專利名稱：一種基于stm32的無刷直流電機電子調(diào)速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無刷直流電機電子調(diào)速器，特別是用于航模領(lǐng)域的無刷直流電機電子調(diào)速器。
背景技術(shù)：
在各種航模中，電子調(diào)速器是航模中的重要部件，主要用于接收航模的控制指令信號，并根據(jù)信號進行調(diào)速，現(xiàn)有的無傳感器無刷直流電機常用的轉(zhuǎn)子位置檢測方法是反電動勢過零點檢測方法，通常使用電子調(diào)速器進行檢測，在傳統(tǒng)的航模電子調(diào)速器中，控制器基本上都是用單片機，由于受單片機運算能力的制約，采用單片機的電子調(diào)速器的運行速度不會很高，其反電動勢過零點檢測方法通常是用電壓比較器直接比較相電壓和虛擬中心點的電壓，這種檢測方式的缺點是抗干擾能力較弱，還會發(fā)生一定的誤檢，有些單片機甚至沒有自帶電壓比較器，因此就需要對其擴展該功能模塊，這樣硬件占用的空間就會變大，進而增加了航模的重量，這對提高航模的使用性能和靈巧性不利，以單片機為控制器的電子調(diào)速器還存在通信方式單一的問題，這很不利于調(diào)速器的擴展使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于STM32的無刷直流電機電子調(diào)速器，這種采用STM32微控制器電子調(diào)速器可極大的提高運行速度，其高精度的快速轉(zhuǎn)換ADC用于反電動勢的過零點檢測，可有效地解決上述的缺點和問題。為解決上述技術(shù)問題和實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于STM32的無刷直流電機電子調(diào)速器，包括STM32微控制器、功率驅(qū)動電路、三相逆變電路、電壓監(jiān)測電路、電流監(jiān)測電路、通信模塊電 路、反電動勢檢測電路、指示燈電路和電源電路。STM32微控制器的 Μ1高級定時器的CH1、CH2、CH3端口分別與功率驅(qū)動電路的高邊控制端HIN相連，PD9, PD10,PDll端口分別與功率驅(qū)動電路的低邊控制端LIN相連，STM32微控制器的ADC_IN1、ADC_IN2、ADC_IN3端口與反電動勢檢測電路相連，STM32微控制器的ADC_IN4端口與電流監(jiān)測電路相連，STM32微控制器的ADC_IN5端口與電壓監(jiān)測電路相連，電源電路與STM32微控制器、功率驅(qū)動電路、三相逆變電路相連，STM32微控制器采用H-PWM-L-ON的方式通過功率驅(qū)動電路驅(qū)動三相逆變電路，對電機進行兩兩導(dǎo)通三相六狀態(tài)控制，在PWM的高電平區(qū)間同步檢測反電動勢過零點信號，三相端電壓通過反電動勢檢測電路在STM32微控制器中以AD注入組方式進行轉(zhuǎn)換，在軟件中通過比較相應(yīng)的端電壓和中心點電壓，從而獲取反電動勢過零點信號，AD注入組轉(zhuǎn)換由HM1_CC4事件觸發(fā)，電源電壓、電流和溫度的檢測以AD規(guī)則組連續(xù)循環(huán)掃描方式轉(zhuǎn)換，通過DMA通道發(fā)送到相應(yīng)的RAM，實時監(jiān)測電源電壓、工作電流和溫度的變化；端電壓則以AD注入組方式轉(zhuǎn)換，并在中斷中讀取注入組轉(zhuǎn)換值。在本發(fā)明中，利用STM32微控制器內(nèi)部的溫度傳感器實時監(jiān)測電子調(diào)速器的溫度，當溫度大于所設(shè)定的溫度閾值時，電機進行減速控制。所述的通信模塊電路由接收機接口、12C接口和UART接口組成，其中接收機接口帶有電源線和信號線，信號線與STM32的 Μ3定時器CHl端口相連，使通信模塊電路能自動識別所給信號的方式，有利于實現(xiàn)多種通信方式。