基于微控制器的无刷电机电调设计【自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书】.zip
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自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书
基于微控制器的无刷电机电调设计【自动化毕业论文开题报告外文翻译说明书】.zip
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毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过毕业设计，使学生能够通过综合运用所学的专业知识为相关行业的应用需求提供解决方案。在此过程中，提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，锻炼学生的实践动手能力。具体包括以下几方面： 1. 综合运用专业理论知识分析解决实际问题的能力。 2. 针对研究对象进行调查研究以及查阅检索相关中外文献的能力。 3. 定性与定量相结合的独立研究与论证的能力。 4. 制定设计方案和实验方案、仪器设备的选型、安装、调试以及采集和分析处理实验数据的能力。 5. 使用科研工具包括使用专业设备、计算机和专业软件的能力。 6. 撰写设计说明书和论文的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1. 本设计应完成基于微控制器的无刷电机电调设计，包括如下内容： 1）电调的电路原理图和PCB设计；2）电调控制算法的编写；3）采用实验的手段对电调算法进行优化。 2按时完成开题报告书。 3按时完成毕业设计外文参考资料。 4能够圆满完成指导老师布置的课题任务，设计方案合理，能够体现一定的创新性。 5按时参加答辩，在答辩前各项规定的资料要齐全。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求： 1. 按期完成一篇符合金陵科技学院论文规范的毕业设计说明书（毕业论文），能详细说明设计步骤和思路； 2. 能有结构完整，合理可靠的设计方案； 3. 能够将所涉及的相关算法阐述清楚； 4. 能够通过实物演示对所设计系统的功能进行验证。 4主要参考文献： 1 黄智伟.STM32F 32位ARM微控制器应用设计与实践（第2版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2014 2 杨欣, 莱诺克斯 (Len D M Nokes), 王玉凤，等.电子设计从零开始（第2版）M.北京：清华大学出版社，2010 3 陈海宴.51单片机原理及应用-基于Keil C与Proteus（第2版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2013 4 刘平.深入浅出玩转51单片机M.北京：北京航空航天大学出版社，2011 5 胡杰 吴磊 赵鸣.51单片机C语言应用与开发M.北京：北京航空航天大学出版社，2010 6 徐向民.Altium Designer快速入门（第2版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2011 7 唐懋. 基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计D.厦门大学,2014. 8 聂博文,马宏绪,王剑,王建文. 微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术J. 电光与控制,2007,06:113-117. 9 国倩倩. 微型四旋翼飞行器控制系统设计及控制方法研究D.吉林大学,2013. 10 王福超. 四旋翼无人飞行器控制系统设计与实现D.哈尔滨工程大学,2013. 11 张培仁.传感器原理、检测及应用M.北京：清华大学出版社，2012 12 李秀英,刘彦博. 基于PWM的四旋翼飞行器控制方法J. 吉林大学学报(信息科学版),2011,05:464-472. 13 何昱. 基于无刷电机的航模系统的研究D.武汉理工大学,2008. 14 郭晓洪. 基于ARM的直流电机数字式电子调速器设计J. 山西电子技术,2015,01:38-39+80. 15 杨颖红,汪力纯. 基于STM32的无感无刷直流电机调速系统的设计J. 电子测试,2013,22:18-20. 毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：2015.11.102015.12.13 调研、收集相关资料、对学生进行初步辅导，拟题、选题、填写任务书。 2015.12.152015.12.31 学生查看任务书，为毕业设计的顺利完成，进行前期准备。 2016.01.092016.04.05 学生在指导教师的具体指导下进行毕业设计创作；拟定论文提纲或设计说明书（下称文档）提纲；撰写及提交开题报告、外文参考资料及译文、论文大纲。 2016.04.062016.04.10 提交中期课题完成情况报告给指导教师审阅；各专业组织中期检查（含毕业设计成果验收检查）。 2016.04.112016.05.10 进行毕业设计文档撰写。 2016.05.142016.05.29 毕业设计（论文）小组答辩，完成毕业设计的成绩录入 2016.05.302016.06.07 根据答辩情况修改毕业设计（论文）的相关材料，并在毕业设计（论文）管理系统中上传最终稿，并且上交纸质稿。 2016.06.072016.06.30 各系提交本届毕业设计（论文）的工作书面总结及相关材料。 