基于STM32单片机的直流电机调速系统设计研究

湖北工程学院新技术学院　邱　恒



基于STM32单片机的直流电机调速系统设计研究

湖北工程学院新技术学院邱恒

【摘要】随着直流电机调速系统的不断完善，对其设计中单片机的应用也提出更高的要求。然而传统单片机应用下，直流电动机运行工序极为复杂，很难满足数字化调节特点，在此背景下便提出STM32单片机的应用，其可为直流电机调速提供保障，但如何保证STM32单片机的性能充分发挥出来，还需做好电机调速系统设计工作。本文将对电子调速器设计方案、STM32单片机应用下的硬件电路设计与软件设计进行探析。

【关键词】直流电机；STM32单片机；硬件电路；软件设计

1　电子调速器设计方案

本文在研究中主要从无感无刷直流电机着手，该电机实际应用中表现出明显的可靠性高、效率高、重量轻等特特征，要求在设计中做好电机控制系统设计，尽可能保证电路较为简单且元器件的使用较少。为使电机作用充分发挥出来，需在调速控制系统设计前对电子调速器相关设计方案进行明确。调速系统设计中，核心单元表现在微控制器方面，需将相关的软件编程引入，其目的在于保证微控制器能够对MOSFET截止与导通进行控制，实现换相目标。需注意设计过程中应考虑到传感器驱动电路问题，因此应引入检测浮空相电压使传感器位置得以确定。同时，电子调速器本身作为驱动器，在运行中主要以串口控制方式、PPM控制方式以及IIC等为主。本文研究中主要考虑从PPM控制方式着手，这种控制下获取的信号可满足实际设计要求。为使电子调速器能够可靠运行，还要求将相应的控制设备引入其中，如核心处理器为STM32F103ET6的控制设备，该处理器又被叫做32位控制器，具有性价比高、使用简单、功能强大等优势。且注意在显示与输入设备上选用TFT触摸屏。另外，在设计方案构建中，还应考虑到仿真器的设计，这样在USB线应用下可满足串口通讯、在线仿真与程序下载等要求。为使PPM信号输出便利，可考虑做好接口预留工作，使STM32单片机运用下信号有效传输[1]。

2　STM32单片机应用下的硬件电路设计

2.1控制器硬件设计的思路

直流电机中，控制器在功能上集中表现为信号调速上，仅需在PPM信号接收后便能开展调速工作，其中的控制器得主要以STM32为主，其在硬件设计中从不同模块着手。具体设计要求包括：第一，LCD接口电路设计。由于设计方案中强调将STM32F103ZET6引入其中，这种核心处理器FSMC总线，可使8080接口LCD接入得以实现，并考虑将SPI接口引入，可使触摸屏接入更为便利。第二，电源设计。电源本身作为电路系统设计中的主要组成部分，考虑到设计中不存在功率较大的器件，所以将总线方式作为电源设计方式。对于芯片处VSS、VDD，可将高频瓷介电容设置其中，并将钽电容设置于VSS3、VDD3处。需注意的是电路设计过程中，有较多板载资源存在，此时芯片在供电电压波动较为明显的情况下，将难以顺畅供电，所以需将滤波稳压电容引入其中。第三，最小系统设计。该系统侧重于对启动模式、复位、时钟等的描述，保证这些基础部分可靠运行，才可为整个系统运行提供保障。设计中可考虑调试接口、下载接口、晶振与核心芯片等可靠连接，这样最小系统便能发挥其作用。除此之外，设计中还需从TF卡的与仿真电路方面着手，以其中TF卡为例，主要利用STM32提供的SDI0接口，使SD卡读取功能实现。

2.2电子调速器硬件的可靠设计

电子调速器硬件，集中表现为电流检测、换相控制与反电动势过零检测等方面。其中在电流检测方面，电流设计中应保证直流电机中的电流向GND传输中，以蛇形走线的形式存在，此时电阻值保持为0.01欧姆。即使电流较大，也可在一阶低通滤波器作用下将其向ADC6通道中接入。而在换相控制方面，其在构成上主要以三极管、外围电阻与功率长效应管为主，设计中主要需从这几方面着手。另外，在反电动势过零检测方面，要求引入第三相感应电动势，使转子位置得以确定，仅需保证三相电源在其中发挥重要作用，便可对过零事件得以确定[2]。

3　STM32单片机应用下的软件设计要求

直流电机调速系统设计中，将STM32单片机引入，还需考虑到软件设计工作，其涉及的内容集中表现在电子调速器、控制器等设计内容。其中在电子调速器设计中，可将ATmega8作为芯片，以16Khz作为PWM频率，并选择8M晶振，并注意在软件设计中做好启动算法明确以及电流检测、自检与换相等设计。软件设计中应尽可能以模块化设计方式为主，可将整个系统具体细化为不同模块，如过零事件检测、定时器延时、电流检测、通讯模块以及MOSFET自检等，保证这些模块作用充分发挥出来，便可使电子调速器功能得以保障。另外，在控制器设计中，主要以GUI图形界面设计为主，其可使PPM信号被提供。具体设计中，软件设计的内容将集中表现在GUI控制程序编写、外部读取、图形解码、文件移植以及LCD驱动编写等。为使GUI任务得以实现，需做好GUI回调函数控制，当系统内有相关事件出现后，图形系统可对事件函数进行调用。另外，由于界面设计中需从 GUI对话框着手，所以需在对话框构建方面进行强化，确保资源表能够将所有控件融入其中，并进行对话框程序的构建，使控件初始值被确定，这样可保证对话框合理设计下所有控件发挥基本功能[3]。

4　结论

调速系统是否得以合理设计是影响直流电机性能发挥的关键性因素。实际设计中需考虑将STN32单片机引入其中，明确系统设计方案，在此基础上开展相关的设计工作，包括硬件与软件设计，如在硬件设计中需从控制器硬件电路、电子调速器硬件等方面着手，并保证软件设计中控制器程序、电子调速器程序满足控制系统运行要求，以此达到系统综合性能提高的目标。

参考文献

[1]朱贵国,汪党.基于STM32单片机的直流电机调速系统设计[J].数字技术与应用,2013(5):2-3.

[2]杨颖红,汪力纯.基于STM32的无感无刷直流电机调速系统的设计[J].电子测试,2013(22):18-20.

[3]王恒,李陈康.基于双单片机的无刷直流电机调速系统的设计[J].物联网技术,2015(12):47-50.