基于LIN的无刷电机控制系统

吴晓花

摘 要：无刷直流电机由电动机主体和控制器组成，是一种典型的机电一体化的产品。具有高速度、高效率、高动态响应、高热容量和高可靠免维护等优点，同时还具有低噪声和长寿命等特点，非常适合使用在风机水泵负载，是现代化调速驱动的最佳选择。本部门研发的直流无刷电机是该系统的控制对象，它支持LIN信号控制。通过U2CARBUS把电机的LIN信号发送到PC端口，控制系统程序由LabVIEW开发完成，实现了Bootloader源程序下载、读写电机配置参数以及实时监控电机状态等功能。

关键词：直流无刷电机;U2CARBUS;LIN

1 引言

本系统的控制对象无刷电机，主要应用场合是驻车空调的风机和风扇，要求无刷电机具有高效率，高稳定性和耐久性。电机系列按电源分有12V和24V两种，按结构有单轴和双轴，按控制方式有带霍尔和不带霍尔两种方案，支持PWM，Analog和LIN三种调速方式，同时支持Bootloader功能。

2 系统整体结构

系统整体结构如下图所示，LIN接口卡一端通过USB与LIN Interface系统连接，另一端LIN信号线与电机LIN信号相连，而LIN卡和电机的电源端都连接同一个DC电源。

3 系统的主要功能模块

根据此款无刷电机的性能，本系统针对性的有三大功能模块：bootloader模块，参数读写功能，电机状态读取显示。

3.1 Bootloader功能模块

Bootloader功能，就是将hex文件按照固定格式通过电机的LIN线传输下载到电机控制器中。系统采用了U2CARBUS连接PC和电机LIN口。

3.1.1 U2CARBUS模块简介

U2carbus-I用于通过计算机USB接口扩展汽车总线接口来调试汽车类通信总线，U2carbus-I扩展1个双线CAN总线接口、1个单线CAN总线接口和1个LIN总线接口;USB接口符合USB2.0规范，即插即用;

3.1.2 程序下载模块

实际下载程序过程中，上下位机是按照RS232的方式直接通讯的，而U2CARBUS在默认情况下，上电后是LIN模式，所以需要握手命令，将U2CARBUS的工作模式切换到透传模式，只有模式切换成功的情况下，才可以进行“下载”操作，系统对hex文件没有过多的解析，字符每两位为一个字节，以行为单位进行传输，格式如下所示。

命令格式

帧头：0xAA，0x55;

帧长度（两个字节）：帧命令 +数据 + 校验和;

帧命令： （两个字节）

程序下载成功之后，单片机会自动从“下载”模式跳转到正常工作模式

3.2 参数读写配置模块

除了bootloader下载程序以串口方式通讯，其他功能都以LIN通讯方式进行，所以需要切换U2CARBUS通讯模式。系统运行时，会自动读取参数设置文档，该文档由电机开发工程师编写，其他人不可以随意改动。参数分为四个子模块：生产，功能，保护和诊断，每个模块下又有若干参数，都可以独立选择读或者写操作。

读：每个子模块有若干参数，初始状态下都是”Disabled”状态，根据用户需要将所需参数状态改变为“Enabled”，点击“读”按钮，则系统将根据所选参数逐条查询并显示。读操作不需要用户权限，任何人都可以读取任何状态值。

写：每个模块都有不同的权限，只有通过特定的账号密码登录，成功授權后才可设置或修改参数。应用工程师权限只能设置生产参数，设计工程师权限才能修改其他关键参数。在对应界面设置要求的数值，点击“写”按钮进行修改。

3.3 电机状态实时显示模块

状态实时显示的内容包括，PCBA温度，输入电压、电流，设定转速，实际转速，占空比，霍尔状态以及电机的错误代码，保护代码和保护恢复状态等，这些状态通过图表和数字的方式显示，工程师可以很直观看到电机的状态，也可以帮助工程师快速定位电机的问题。在研发阶段，测试阶段以及售后阶段都极大地便利了工程师的工作。

4 结语

目前该系统已经开发完成，已在研发工程师、测试工程师及售后工程师中得到广泛应用，极大得方便了工程师下载、更新源程序，快速查询电机状态，确定错误信息，实现对电机的实时调速等等。该系统稳定可靠，具有较强的实用性。

参考文献：

[1]陈树学，刘萱.LABVIEW宝典.电子工业出版社，2011.3.

[2]胡博宇.基于LIN总线的汽车控制单元[D].北京：北方工业大学，2010.