所在专业审查意见：通过负责人： 2015 年 12 月21 日 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000字左右的文献综述： 电调全称电子调速器，英文Electronic Speed Control,简称ESC。针对电机不同，可分为有刷电调和无刷电调。它根据控制信号调节电动机的转速。对于它们的连接，一般情况下是这样的： 1、电调的输入线与电池连接； 2、电调的输出线（有刷两根、无刷三根）与电机连接； 3、电调的信号线（和舵机的长得一样）与接收机连接。另外，电调一般有电源输出功能，即在信号线的正负极之间，有5V左右的电压输出，通过信号线为接收机供电，接收机再为舵机等控制设备供电。随着无刷电机的大力发展，无刷电调占据了市场的主流。市面上也出现了许多种类的无刷电子调速器品牌。并不是每一款无刷电调都能与电机匹配，主要和电调的功率相关。如果使用了功率不够的电调，将会导致电调上面功率管的烧坏，以致电调不能工作。所以选择电调一定要看该款电调的功率，另外要看电调与电机的兼容度。电调并不能兼容所有电机，它必须根据电机的功率等参数来进行选择。但实际情况是许多品牌的电调并不是足功率足电流，也许你需要60A的电调，它其实只能跑到55A就无法再往上调了，所以选择电调的时候一定要问清楚供应商是否足功率。电调输入是直流，可以接稳压电源，或者锂电池。一般的供电都在2-6节锂电池左右。输出是三相脉动直流，直接与电机的三相输入端相连。如果上电后你的电机反转，你只需要把这三根线中间的任意两根对换位置即可。电调还有一根信号线连出，用来与接收机连接，控制电机的运转，连接信号线得共地。电调最主要的应用是航模，车模，船模，飞碟，飞盘等等玩具模型上面。这些模型通过电调来驱动电机完成各种指令，模仿其真实工作功能，以达到与真实情况相仿的效果。所以有专门为航模设计的航模电调，为车模设计的车模电调等等。电调的功效就是控制电机，完成规定速度、动作。所以电调在生产生活中也有很广阔的应用，比如电动工具上的电调，医疗设备上的电调，汽车涡轮机上的电调，特种风机专用电调等等，不一而足。航模电调对目前市面所见所有工业化生产之无刷电机最高转速可无限支持，循环菜单设置，操作简单方便，超平稳和精确的油门线性，安全通电功能：接通电源时无论遥控器的油门拉杆在任何位置均不会立即启动电机，防止电机突然旋转，遥控信号丢失保护，超温保护：110时自动降低功率一半输出，温度低于110时功率输出恢复，带舵能力超强，超越目前市面所见电调，适合无刷电机的所有类型。随着科技和产品的不断发展，航模对马达功率，电调功能也不断增强，主流航模电调从刚开始的10A ,20A,30A.发展到现在的60A,70A,80A,90A，现在这些也渐渐的不能满足航模爱好者更高的追求了。100A,110A,120A的航模电调也相续面世。随着新科技，新材料，新配件的发展，航模电调的要求将会越来越高。船模电调有稳压作用，不论电池电压如何波动，电调的输出电压始终保持在5V的稳定电压。如果不适用船模电调，直接用接收机和舵机接电池，运行一段时间后，电压降低，接收机容易出现电压不足造成的失控，比较危险。船模在水中运行，船模电调需要防水，水冷等散热装置。单片机也被称为微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1、快的启动会不会烧掉电调。 2、为了避免消磁事件，是不是连续检测两次过零呢？第一次认为是消磁事件，第二次认为是感生电动势过零呢？还是用延时等待消磁事件的结束？ 3、把没有焊的元件全部补焊全，并请仔细确认没有错焊、漏焊及测量没有短路。通过查阅资料，结合实验，并和同学交流。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 指导教师意见：1对“文献综述”的评语：文献综述对无刷电机电调的功能、技术难点和应用进行了介绍，并结合自身的认识对相关技术进行了对比。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题工作主要是无刷电机电调的设计，包括：设计基于单片机的电调电路和电调控制程序，最后通过演示对所设计的电调进行功能验证。本设计的工作量和工作难度适中。 3.是否同意开题： 同意 不同意 指导教师： 2016 年 03 月 22 日所在专业审查意见：同意 负责人： 2016 年 03 月 28 日rotational speed within a DSP. The calculated speed is controlled by a digital PI control algorithm and the controller output is applied to the chopper. The practical implementation issues concerning the commutation delay of the 2-phase excitation PWM schemes at high speed are discussed and some advantages of the DC link voltage control scheme in a high speed sensorless control are mentioned. The whole control system is implemented on a BLDC motor using DSP TMS320C240 and the eectiveness is veri ed through the comparative simulations and experiments.2. Sensorless Control