所述的指示燈電路由紅色LED燈和綠色LED燈的控制電路組成，在電機正常運轉(zhuǎn)、啟動失效、發(fā)生堵轉(zhuǎn)、電流過大或溫度過高時，相應(yīng)的LED燈產(chǎn)生不同的顯示狀態(tài)。所述的三相逆變電路由六個相同的N溝道MOSFET管組成橋式電路，實現(xiàn)對電機進行六步換相控制，N溝道MOSFET管采用IRF3205。所述的功率驅(qū)動電路由三個集成驅(qū)動芯片構(gòu)成，每個驅(qū)動芯片分別驅(qū)動每相的上下臂MOSFET管，驅(qū)動芯片采用IR2101S。所述的電壓監(jiān)測電路由電阻構(gòu)成的分壓電路組成，與STM32微控制器的ADC_IN5端口相連接，當電壓低于所設(shè)的電壓閾值時，紅色LED燈發(fā)出常亮指示信號。所述的電流監(jiān)測電路與三相逆變電路連接，并與STM32微控制器的ADC_IN4端口相接，當發(fā)生堵轉(zhuǎn)等引起的電流過大時，電流監(jiān)測電路使電機關(guān)閉，并使紅色LED指示燈閃爍。所述的反電動勢檢測電路為六個電阻組成的分壓電路，分別與STM32微控制器的ADC_IN1、ADC_IN2、ADC_IN3端口相連接，通過對三相端電壓進行降壓，使之符合STM32微控制器的AD轉(zhuǎn)換電壓范圍。所述的STM32微控制器采用STM32F103VBT6。本發(fā)明由于采用了高性價比的STM32作為控制器，使航模電子調(diào)速器的穩(wěn)定性和實時性大大提高，并增強了抗干擾能力，縮小了硬件空間，還使電子調(diào)速器具有多種通信方式和實時監(jiān)測溫度變化的功能特點，可有效提高航模的操控性能和使用功能。


圖1為本發(fā)明一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一實施方式的電路原理圖。圖3為本發(fā)明一實施方式的工作流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明的做進一步描述。按照圖1所示本發(fā)明一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖，它由STM32微控制器101、功率驅(qū)動電路105、三相逆變電路106、電壓監(jiān)測電路102、電流監(jiān)測電路109、通信模塊電路108、反電動勢檢測電路110、指示燈電路104和電源電路103組成，STM32微控制器101分別與通信模塊電路108、功率驅(qū)動電路105、反電動勢檢測電路110、電壓監(jiān)測電路102、電流監(jiān)測電路109和指示燈電路104相連，三相逆變電路106與功率驅(qū)動電路105和無刷直流電機107相連，電源電路103則與STM32微控制器101、功率驅(qū)動電路105、三相逆變電路106相連。在圖2所示的本發(fā)明一實施方式電路原理圖中，STM32微控制器201為系統(tǒng)的控制核心，控制無刷直流電機的啟動、閉環(huán)運行，并檢測反電動勢過零點信號，獲取通信信號，實時監(jiān)測電壓、電流和溫度，其中STM32微控制器201的 Μ1高級定時器的CH1、CH2、CH3端口分別與功率驅(qū)動電路205的高邊控制端HIN相連，PD9, PD10、PDll端口則分別與功率驅(qū)動電路205的低邊控制端LIN相連，采用H-PWM-L-ON的方式通過三相逆變電路206對電機進行兩兩導(dǎo)通三相六狀態(tài)控制，在本實施例中STM32微控制器201采用STM32F103VBT6。功率驅(qū)動電路205由三個集成驅(qū)動芯片構(gòu)成，每個驅(qū)動芯片分別驅(qū)動每相的上下臂MOSFET管，芯片采用IR2101S，驅(qū)動芯片的供電電壓與電源電壓一致；三相逆變電路206由六個相同的N溝道MOSFET管組成橋式電路，實現(xiàn)對電機的六步換相控制，本實施例中，N溝道MOSFET管采用IRF3205。