利用stm32实现电机的调速

该调速系统能够实现对电机的启动、制动、正反转调速、测速和数据上传等功能，可方便地实现直流电机的四象限运行。本系统的性能指标为：调速精度高达到1r/min；调速稳态误差不超过0.5%；调速范围为-500~500r/min；串口指令控制方式；驱动电路导通阻抗低，能耗少；运行稳定可靠。系统由电源、上位机、通信接口、控制电路、电机驱动电路、电机与负载和测速装置等模块组成，结构框图如图1所示。

图1  系统结构框图

2、硬件设计

2.1、控制电路设计

控制电路负责接收控制指令，并产生相应的控制信号，同时返回电机速度数据和电机运行状态数据等。为了保证电路工作稳定可靠，控制电路应具有较高的运行速度、高度可靠的稳定性能、开发容易、高性价比，产生的PWM控制信号应具有死区延时、互补输出、紧急刹车等功能。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex⁃M3内核，本系统采用STM32F103作为核心控制器。控制电路以STM32F103为核心的最小系统包括STM32主芯片、时钟电路、复位电路、UART⁃USB转换电路、JTAG调试接口电路、电源等，其原理图如图2所示。

图2  以STM32F103为核心的控制电路原理图

2.2、驱动电路设计

根据系统正反转的控制要求，采用H桥驱动电路，由MOS管构成的H桥驱动电路原理图如图3所示。

图3 由MOS管构成的H桥驱动电路原理图

MOSFET是电压控制型器件，具有开关速度快、输入阻抗高、驱动方便等优点［5］。本系统采用IRF9630和IRF630对管，组成H桥，上桥臂均使用PMOS，下桥臂均使用NMOS，两种MOS管基本特性如表1所示。

表1H桥MOSFET主要参数表

控制电路的输出信号为DC3.3V信号，需要与驱动电路隔离，采用了LTV352光电耦合隔离器。互补PWM输入信号经过光耦隔离作用到MOSFET栅极，从而控制OUTA，OUTB之间的电压。MOSFET中G，S两极之间使用了双向TVS管抑制瞬态电压，防止MOSFET损坏。由于采用了PMOS，NMOS对管电路，MOSFET栅极电压是由输入电压进行分压得到，因此不需要采用额外的高电压信号源

硬件部分：轮毂固定磁铁车轮圈安装霍尔传感器，经整形和电平匹配后驳接stm32任意定时器输入引脚。软件部分：将定时器配置成测周模式，设置slave模式当捕捉发生后reset counter，同时使能捕捉和计数溢出中断，当捕捉中断发生时取得周期T，用轮胎直径除以T就是速度，当溢出中断发生时证明速度很低或停止。关键：计算计时器分频，最好状态是在最快时速时霍尔传感每输出一个脉冲计时20个ticks左右。

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