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一硬件設(shè)計

1電動機控制電路控制

芯片STM32F103RB是一款基于ARMCortex－M3內(nèi)核的32位單片機，價格便宜、使用簡單、開發(fā)方便．其片內(nèi)資源豐富，含有128kB內(nèi)部存儲器（flash）、串行總線IIC（inter－integratedcir－cuit）、定時器TIMER、串口USART、實時時鐘RTC、直接存儲器DMA以及12位數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器ADC等模塊．定時器TIMx的輸出比較功能可產(chǎn)生PWM信號，輸入捕獲功能可采集測量傳感器位置信號．12位的ADC模塊可以直接用來采樣測量外部電壓值（＜5V）．IIC模塊可以對日歷／時鐘芯片進行信息寫入和讀取．STM32芯片的這些模塊和功能都較大方便了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計．控制芯片電路圖．控制芯片STM32實時測量6路霍爾位置信號，按照預(yù)先設(shè)定的程序，輸出相應(yīng)的6路PWM（pulsewidthmodulation）波和6路控制信號給功率開關(guān)管驅(qū)動電路芯片IR2103，通過控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通順序，實現(xiàn)電機的正反向轉(zhuǎn)動和制動．芯片的PC1，PC2，PC3，PB5，PB6，PB7等6個端口分別采集上、下電機的位置傳感器信號．通過激活設(shè)置這些端口相應(yīng)的定時器計數(shù)模塊，來計算電機轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)動長度．PB13，PB14，PB15，PA8，PA9，PA10等6個端口輸出PWM波．調(diào)整PWM寄存器的計數(shù)頻率，就可改變PWM的占空比．PA1，PA2，PA3，PC7，PB0，PB1等6個端口輸出驅(qū)動管開關(guān)電路控制信號，控制MOS開關(guān)管通斷．NRST，JTRST，JTDO，JTCK，JTMS，JTDI等6個端口為JTAG接口，用來下載調(diào)試程序．PB10，PB11復(fù)用USART3＿TX和USART3＿RX串口，PC11和PC12復(fù)用IIC＿SDA和IIC＿SCL端口，分別與外接控制器和PCF8563時鐘芯片進行指令、數(shù)據(jù)傳遞和讀取．PC0，PC4，PC5，PA4啟用ADC模塊，檢測電路電壓和電流．兩個晶振Y1和Y2分別為8MHz和3768kHz，提供外接晶振時鐘源．

2功率開關(guān)管

驅(qū)動電路功率開關(guān)管驅(qū)動電路由上、下2組3個驅(qū)動控制芯片IR2103和6個功率開關(guān)管P75NF75組成．1個IR2103連接2個功率開關(guān)管，通過驅(qū)動開關(guān)管開閉，控制電機相電流通斷及流向，使電機內(nèi)定子電流不斷變向，從而生成變化磁場，推動永磁轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)．IR2103依單片機發(fā)出信號控制上下MOS管通斷，通過調(diào)整和控制MOS管開關(guān)頻率，調(diào)節(jié)電機輸入電流，實現(xiàn)對電機速度調(diào)節(jié)．IR2103驅(qū)動芯片設(shè)有對輸入信號的死區(qū)時間保護，有效保證同一驅(qū)動電路中兩個MOS管不同時導(dǎo)通而發(fā)生短路．圖3為電動機的一相驅(qū)動電路，其余兩相電路相同．當(dāng)輸入信號PWM和COM為高電平時，Ho輸出高電平，上MOS管導(dǎo)通，＋24V直流電壓經(jīng)AU給電機供電；當(dāng)PWM和COM為低電平時，Lo輸出高電平，下MOS管導(dǎo)通，相電流從電機經(jīng)AU接電源地．

3霍爾信號采集

電路霍爾信號采集電路用來測量電機的霍爾信號．其采用一個上拉電路、RC濾波電路和二極管鉗位，保證測量信號在0～5V．端口TIMx定時器模塊啟用，在每次任一路霍爾信號輸入發(fā)生變化后開始計數(shù)．利用霍爾信號的周期性，可計算電機速度，通過計算T時間內(nèi)時鐘脈沖λ個數(shù)k，得到f＝1／T＝1／kλ．根據(jù)電機轉(zhuǎn)動一周的霍爾信號的周期數(shù)，就可計算出電機轉(zhuǎn)速．

4檢測電路對三相星型六狀態(tài)

永磁無刷直流電機，只要在任一相電流和電源之間串接一個阻值為0．01Ω的電阻RT1作為檢測電阻，經(jīng)采樣電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘朌CT，就可測出電流值．當(dāng)測量值大于預(yù)設(shè)值時，控制芯片發(fā)出信號封鎖MOSFET管，電機停轉(zhuǎn)．電壓檢測電路采用LM358雙極性放大器，通過比較3．3V電源電壓、3．3V備用電池電壓和地之間的電位，可檢測電源電壓的狀態(tài)．對＋24V電源的檢測，采用電阻分壓方法，并聯(lián)100nF電容濾除雜波．

二系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件編程在Keil的RVMDK4．70上用C語言完成．電機控制板程序由串口中斷及參數(shù)設(shè)置程序、時間掃描及電機工作程序兩部分組成．串口中斷程序用來接收串口信號，進行握手判斷，進入?yún)?shù)設(shè)置子程序；否則，進入時間掃描程序．時間掃描程序用來定期讀取日歷芯片的時間參數(shù)，判斷是否運行或結(jié)束電機工作程序．電機工作程序用來控制電動機工作．首先，電機順時針轉(zhuǎn)動，同時測量轉(zhuǎn)動長度，當(dāng)?shù)竭_一個廣告畫面的長度時停止轉(zhuǎn)動，靜止時間即為設(shè)定的廣告畫面的展示時間；電機繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動翻頁、靜止展示，直至最后一張畫面展示完畢．電動機開始逆時針轉(zhuǎn)動重復(fù)以上過程，轉(zhuǎn)動翻頁—停止展示—轉(zhuǎn)動翻頁，循環(huán)轉(zhuǎn)動直到系統(tǒng)判斷結(jié)束時間停止轉(zhuǎn)動．圖4為電機控制板程序的流程圖．

三結(jié)論

本系統(tǒng)電路設(shè)計借鑒無刷直流電機控制系統(tǒng)，使用STM32F103RB單片機為控制核心，充分利用其豐富的片內(nèi)資源．通用定時器TIMx模塊的串口、IIC通訊模塊的運用，使電路設(shè)計簡單方便．IR2103驅(qū)動芯片的死區(qū)時間保護，電壓、電流檢測電路，提高了整個電路安全性．比較其他形式戶外廣告技術(shù)，本系統(tǒng)設(shè)計簡單、經(jīng)濟方便、使用可靠，對電機控制領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計有參考借鑒意義．

作者：張弛李翔王亞亞張興敢單位：南京大學(xué)