一种基于stm32单片机的无刷直流电机控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器
【背景技术】
[0002]无刷直流电动机是近年来随着电力电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型电动机，它是现代化工业设备，现代科学技术和军事装备中重要的机电元件之一。传统的直流电机均采用电刷以机械方法进行换向，因此带来了噪声、火花、无限电干扰和寿命短等弱点。无刷直流电机采用电力电子器件构成的换向器代替传统的机械式换向器。因此无刷直流电机具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点，同时又具备直流电机的运行效率高，无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，因此如今无刷直流电机在航空航天、机器人控制、医疗器械、仪器仪表以及家用电器行业都得到了广泛的应用。
[0003]随着科技的高速发展，各类用于电机控制的高性能控制器的种类与功能越来越丰富，运算速度也有了质的飞跃，而且价格越来越低廉，例如意法半导体公司出品的STM32F407系列专门用于电机控制单片机芯片，其内部具有电机控制单元，功能强大，其工作主频可达到168MHz，在上述的硬件基础上，完全可以实现性能优良的实时控制算法，并编写完善的监控软件。
[0004]在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在体积大、成本高、可靠性低、使用不方便和安装难度大等缺陷。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供种一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，通过实时检测电机运行状态参数，并结合实际的电机参数，为无刷直流电机提供最合理、最稳定的控制。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为:
[0007]一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，包括STM32核心控制器模块、电机实时状态监测模块、整流滤波模块、三相逆变模块、降压模块、CAN总线通信模块以及光耦隔离模块。其特征在于:所述STM32核心控制器模块分别连接电机实时状态监测模块、降压模块和光耦隔离模块，用于实时的数据处理以及对电机的实时控制，电机实时状态监测模块分别连接STM32核心控制器和无刷直流电机，用于采集电机的实时转速、位置、电流和电压等信号，所述三相逆变模块分别于整流滤波模块、光耦隔离模块以及无刷直流电机相连，与控制器配合作用，将直流电转换为控制无刷直流电机的交流电。
[0008]所述的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，其特征在于:所述STM32核心控制器的具体型号为STM32F407VGT6。
[0009]所述的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，其特征在于:所述电机实时状态监测模块包括转速采集模块、电流采集电路和电压采集电路，转速采集模块采用E6A2-CW3C 编码器。
[0010]所述的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，其特征在于:所述通信接口采用CAN总线通信接口。
[0011 ] 所述的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，其特征在于:所述STM32核心控制器模块和三相逆变模块之间通过光耦隔离模块实现隔离。
[0012]所述的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，其特征在于:所述光耦隔离模块采用的光耦型号为TLP521-1。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:本实用新型采用STM32F407VGT6电机控制专用单片机控制器，能大大提高无刷直流电机的控制精度和稳定性；与采用DSP和FPGA作主控制器的无刷直流电机控制器相比，可大大降低控制器的成本；同时，本系统采用电流环与速度环的双闭环控制，并将模糊PI控制算法运用到实际的控制系统中，大大提高了系统鲁棒性，降低电机的转矩脉动，具有极佳的应用推广前景。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的总体结构示意图
[0015]图2为本实用新型的STM32核心控制器系统方框图
[0016]图3为本实用新型的电压采集电路原理图
[0017]图4为本实用新型的电流采集电路原理图
[0018]图5为本实用新型的光耦隔离电路原理图
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，但是，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0020]本实施例系统的总体结构示意图如图1所示，提供了一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，包括STM32核心控制器模块、电机实时状态监测模块、整流滤波模块、三相逆变模块、降压模块、CAN总线通信模块以及光耦隔离模块。为系统供电的220V交流电经过整流滤波模块后变为直流电，一方面经过降压模块为STM32核心控制器提供稳定的
