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分分鐘帶你入門無刷電機(jī)控制——P-NUCLEO-IHM001套件評(píng)測(cè)

電動(dòng)機(jī) 無刷電機(jī) P-NUCLEO 開發(fā)套件

2016-01-04
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作者：劉昆磊
來源：21ic

[導(dǎo)讀]
電動(dòng)機(jī)作為當(dāng)今各個(gè)領(lǐng)域的動(dòng)力主要來源，如今全世界大約二分之一的發(fā)電量被電機(jī)消耗掉。這樣，它的控制能效至關(guān)重要。ST(意法半導(dǎo)體)公司致力于建立高效電機(jī)控制生態(tài)系統(tǒng)，不僅有適用于電機(jī)控制的微處理器MCU、電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，還提供有免費(fèi)且易于使用的電機(jī)控制軟件算法，協(xié)助電機(jī)控制工程師快速實(shí)現(xiàn)高效的電機(jī)矢量控制方案。

二、P-NUCLEO-IHM001認(rèn)識(shí)

1、P-NUCLEO-IHM001整體認(rèn)識(shí)

P-NUCLEO-IHM001是ST推出的入門級(jí)電機(jī)控制套件，該套件包含ST公司的NUCLEO-F302R8核心板和X-NUCLEO-IHM07M1電機(jī)驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展板以及一個(gè)永磁式三相無刷直流電動(dòng)機(jī)。整個(gè)套件包含了電機(jī)控制所需的所有硬件系統(tǒng)，再配合ST公司提供的免費(fèi)的電機(jī)控制軟件算法庫(kù)，可幫助工程師快速實(shí)現(xiàn)電機(jī)矢量控制，可用于無人機(jī)、家電、電動(dòng)自行車(E-bike)、家庭自動(dòng)化、醫(yī)療儀器和工業(yè)機(jī)器等領(lǐng)域。

P-NUCLEO-IHM001像一般的電機(jī)控制系統(tǒng)一樣，可分為3個(gè)功能模塊，分別是控制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)模塊，如下圖所示：

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圖2-1 P-NUCLEO-IHM001套件功能模塊

P-NUCLEO-IHM001系統(tǒng)功能模塊

其中：

(1)控制模塊采用NUCLEO-F302R8核心板，主要任務(wù)是接受用戶的命令和配置參數(shù)，完成梯形6步或矢量控制算法，輸出以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

(2)功率驅(qū)動(dòng)模塊采用X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板，采用STSPIN L6230作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，PowerSO36封裝，具有過流和過熱保護(hù)。擴(kuò)展板包含了所有必要的動(dòng)態(tài)功率和模擬元件完成低壓永磁同步電機(jī)控制。

(3)電動(dòng)機(jī)模塊采用奔牛公司的低壓三相直流無刷電機(jī)作為被控對(duì)象。

2、NUCLEO-F302R8核心板

P-NUCLEO-IHM001套件的控制模塊采用的是NUCLEO-F302R8核心板。象所有的Nuleo系列開發(fā)板一樣，風(fēng)格一致，電路也幾乎完全一樣，只是在接口略微不同和微控制器不同。

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圖2-2 NUCLEO-F302R8核心板功能框圖

由Nuleo開發(fā)板結(jié)構(gòu)框圖可以看到，板子最上面是一個(gè)ST-Link，通過SWD方式連接目標(biāo)微控制器，下部的主控微控制器和接口(Arduino和Morpho接口)，以及復(fù)位按鈕、用戶LED和用戶按鈕。