of BLDC MotorA BLDC motor considered in this paper consists of permanent magnets mounted on the rotor surface and three-phase concentrated stator windings displaced by 120 . The stator currents are supplied by the 2-phase excitation scheme where only two of the three phases are excited at any instant of time and one phase is conducted during 120 period 8. This excitation scheme does not require dead time of the power devices, and furthermore, the unconducting open-phase can be usefully utilized to obtain the rotor position information. The rotor position information are generally obtained from the indirect detection method using the motor back EMF 1_4. In 2, the rotor position has been estimated from the integration of the back EMF waveform. This method is known to provide the advantages such as the reduced switching noise sensitivity and automatic adjustment of the switching instants without the phase shift of 30 degrees. Thus, this detection scheme is employed in this paper. The speed information can be obtained from the derivative of the detected position signals. Since the commutation signals are fed into a DSP every 60period, if the counter clock in DSP is TC and the number of count during 60 degrees is a, the mechanical rotor speed can be computed in rpm as follows:where P is the number of poles.3. Problems of Existing Sensorless Speed Control SchemesIn the existing sensorless control schemes, the 2-phase excitation PWM technique is generally employed for a speed control. Based on the method executing the PWM,PWM schemes can be classified as the unipolar and bipolar switching methods.In the unipolar switching method, the PWM is superimposed on one of the two active switches in on state, while the other switch remains on state. On the other hand, in the bipolar switching method, the two active switches execute the PWM at the same time. Since the unipolar switching has an advantage of the reduced switching loss, this scheme is generally preferred 4. Also, based on the position that the PWM is superimposed on, the unipolar switching method is classi ed as the on-going phase PWM, off-going phase PWM, upper switch PWM, and lower switch PWM schemes. In the on-going phase PWM scheme, each switch executes the PWM during the rst 60 degrees of active interval and is held in on state during the second 60interval, and in the off-going phase PWM scheme, vice versa 3, 4.In the upper switch PWM scheme, the PWM is executed only on the