3.3V电压，另一方面STM2核心控制器通过控制三相逆变模块的开关管的导通顺序将该直流电逆变为无刷直流电机提供交流电，其中STM32核心控制器通过光耦隔离模块与三相逆变模块之间通过光耦隔离模块进行隔离，保证系统的安全。STM32核心控制器模块还与电机实时状态监测模块相连，实时监测无刷直流电机的实时转速、实时位置、实时电流和实时电压。同时，STM32核心控制器还与CAN总线通信接口相连，便于与其他设备进行实时的通信，使得系统具有扩展性。
[0021]本实施例的STM32核心控制器系统方框图如图2所示，STM32F407VGT6为本系统采用的核心控制芯片的具体型号，其外围电路包括JTAG接口、PWM波形输出接口、A/D转换接口、外设电路、RAM/FLASH存储、复位电路、时钟电路、电源电路和CAN总线通信电路。
[0022]本实施例的电压采集电路原理图如图3所示，所示原理图以三相中的一相为例，其他两相与本相相同，VM_为无刷电机一相的实际电压，作为电压采集电路的输入电压，经过R1、R3分压后，连接电阻R2后连接到单片机PAl 口，Cl为电路的去耦电容，其中Rl的阻值为1K Ω，R2的阻值为68 Ω，R3的阻值为IK Ω。
[0023]本实施例的电流采集电路原理图如图4所示，所示原理图以三相中的一相为例，其他两相与本相相同，Isensoti为一相电流经过采样电阻转换过来的电压，MCP6024为集成4个运算放大器，图中所示为其中一路。其中R5为68Q、R7为1ΚΩ和R9为1K Ω，VREF为参考电压。运放的输出端口连接到具有AD转换功能的PA2端口。
[0024]本实施例的光耦隔离电路原理图如图5所示，采用的光耦隔离芯片为TLP521-1，PB12为单片机的PWM输出1 口，连接到光耦的2引脚，I引脚连接阻值为2ΚΩ的电阻Rll后连接到+5V的电源上，4引脚连接阻值为15ΚΩ的R12后连接VCC实现上拉，R12和R13实现分压，4引脚连接VOUT，VOUT连接到MOSFET功率管的G极。
[0025]综上所述，本实用新型上述实施例的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，具有传统专用芯片无刷直流电动机控制器的优势，即专用的电机控制机制，用户可编程、扩展能力强、功能强大，同时又克服了他们各自的缺点，如外设和储存器集成在芯片内，可节省印刷电路板的面积、减小系统中元器件的个数，提高了 CPU处理数据的能力和整个系统的可靠性，其次STM32单片机成本低，性能优异，使得整个控制系统的成本大大降低，市场前景广大。
[0026]最后应说明的是:以上叙述中的实施方式仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型结构原理的前提下，还可以做出若干改进与润饰，这些改进与润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，包括STM32核心控制器模块、电机实时状态监测模块、整流滤波模块、三相逆变模块、降压模块、CAN总线通信模块以及光耦隔离模块，其特征在于:所述STM32核心控制器模块分别连接电机实时状态监测模块、降压模块和光耦隔离模块，用于实时的数据处理以及对电机的实时控制，电机实时状态监测模块分别连接STM32核心控制器和直流无刷电机，用于采集电机的实时转速、位置、电流和电压等信号，所述三相逆变模块分别与整流滤波模块、光耦隔离模块以及无刷直流电机相连，与控制器配合作用，将直流电转换为控制无刷直流电机的交流电。
2.根据权利要求1所述的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，其特征在于:所述STM32核心控制器的具体型号为STM32F407VGT6。
3.根据权利要求1所述的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，其特征在于:所述电机实时状态监测模块包括转速采集模块、电流采集电路和电压采集电路，转速采集模块采用E6A2-CW3C编码器。
4.根据权利要求1所述的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，其特征在于:所述通信接口采用CAN总线通信接口。
5.根据权利要求1所述的一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，其特征在于:所述STM32核心控制器模块和三相逆变模块之间通过光耦隔离模块实现隔离。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于STM32单片机的无刷直流电机控制器，它包括STM32核心控制器模块、电机实时状态监测模块、整流滤波模块、三相逆变模块、降压模块、CAN总线通信模块以及光耦隔离模块。其特征在于：所述STM32核心控制器模块分别连接电机实时状态监测模块、降压模块和光耦隔离模块，用于实时的数据处理以及对电机的实时控制，电机实时状态监测模块分别连接STM32核心控制器和直流无刷电机，用于采集电机的实时转速、位置、电流和电压等信号，所述三相逆变模块分别于整流滤波模块、光耦隔离模块以及无刷直流电机相连，与控制器配合作用，将直流电转换为控制无刷直流电机的交流电。本实用新型可以提高无刷直流电机的控制精度、响应速度以及稳定性。
【IPC分类】H02P6-08
【公开号】CN204481723
【申请号】CN201520227087
【发明人】程军辉, 黄友锐, 唐超礼, 张超超, 莫文婷, 侯潇潇
【申请人】安徽理工大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月15日