通信模塊電路208由接收機接口、12C接口和UART接口組成，其中接收機接口有電源線和信號線，信號線與STM32微控制器201的TIM3定時器CHl端口相接，I2C接口和UART接口分別由STM32微控制器201的PB6、PB7端口與H)5、PD6端口引出，使通信模塊電路208能自動識別所給信號的方式，從而可實現(xiàn)多種通信方式。指示燈電路204由紅色LED燈和綠色LED燈的控制電路組成，分別通過限流電阻連接在STM32微控制器201的PC6和PC7端口，在電機正常運轉(zhuǎn)、啟動失效、發(fā)生堵轉(zhuǎn)、電流過大或溫度過高時，相應(yīng)的LED燈產(chǎn)生不同的狀態(tài)。電壓監(jiān)測電路202由電阻構(gòu)成的分壓電路組成，與STM32微控制器201的ADC_IN5端口相連，用于實時監(jiān)測電機的供電電壓，當電壓低于所設(shè)的電壓閾值時，發(fā)出指示信號，紅色LED燈處于常亮狀態(tài)。電流監(jiān)測電路209連接于三相逆變電路206，并與STM32微控制器201的ADC_IN4端口相連，電流監(jiān)測電路209用于實時檢測電機回路中的電流，當發(fā)生堵轉(zhuǎn)等引起電流過大時，電流監(jiān)測電路209使電機207關(guān)閉，同時紅色LED燈閃爍五下。反電動勢檢測電路210是由六個電阻組成的分壓電路，把分別與STM32微控制器201的ADC_IN1、ADC_IN2、ADC_IN3端口相連，把三相端電壓進行降壓，使其符合STM32微控制器201的AD轉(zhuǎn)換電壓范圍。按圖3所示的本發(fā)明一實施方式的工作流程示意圖，程序開始S301運行時，先進行一系列的初始化S302，包括時鐘初始化、端口配置初始化、定時器初始化、AD轉(zhuǎn)換初始化、DMA功能初始化、中斷初始化，其中在AD轉(zhuǎn)換初始化配置中設(shè)置規(guī)則組和注入組，電源電壓、電流和溫度的檢測以AD規(guī)則組連續(xù)循環(huán)掃描方式轉(zhuǎn)換，并通過DMA通道發(fā)送到相應(yīng)的RAM，端電壓以AD注入組方式轉(zhuǎn)換，并在中斷中讀取注入組轉(zhuǎn)換值。初始化S302完成之后，如接收到通信信號S303，在啟動命令S304下電機開環(huán)啟動S305，電機的啟動采用三段式啟動法，即在開環(huán)下先導(dǎo)通兩相，對轉(zhuǎn)子進行定位，定位后以外同步的方式使電機逐漸加速，當加速到可以正確檢測反電動勢信號S306的狀態(tài)時，切換到自同步方式，使電機進入閉環(huán)運行S307狀態(tài)，此時電機的速度由所接收到的通信信號PWM占空比大小進行調(diào)節(jié)。在電機閉環(huán)運行S307的過程中進行反電動勢過零點信號檢測S308，如在所預(yù)設(shè)的時間內(nèi)沒有檢測到反電動勢過零點信號，則對電機進行強制換相S309，并判斷電機是否發(fā)生了堵轉(zhuǎn)，如發(fā)生了堵轉(zhuǎn)，STM32微控制器發(fā)出關(guān)閉電機S310信號，使電機停止運行；如檢測到反電動勢過零點信號，則在換相控制S311的處理下進行換相，換相后即在軟件中檢測調(diào)速指令S312，使電機的速度得到及時調(diào)節(jié)。本發(fā)明充分利用STM32微控制器的AD規(guī)則組和注入組結(jié)合的方式，AD規(guī)則組用于電源電壓、電流和溫度的檢測，極大地提高了監(jiān)測的實時性，使系統(tǒng)的保護能力得到了增強，AD注入組用于檢測端電壓，由TM1_CC4事件觸發(fā)，一旦觸發(fā)事件發(fā)生，規(guī)則組被中斷，轉(zhuǎn)入注入組的轉(zhuǎn)換即可得到端電壓轉(zhuǎn)換值，然后在軟件中比較相應(yīng)端電壓和中心點電壓來獲取相應(yīng)檢測相的反電動勢，進而判斷過零點事件是否發(fā)生，如發(fā)生則再過30度電角度便可換相，注入組轉(zhuǎn)換完成之后，跳轉(zhuǎn)到原來規(guī)則組被中斷處繼續(xù)規(guī)則組的循環(huán)轉(zhuǎn)換。