upper one of two active switches, and in the lower switch PWM scheme, vice versa. Depending on the used PWM scheme, this control technique may cause a commutation delay or an irregular switching frequency of the power devices in a high speed sensorless control.Figure 1 shows the relation between the PWM switching period and commutating instant in the 2-phase excitation PWM scheme. In Figure 1, Ts and fs denote the PWM switching period and frequency, respectively. Figure 1(a) shows a case of the ideal commutation. As can be seen in the gure, if the commutating instant is synchronized with the end of the PWM switching period, an ideal commutation can be obtained without any delay in the inverter sequence change. However,since the commutating instant depends on the rotor position, it does not usually coincide with the end of the PWM period. In this case, the commutation can be performed synchronized with the end of the present PWM period to start a next inverter sequence as Figure 1(b) , which is the normally used method. This results in an undesirable commutation delay and the maximum value of this delay becomes the PWM switching period. If the switching frequency is chosen as 16 kHz,the maximum value of the commutation delay will be 62.5 sec. Even though this commutation delay can be neglected for a medium speed range, it has significant in uences on the phase current response and drive performance at high speed since the 60-degree interval that the commutation arises in is relatively small. For example, when a 2-pole motor is rotating at 50,000 rpm, 60-degree interval becomes 200 sec. This commutating delay can be reduced by increasing the PWM switching frequency. In practice, however, the switching frequency cannot be increased without limit because of the increased switching loss. Also, the switching frequency of commercially available power devices is less than 20 kHz. Thus, to avoid an undesirable commutation delay, the next inverter sequence has to be applied as soon as the commutation signal interrupt occurs. Then, the present PWM period has to be terminated and the new PWM period synchronized with the commutation interrupt signal must be started. In the upper and lower switch PWM schemes,this may yield an irregular switching frequency much larger than f s under a high duty condition as shown in Figure 1(c) . In the on-going and off-going phase PWM schemes, this irregular switching frequency does not occur since the phase