下圖是具體NUCLEO-F302R8核心板功能分布：

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圖2-3 NUCLEO-F302R8核心板功能分布

NUCLEO-F302R8核心板的主要功能特點(diǎn)：

(1)STM32F302R8T6微控制器。

(2)支持Arduino UNO R3 Shield擴(kuò)展板，微控制器所有IO口引腳通過排針座引出。

(3)ST-LINK/V2-1調(diào)試器。

(4)3個(gè)LED：一個(gè)USB通訊LED、一個(gè)電源LED、一個(gè)用戶LED。

(5)2個(gè)機(jī)械按鍵：復(fù)位RESET、用戶USER B1。

(6)USB接口的3個(gè)不同功能：虛擬串口、容量存儲(chǔ)、調(diào)試接口。

(7)3種不同供電方式：mini USB接口供電;IO引腳用電;通過Arduino UNO R3 Shield接口供電。

(8)支持Keil、IAR、embed在線IDE的設(shè)計(jì)工具。

下圖是是NUCLEO-F302R8核心板的微控制器。

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圖2-4 NUCLEO-F302R8核心板微控制器STM32F302R8T6

NUCLEO-F302R8核心板的微控制器是ST公司的64腳MCU——STM32F302R8T6基于高性能的ARM® Cortex®-M4 架構(gòu)，可運(yùn)行在高達(dá)72MHz的頻率下面，內(nèi)嵌一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算單元(FPU)，有助于快速完成復(fù)雜運(yùn)算;內(nèi)部集成了64 KB的FLASH存儲(chǔ)器和16 KB的SRAM存儲(chǔ)器;內(nèi)部集成一個(gè)高達(dá)5Msps的ADC，三個(gè)比較器，多達(dá)18個(gè)電容感應(yīng)通道，一個(gè)DAC通道，低功耗RTC，一是通用的32位定時(shí)器，一個(gè)定時(shí)器專用到電機(jī)控制，以及多達(dá)三個(gè)通用16位定時(shí)器，三個(gè)I2C，三個(gè)USART，最多2個(gè)SPI接口與多路全雙工I2S，一個(gè)USB FS裝置，CAN和紅外線發(fā)射器等資源。

NUCLEO-F302R8核心板提供Arduino和Morpho兩種接口，具體接口定義為：

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圖2-5 NUCLEO-F302R8核心板Arduino接口

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圖2-6 NUCLEO-F302R8核心板Morpho接口

Morpho接口又稱全功能擴(kuò)展接口，將核心微控制器STM32F302R8T6的所有可用引腳引出，方便工程師測(cè)試使用。

兼容Arduino接口的引出使NUCLEO-F302R8核心板有更多的Arduino資源使用，方便電子安好這DIY使用。

NUCLEO-F302R8的開發(fā)環(huán)境還是比較多的，主流的IDE都支持，比如MDK、IAR、GCC-based IDEs，當(dāng)然還有最近的mbed在線IDE。另外，ST公司推出的圖形開發(fā)工具STM32CubeMX，以圖形化的界面配置來幫助開發(fā)者快速配置工程、實(shí)現(xiàn)初始化代碼的功能。

除了開發(fā)工具之外，ST還為STM32提供了程序庫(kù)，包括前期的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和最近兩年推出的HAL庫(kù)，可方便軟件功能是快速使用C語(yǔ)言開發(fā)基于STM32微控制器的軟件系統(tǒng)。

3、X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板

X-NUCLEO-IHM07M1是ST公司專門為STM32 Nucleo核心板設(shè)計(jì)的基于L6230驅(qū)動(dòng)器的三相無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展板。它提供一種在STM32 Nucleo工程中的低成本、簡(jiǎn)單易用的三相無刷直流電動(dòng)機(jī)控制解決方案。

X-NUCLEO-IHM07M1使用ST morpho 接口鏈接到STM32 Nucleo核心板，并為其他擴(kuò)展板提供ST morpho接口，并且給用戶預(yù)留Arduino UNO R3接口，用戶可自行焊接安裝。X-NUCLEO-IHM07M1是完全可配置的，并且支持無傳感器和有傳感器的閉環(huán)控制模式。下圖就是X-NUCLEO-IHM07M1擴(kuò)展板圖片。

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