TIM1_CC4事件設(shè)置在用于驅(qū)動的PWM高電平區(qū)間發(fā)生，這樣反電動勢過零點信號就在PWM高電平區(qū)間進行同步檢測，檢測精度與PWM頻率有關(guān)，適當提高PWM頻率就可以提高檢測精度，在本發(fā)明中，把 Μ1高級定時器的頻率設(shè)置為60kHz。本發(fā)明所述的一種基于STM32的無刷直流電機電子調(diào)速器，并不僅限于以上的具體實施方式
，任何對上述基于STM32的無刷直流電機的電子調(diào)速器的流程和結(jié)構(gòu)所進行的修改或結(jié)構(gòu)變形 均屬本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于STM32的無刷直流電機電子調(diào)速器，其特征在于包括STM32微控制器、功率驅(qū)動電路、三相逆變電路、電壓監(jiān)測電路、電流監(jiān)測電路、通信模塊電路、反電動勢檢測電路、指示燈電路和電源電路；所述STM32微控制器的TIMl高級定時器的CH1、CH2、CH3端口分別與功率驅(qū)動電路的高邊控制端HIN相連，PD9, PD10、PDll端口分別與功率驅(qū)動電路的低邊控制端LIN相連，STM32微控制器的ADC_IN1、ADC_IN2、ADC_IN3端口與反電動勢檢測電路相連，STM32微控制器的ADC_IN4端口與電流監(jiān)測電路相連，STM32微控制器的ADC_ IN5端口與電壓檢測電路相連；所述電源電路與STM32微控制器、功率驅(qū)動電路、三相逆變電路相連，并且其特征在于STM32微控制器用H-PWM-L-ON的方式通過功率驅(qū)動電路驅(qū)動三相逆變電路，對電機進行兩兩導(dǎo)通三相六狀態(tài)控制，在PWM的高電平區(qū)間同步檢測反電動勢過零點信號，三相端電壓通過反電動勢檢測電路在STM32微控制器中以AD注入組方式進行轉(zhuǎn)換；以及在軟件中通過比較相應(yīng)的端電壓和中心點電壓，獲取反電動勢過零點信號； 上述AD注入組轉(zhuǎn)換由HM1_CC4事件觸發(fā)；電源電壓、電流和溫度的檢測以AD規(guī)則組連續(xù)循環(huán)掃描方式轉(zhuǎn)換，通過DMA通道發(fā)送到相應(yīng)的RAM ;端電壓以AD注入組方式轉(zhuǎn)換，并在中斷中讀取注入組轉(zhuǎn)換值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子調(diào)速器，其特征在于利用STM32微控制器內(nèi)部的溫度傳感器監(jiān)測電子調(diào)速器的溫度，當溫度大于所設(shè)定的溫度閾值時，電機進行減速控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子調(diào)速器，其特征在于所述通信模塊電路由接收機接口、 I2C接口和UART接口組成，其中接收機接口帶有電源線和信號線，信號線與STM32微控制器的 Μ3定時器CHl端口相接，I2C接口和UART接口分別由STM32微控制器的PB6、PB7端口與H)5、PD6端口引出，使通信模塊電路自動識別所給信號的方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子調(diào)速器，其特征在于所述的指示燈電路由紅色LED燈和綠色LED燈的控制電路組成，分別通過限流電阻連接在STM32微控制器的PC6和PC7端口，在電機正常運轉(zhuǎn)、啟動失效、發(fā)生堵轉(zhuǎn)、電流過大或溫度過高時，相應(yīng)的LED燈產(chǎn)生不同的顯示狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子調(diào)速器，其特征在于所述三相逆變電路由六個相同的N 溝道MOSFET管組成橋式電路，對電機進行六步換相控制，N溝道MOSFET管采用IRF3205。