基于MC56F80xx的H轴洗衣机无传感永磁同步电机驱动的设计

孙静

摘 要：环保、节能等思想对家电业的发展提出了新要求，飞思卡尔解决方案采用先进的电

机控制技术，能够提高能效，降低工作噪声，提高用水计量精确度。本文结合飞思卡尔智能

洗衣机原理研究了电机的驱动控制。该系统利用MC56F8023作为电机驱动的微控制器，给

出了电机驱动的硬件构成，软件实现方法。

关键词：电机驱动；中断处理；状态机

中图分类号：TP39 文献标识号：A 文章编号：2095-2163（2014）06-

Abstract： Recent world-wide interest towards environmental friendliness， water consumption， and

energy saving particularly impinge on the home appliance areas. Freescale provides solutions to

address advanced motor control for increasing power efficiency and reducing operation noise， as

well as improving accuracy in water measurement. This paper studies on motor driver of Washing

machines based on microcontroller MC56F8023， and provides the hardware implementation and

software design.

Keywords： Motor Driver； Interrupt Process； State Machine

0引 言

随着科技的进步和社会的发展，环保、节水、节能和智能化等要求已在家电领域取得了

一致的行业认同。单就洗衣机门类来说，如何使用电子器件来实现节水、节能的可靠自动化

操作也相应摆在了设计者的面前。针对这一状况，飞思卡尔洗衣机退出的一套解决方案就是

通过采用先进的电机控制技术，藉此以改善提高能效，降低工作噪声，并提高用水计量精确

度，具体的结构框图则如图1所示[1]。其中，洗衣机是由一个8位或者32位的微控制器芯片

进行控制，并通过ZigBee协议与外界实现数据通信，再通过压力测量的水位传感器检测水位

传给控制器，而且温度传感器测量的水温也将一并传给控制器，同事控制器又根据水温状况

决定是否需要加热，用户则可通过触摸键盘直接选择洗衣机的各种操作或通过无线网络远程

控制洗衣机的各种操作。此外，洗衣机工作时的各种参数和信息也将在洗衣机的显示屏上得

以显示。系统驱动程序的总流程如图3所示。系统中内设一个无限循环，无限循环中运行着不太

重要的定时任务，如以轮询方式与主控PC机通信。

系统运行在实时系统下，以中断方式驱动各个任务的执行。系统有一个单周期性（125μs）

的中断服务程序执行主要的电机控制任务。

2.2 中断服务程序设计

整个驱动系统的应用控制是由软件实现，合并状态机，支配着整个应用的操作，同时给

予现有数据，运行相应的软件。系统运行过程中，硬件状态一直处于监测中，如温度，集成

电路芯片的实时信息等。

系统运行在实时系统下，以中断方式驱动各个任务的执行。单周期性（125μs）的中断

服务程序（图4）执行主要的电机控制任务。ADC转换完成发出中断服务请求，中断服务程

序在第二个PWM周期执行，每两个PWM周期重载一次（125μs）。电机控制的函数都在该中

断程序中调用。中断服务程序主要包含以下内容：应用状态机、反馈模拟信号的测量、根据

处理状态调度任务（故障任务、初始化任务、校准任务、调整任务、执行任务）、ADC信道

重配置、更新PWM。应用状态机在给定时间存储状态，也可通过输入操作改变状态或者由于

任何给定条件改变机体状态。程序状态机决定应用处于什么状态，并基于此状态分配任务，

应用任务共有五种，分别是故障、初始化、校准、调整和执行状态。在此，给出五种状态的

发生过程：首先进入任务故障状态，然后依次进入任务初始化状态、任务校准状态、任务调

整状态，最后进入任务执行状态，再从任务执行状态又返回任务初始化状态。

加电复位后，如果检测到过电流、过电压、欠电压故障位的故障状态，应用即处于故障

状态，否则，将进入下一状态——任务初始化。一旦出现了PWM中断，就会转去执行PWM

中断服务程序，同时初始化任务事件将会进入异步执行。

进行任务初始化时，所有的应用变量均设成默认值，如速度PI控制器，速度斜坡增量，

相位增量等。而在任务初始化和校准之间，可设置PWM 占空比为50%，并基于校准过程测相

电流的数量来设置执行的偏移量。

本研究设计中，并未引入位置传感器，因而不能确定电机位置。但电机启动之前，却需

要定义初始位置，最为直观的方法就是使转子对准一个预定义的位置。具体执行过程是：电

机由一个选定的静电压模式实现驱动，转子则对准到预定位置上。任务调整在第一次电机启

动时发挥调控，并根据相应幅度和有关位置，将有恒定电流矢量作用到定子上，而一个稳定

周期后，转子磁通则必须对准定子通量。

任务执行状态较为复杂，在其过程中大部分任务得以执行。特别地，电机启动和转动等

所有必要的过程都在这个状态下获得相应处理，当速度指令设置为非零值时，电机启动并运

行；否则电机将处于初始化状态，PWM信号也处于禁止中。如图4所示，经过整体控制处理

和监测，模拟值的采样即处理成相应的信息。而根据控制信号的状态计算速度指令，则表示

任务开始执行。接下来，可根据速度斜坡算法来处理速度指令，处理后结果和估计速度的差

值形成了速度误差，并进一步输入到速度PI控制器，如此即为定子电流的转矩发生部件提

供了一个新的理想参考预定。

3结束语

本文基于环保、节能的观点，并结合飞思卡尔智能洗衣机方案设计实现了洗衣机无传感

永磁同步电机的驱动，而且又详细讨论了电机的软件驱动流程，实时处理方式等。研究成果

对智能家电的开发设计将具有一定的参考价值及借鉴意义。

参考文献：

[1]http：//www.freescale.com/webapp/sps/site/application.jsp？code=APLWSM&uc=true

&〈_cd=en.

[2] Sensorless PMSM Control for an H-axis Washing Machine Drive Designer Reference

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[3] Viktor Bobek. PMSM Electrical Parameters Measurement. 2013.

[4] 3-Phase AC/BLDC High Voltage Power Stage Board Users Guide. 2007.

[5] 56F8013 Data Sheet， MC56F8013， Freescale Semiconductor， 2006.

[6] 56F8023 Data Sheet， MC56F8023， Freescale Semiconductor， 2006.

[7] 56F802X and 56F803X Peripheral Reference Manual， MC56F80XXRM， Freescale

Semiconductor， 2006.

[8] MC56F8013/23 Controller Board Users Manual， Freescale Semiconductor， 2007.

[9] Free Master Software Users Manual， Freescale Semiconductor， 2004.