的軟件設計包含由主程序、位置檢測子程序和調速子程序等多個程序。捕捉中斷、定時中斷和外部中斷等軟件設計方法的應用，有助于系統靜態功耗和動態功耗的降低[2]。與之相關的模塊化設計方案的應用，可以在降低程序的復雜性的基礎上，降低程序調試與程序維護的難度。

3.1 系統主程序設計

系統主程序設計主要指的是無刷直流電機控制系統的子程序模塊設計和中斷服務程序等內容。系統的初始化功能是系統主程序所具有的重要功能。出于獲取霍爾傳感器采集端口電平的需要，人們需要不斷開啟定時器中斷設置，并要在定時中斷的信號出現變化的情況下，借助電子轉子位置調整措施完成子程序采樣。在上電復位以后，系統初始化設計主要包含有以下內容：一是I/O的初始值設置、二是中斷設置與PWM相關寄存器的初值設置；三是A/D相關寄存器初值設置。

3.2 控制系統子程序模塊設計

子程序模塊涉及到了單片機中斷與模塊轉換器模塊等多個子系統。A/D轉換子程序流程涉及到了關閉中斷、采樣通道的選取轉換結果的讀取等多項內容。

3.3 PC端監測軟件設計

PC端監測軟件是電機控制系統中不可缺少的內容，它可以發揮出促進電機工作效率提升和降低系統調試時間的作用。為提升數據的直觀性及數據的表達能力，人們可以在對監測數據曲線顯示形式進行應用。

4 結語

硬件設計、軟件設計和PC端監測軟件設計是基于PIC單片機無刷直流電機控制系統系統設計中的關鍵元素。與之相關的模塊化設計方案的應用，可以在降低程序的復雜性的基礎上，降低程序調試與程序維護的難度。

參考文獻：

[1]孫曉旭，王勁松，安志勇.基于Proteus和AVR單片機的無刷直流電機控制系統仿真[J].電子設計工程，2015，23（19）：174176+180.

[2]李健飛，郝桂青.基于MC9S12D64單片機的直流無刷電機控制系統設計[J].電子設計工程，2010，18（12）：102104.

作者簡介：李小枝（1987），男，回族，甘肅隴西人，研究方向：四旋翼無人機及任務載荷測試。