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子調(diào)速器，其特征在于所述功率驅(qū)動電路由三個集成驅(qū)動芯片構(gòu)成，每個驅(qū)動芯片分別驅(qū)動每相的上下臂MOSFET管，驅(qū)動芯片采用IR2101S，且驅(qū)動芯片的供電電壓與電源電壓一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子調(diào)速器，其特征在于所述電壓監(jiān)測電路由電阻構(gòu)成的分壓電路組成，與STM32微控制器的ADC_IN5端口相連接，用于監(jiān)測電機的供電電壓，當電壓低于所設(shè)的電壓閾值時，LED燈發(fā)出紅色指示信號；所述的電流監(jiān)測電路與三相逆變電路連接，并與STM32微控制器的ADC_IN4端口相連，用于檢測電機回路中的電流，在發(fā)生堵轉(zhuǎn)等引起電流過大時，電流監(jiān)測電路使電機關(guān)閉，并使紅色LED指示燈閃爍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子調(diào)速器，其特征在于所述的反電動勢檢測電路為六個電阻組成的分壓電路，分別與STM32微控制器201的ADC_IN1、ADC_IN2、DC_IN3端口相連接，通過對三相端電壓進行降壓，使之符合STM32微控制器的AD轉(zhuǎn)換電壓范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子調(diào)速器，其特征在于所述的STM32微控制器采用 STM32F103VBT6。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子調(diào)速器，其特征在于所述TIM1_CC4事件設(shè)在用于驅(qū)動的PWM高電平區(qū)間發(fā)生，反電動勢過零點信號在PWM高電平區(qū)間進行同步檢測，TIMl高級定時器的頻率設(shè)置為60kHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于STM32的無刷直流電機電子調(diào)速器，它由STM32微控制器、功率驅(qū)動電路、三相逆變電路、電壓、電流監(jiān)測電路、通信模塊電路、反電動勢檢測電路和指示燈電路等組成，STM32微控制器采用H-PWM-L-ON的方式通過功率驅(qū)動電路驅(qū)動三相逆變電路，對電機進行兩兩導(dǎo)通三相六狀態(tài)控制，在PWM的高電平區(qū)間同步檢測反電動勢過零點信號，三相端電壓通過反電動勢檢測電路在STM32微控制器中以AD注入組方式進行轉(zhuǎn)換，在軟件中通過比較相應(yīng)的端電壓和中心點電壓，從而獲取反電動勢過零點信號，AD注入組轉(zhuǎn)換由TIM1_CC4事件觸發(fā)，電源電壓、電流和溫度的檢測則以AD規(guī)則組連續(xù)循環(huán)掃描方式轉(zhuǎn)換，通過DMA通道發(fā)送到相應(yīng)的RAM,與采用單片機的電子調(diào)速器相比，本發(fā)明抗干擾能力較強，硬件空間小，性能較高，并具有多種通信方式的特點。
文檔編號H02P7/28GK103051262SQ20121057077
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者黃守麟, 閉金杰, 梁艷, 羅曉曙, 丘深輝 申請人:廣西師范大學