executing the PWM is continually changed every 60interval. Thus, the on-going and off-going phase PWM schemes with the method in Figure 1(c) can be a preferred way for a high speed sensorless control. Nevertheless, there is still a problem. At high speed, only a few PWM pulses can be used for the speed control during a 60interval. Since a 60interval of a 2-pole motor becomes 200 sec at 50,000 rpm,if the switching frequency is chosen as 16 kHz, the number of PWM pulses during 60 is only 3.2, which results in an unequal number of PWM pulses 3 or 4 during a 60 interval. Unless the resolution of the pulse width is considerably high, this may result in a speed ripple at steady state and degrade the accuracy of the position signal detection. This problem is more serious at a higher speed region and can be effectively overcome by controlling the voltage and frequency independently by the DC link voltage control scheme.Figure 1. Relation between the PWM switching period and commutating instant:(a) Ideal commutation, (b) Case of commutation delay, and (c) Case of irregular switchingfrequency.基于DSP高速无刷直流电机控制使用直流环节电压控制摘要：一个基于DSP高速度传感器控制无刷直流电机(无刷直流)汽车使用直流环节电压控制方案被提出了。无刷直流电机的运行在一个高速度范围、驱动系统可以有一个比较轻体积小,在同一输出等级。在现有的无传感器控制方案,通常采用PWM(脉宽调制)技术作为一个速度控制。然而,由于PWM技术和变频变换不能履行独立,明显的变换延迟存在于高速地区。另一方面，使用的直流母线电压控制方案，变频器操作与方波120传导速度控制是通过调节斩波直流环节逆变器的输入电压实现。利用这项技术,因为电压控制和变换就可以实现独立,延迟不存在运算可以交换甚至在一个高速地区。此外，以有一个波形相位目前类似的矩形波和终端电压更有效率的处理在位置检测电路。实际应用变换议题延迟的一个高速度的无传感器控制进行了讨论。整个控制系统的实施应用DSP芯片的无刷直流电机TMS320C240和有效性的比较验证了仿真和实验。关键词：无刷直流电机，无传感器控制，DSP控制1.介绍在许多工业领域,需要安装一个轴传感器可能会大幅度增加推动成本以及复杂的电机配置1。特别是,为电动机建在一个完全密封压缩机、轴传感器是难以运用由于传感器可靠性降低高温需要额外的导线。此外,这些传感器,尤其是霍尔传感器,温度敏感,限制了电机运行大约75以下1。一个绝对速度传感器通常限于大约6000转速与旋转需要一个特殊的外部电路。同时,传感器的精度也会受到安装的准确性。要克服这些弊端,无位置传感器无刷直流电机控制技术提出了一个1 5。有两类位置检测方案,即,该方法利用电机的反电势2,该方法基于检测间隔进行随心所欲的二极管3。在现有的无传感器控制方案、PWM技术技术通常用于一个速度控制。然而,由于PWM技术和变频变换不能履行独立,明显的变换延迟的一个高速度可能存在的区域。最近，以提高驱动器E的效率，并提供所需的电流波形，一个传感器控制计划使用准电流源逆变器已提出6。这样的电路装置被称为一个变量直流环节逆变器7。在该方案中,逆变频率控制供应电流有三相矩形脉冲宽度120度及马达速度控制电压调节采用降压斩波器作为降压转换器。然而，一些优势的直流母线电压超过传统的两相PWM在高转速传感器控制计划控制计划都没有得到解决。本文提出了一种基于DSP高速无刷直流电机无位置传感器控制使用直流环节电压控制方案。无刷直流电机推在一个重量轻在相同的额定功率。控制高速无刷直流电机无转轴侦测元件传感器、基于DSP开发利用TMS320C240控制器。使用直流母线电压控制计划，逆变器的操作与方波120度传导间隔和速度控制是通过调节斩波直流环节逆变器的输入电压来实现。利用这项技术,因为电压控制和变换就可以实现独立,如运算可以交换延迟传统PWM方法二段式激励是不存在的。甚至在一个高速地区,将讨论在以后的部分。转子位置信息利用反电动势检测电压从终端电机和逆变器的开关顺序的2。反电动势的感觉到用于集成电路和比较得到变换信号。检测变换信号用于申请适当的下一个序列,得到了转速逆变器在DSP。计算速度的数字控制，控制算法和控制器的输出应用到斩波器。实际应用议题变换时延的激励方案二段式PWM高速进行了论述,并对直流环节电压的优势控制方案在高速度传感器控制提及。