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          電機控制戶外廣告論文

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          電機控制戶外廣告論文

          一硬件設計

          1電動機控制電路控制

          芯片STM32F103RB是一款基于ARMCortex-M3內核的32位單片機,價格便宜、使用簡單、開發方便.其片內資源豐富,含有128kB內部存儲器(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位數字模擬轉換器ADC等模塊.定時器TIMx的輸出比較功能可產生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的軟硬件設計.控制芯片電路圖.控制芯片STM32實時測量6路霍爾位置信號,按照預先設定的程序,輸出相應的6路PWM(pulsewidthmodulation)波和6路控制信號給功率開關管驅動電路芯片IR2103,通過控制功率開關管的導通順序,實現電機的正反向轉動和制動.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.通過激活設置這些端口相應的定時器計數模塊,來計算電機轉速和電機轉動長度.PB13,PB14,PB15,PA8,PA9,PA10等6個端口輸出PWM波.調整PWM寄存器的計數頻率,就可改變PWM的占空比.PA1,PA2,PA3,PC7,PB0,PB1等6個端口輸出驅動管開關電路控制信號,控制MOS開關管通斷.NRST,JTRST,JTDO,JTCK,JTMS,JTDI等6個端口為JTAG接口,用來下載調試程序.PB10,PB11復用USART3_TX和USART3_RX串口,PC11和PC12復用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、數據傳遞和讀取.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功率開關管

          驅動電路功率開關管驅動電路由上、下2組3個驅動控制芯片IR2103和6個功率開關管P75NF75組成.1個IR2103連接2個功率開關管,通過驅動開關管開閉,控制電機相電流通斷及流向,使電機內定子電流不斷變向,從而生成變化磁場,推動永磁轉子運轉.IR2103依單片機發出信號控制上下MOS管通斷,通過調整和控制MOS管開關頻率,調節電機輸入電流,實現對電機速度調節.IR2103驅動芯片設有對輸入信號的死區時間保護,有效保證同一驅動電路中兩個MOS管不同時導通而發生短路.圖3為電動機的一相驅動電路,其余兩相電路相同.當輸入信號PWM和COM為高電平時,Ho輸出高電平,上MOS管導通,+24V直流電壓經AU給電機供電;當PWM和COM為低電平時,Lo輸出高電平,下MOS管導通,相電流從電機經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生變化后開始計數.利用霍爾信號的周期性,可計算電機速度,通過計算T時間內時鐘脈沖λ個數k,得到f=1/T=1/kλ.根據電機轉動一周的霍爾信號的周期數,就可計算出電機轉速.

          4檢測電路對三相星型六狀態

          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,經采樣電路轉變為電壓信號DCT,就可測出電流值.當測量值大于預設值時,控制芯片發出信號封鎖MOSFET管,電機停轉.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.對+24V電源的檢測,采用電阻分壓方法,并聯100nF電容濾除雜波.

          二系統軟件設計

          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設置程序、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,進入參數設置子程序;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,判斷是否運行或結束電機工作程序.電機工作程序用來控制電動機工作.首先,電機順時針轉動,同時測量轉動長度,當到達一個廣告畫面的長度時停止轉動,靜止時間即為設定的廣告畫面的展示時間;電機繼續順時針轉動翻頁、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動重復以上過程,轉動翻頁—停止展示—轉動翻頁,循環轉動直到系統判斷結束時間停止轉動.圖4為電機控制板程序的流程圖.

          三結論

          本系統電路設計借鑒無刷直流電機控制系統,使用STM32F103RB單片機為控制核心,充分利用其豐富的片內資源.通用定時器TIMx模塊的串口、IIC通訊模塊的運用,使電路設計簡單方便.IR2103驅動芯片的死區時間保護,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,本系統設計簡單、經濟方便、使用可靠,對電機控制領域的產品設計有參考借鑒意義.

          作者:張弛李翔王亞亞張興敢單位:南京大學