基于MC9S12D64單片機的直流無(wú)刷電機控制系統設計

圖4中的電路只是電機一相的驅動(dòng)。而無(wú)刷直流電動(dòng)機的三相繞組的驅動(dòng)控制共需3組這樣的驅動(dòng)控制，每組控制2個(gè)MOSFET，3組共有6種MOSFET導通狀態(tài)，轉子每轉過(guò)60°就變換一種狀態(tài)，控制信號從主控制器PB口輸出，輸入到IR2110的上橋臂控制端10引腳和下橋臂控制端12引腳，控制本路信號高端7引腳和低端1引腳的導通與截止，導通順序依次為VT1、T4導通；VT1、VT6導通；VT3、VT6導通；VT3、VT2導通；VT5、VT2導通；VT5、VT4導通信號，每次只有一相繞組的上橋臂和另一相繞組的下橋臂進(jìn)行導通，這樣轉子每轉過(guò)一轉，VT1～VT6及按固定組合成的6種狀態(tài)依次導通，保證電機的正常運轉。在此部分電路布線(xiàn)時(shí)一定要注意Cx1的位置是在緊靠VCC電源的部分，確保濾去電源上的毛刺干擾，保證SD端不受干擾。
2．3 電動(dòng)機的電流保護和過(guò)熱保護控制
為了保護電機，必須要對電機的電流和溫度進(jìn)行檢測，本控制系統采用通過(guò)電源對地端接一個(gè)取樣電阻作為電流傳感器，溫度傳感器采用Pt100，該溫度傳感器輸出信號經(jīng)儀表放大器放大處理后，接入MC9S12D64的PAD00進(jìn)行A／D轉換測量；電機的電流是通過(guò)檢測電路中串接的取樣電阻得到電壓信號，再經(jīng)過(guò)差分放大等處理后接入MC9S12D64的A／D轉換輸入端PAD01進(jìn)行測量的。當檢測的電流或溫度超過(guò)預先設定好的最大值時(shí)，可以通過(guò)軟件控制IR2110的SD端，封鎖輸出，讓電機停轉，從而保護電機不致燒毀。

3 系統軟件設計
本控制系統的控制軟件主要包括主程序、位置檢測子程序、PWM脈寬調制子程序、調速子程序、電流溫度測量與控制子程序、計數和定時(shí)中斷程序和串口中斷子程序等部分。其中位置檢測子程序包括3個(gè)輸入捕捉中斷程序，利用MC9S12D64的PT口具有優(yōu)良的輸入捕捉功能，可以自動(dòng)捕獲到位置傳感器輸出信號的2個(gè)上升沿來(lái)完成電機速度的測量和換相控制的；電流溫度測量是利用MC9S12D64的A／D轉換后進(jìn)行刻度，換算出實(shí)際數值的。其中主程序、調速子程序的流程圖分別如圖5(a)、圖5(b)所示。

在本系統中，調速可采用手動(dòng)調速和上位機命令調速2種。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機的轉速和電動(dòng)機的電壓呈線(xiàn)性關(guān)系，在手動(dòng)調速時(shí)把電機的轉速與控制轉速的模擬輸入電壓對應起來(lái)，經(jīng)A／D轉換所得到的值進(jìn)行轉速的設定。若通過(guò)串口進(jìn)行轉速設定，則把二進(jìn)制代碼與PWM脈寬對應。只需1 s讀取測速子程序中已經(jīng)測得電動(dòng)機的轉速值，然后將此值與預設的轉速值比較，若大于預設的轉速值，則取較小的代碼值送出；若小于預設的轉速值，則取較大的代碼值送出，這樣，在這樣一個(gè)反饋循環(huán)中就可以調整電機的轉速直到轉速值等于預設定的值，從而實(shí)現對電動(dòng)機的速度的調節。在整個(gè)軟件設計中，采用了捕捉中斷、定時(shí)中斷、外部中斷、串口中斷、A／D中斷等低功耗軟件設計方法，大大降低了系統的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功耗。

4 結束語(yǔ)
本系統主要完成了電動(dòng)機的驅動(dòng)控制、換相控制、正反轉控制、起?？刂?、電流、溫度控制以及電動(dòng)機轉速的測量和電動(dòng)機的調速等功能。本設計采用MC9S12D64單片機，外圍電路簡(jiǎn)單，優(yōu)點(diǎn)在于功耗低，整個(gè)控制系統功耗經(jīng)測量?jì)H為11 mW，經(jīng)過(guò)高溫烘烤檢測，該控制系統可以穩定工作在150℃的高溫環(huán)境下。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐驗證，本控制驅動(dòng)系統啟動(dòng)平穩，啟動(dòng)電流小，驅動(dòng)的電機運行平穩，具有硬件簡(jiǎn)單、穩定性好、工作可靠的特點(diǎn)。