整个控制系统的实施应用DSP芯片的无刷直流电机TMS320C240和有效性的比较验证了仿真和实验。2无刷直流电机的无传感器控制一个无刷直流电机本文认为由永磁体安装对转子表面和三相集中而流离失所的定子120度。定子电流励磁方案段提供的地方只有两三个阶段都很兴奋在任何紧急的时间和一阶段在120年期间进行8。这激励方案不需要死亡的时间电力设备的发动的软铁转子,即使它没有持续的扭矩。永磁类型都有径向非磁化转子。这种类型在展,可以有效进行非全相利用得到的转子位置信息。转子位置信息通常得到间接检测方法利用电机反电动势无刷电机无位置传感器控制1 _4。在文献2的基础上,从转子位置估计的整合反电动势波形。该方法是众所周知的提供等优点减少开关噪声灵敏度和自动调节的开关瞬间不相移30度。因此,该检测方案本文采用。速度的信息可从衍生工具检测信号的位置。自从变换信号输入DSP每隔60度期内,时钟在DSP台TC数量和计数的期间是一个60度,机械转子速度可计算转速如下:P是大量的增长极。3传感器存在的问题的速度控制方案在现有的无传感器控制方案,二段式激励技术是PWM(脉宽调制)通常用于一个速度控制。基于此方法执行PWM(脉宽调制),脉宽调制方案的经典歌曲了单极和双相性精神交换的方法。在单极开关的方法,PWM技术是叠加在那两人中的一个主动开关在国家,而其他开关仍在状态。另一方面一方面,在双极切换方法,这两个积极执行PWM开关在同一时间内。自从单极开关有一个优势的减少开关损耗,这个方案是首选的4。此外，基于位置的脉宽调制叠加，单极开关的方法是分类为持续的阶段，将相位调制，上下开关开关脉宽调制，脉宽调制。在PWM调制方式进行的阶段,每一个开关被执行PWM技术在第一个60度程度的活跃时间和保留在国家的期间第二个60度区在间,去相PWM调制方式,反之亦然3,4。在上面的开关PWM调制方式、PWM(脉宽调制)被执行的时候,只有在上部之一两个活跃的开关,在较低的开关PWM调制方式,反之亦然。根据基于其使用的PWM调制方式,该控制技术可能导致减刑延迟或者一个不规则的开关频率的电力设备在高速度传感器控制。图1显示PWM开关周期和PWM方案2相励磁整流在瞬间之间的关系。在图1,T年代和f年代表示PWM技术转换期间和频率,分别。图1(一)说明情况理想的变换。作为古雷中可以看出,如果运算可以交换的瞬间同步,与去年底PWM开关期间, 可以得到一个理想的换相逆变器序列的变化没有任何延迟。然而,由于运算可以交换即时以同步进行,与去年底目前PWM周期开始下一个逆变器顺序图1(b),这是一般使用方法。这个结果在一个不受欢迎的变换延迟和最大的价值这次延误PWM技术转换期间来。如果开关频率被选择作为16千赫,最高价值的变换将是62.5秒的延迟。尽管这些减刑延迟可以忽略一个速度范围，它具有重大影响的相电流响应和驱动器的性能在高速度。 例如,当一个两极电动机转速为50000转/分,60度间隔200秒。这就可以减少运算可以交换延迟增加PWM开关频率。然而事实上,这些开关频率不能增加无极限,因为增加的开关损耗。同时,开关频率的商用电力设备是少于20 kHz。因此,为了避免不良变换延迟,接下来的逆变器应用序列一旦变换信号中断发生。那么,现在的PWM周期必须终止和新型PWM周期的同步变换中断信号必须开始了。在上部和下部开关PWM(脉宽调制)方案,这可能会得到一个不规则的开关频率大大高于f年代高职条件下如图1(c)。在持续的和持续相PWM方案，这种不规则的开关频率不会发生以来阶段执行PWM不断改变每60度间隔。因此，对正在进行的和持续的PWM方法在图1（c）计划阶段，可以是一个很高的速度传感器控制的首选方式。不过,仍然有一个问题。在高速度,只有少数的PWM脉冲可以用于速度控制在60度间隔。因为一个60度区间的两极成为200秒内每秒电机50000转/分,如果开关频率被选择作为16千赫,一定数量的PWM脉冲在60仅为3.2,导致不平等的PWM脉冲数3或4在60度间隔。除非解决脉冲宽度相当高,这可能导致速度脉动在稳态和降解精度的位置信号的检测。这个问题比较严重的地区以更高的速度,可以有效克服，通过控制电压和频率直流环节电压独立的控制方案。图1 PWM开关周期之间的关系和运算可以交换即时:(a)理想的变换,变换(b)的情况下延迟和(c)不规则的情况下切换频率。13.9按键电路3.10过流保护电路的设计3.11霍尔检测相位电路设计四 系统软件设计 4.1软件系统概述 4.2系统主要应用软件介绍 4.3系统整体软件方案设计 4.4主程序设计流程图 4.5系统模块子程序介绍 4.5.1中断子程序介绍4.5.2正反转控制子程序介绍4.5.3速度显示子程序介绍4.5.4停止子程序流程图4.5.5加减速子程序代码4.5.6急停子程序代码4.5.7测速子程序核心代码4.5.8霍尔信号查询子程序代码五 实验六 总结与展望 I目 录目 录 .I摘 要 .IIIAbstract .IV1 绪 论 .11.1 选题的背景及意义 .11.2 设计的主要目标任务 .12 无刷电机电调系统及其整体方案设计.22.1 基本原理 .22.2 基本系统框图.22.3 系统主要电路简介 .23 硬件电路的设计.43.1 单片机的原理及应用 .43.1.1 单片机原理简介 .43.1.2 单片机最小系统的介绍 .53.2 三相无刷直流电机星形连接全桥驱动原理.63.3 直流电动机的 PWM 调速原理.73.4 供电电源电路.83.5 过流保护电路 .83.6 声音模块电路 .93.7 红外遥控器模块电路 .103.8 程序下载电路 .113.9 系统原理图 .124 系统软件设计 .144.1 程序流程图 .144.2 数字 PI 速度调节.165 系统的调试与分析 .185.1 硬件调试 .18II5.2 软件调试.196 结论与展望.206.1 结论 .206.2 展望 .20参考文献 .21附录 1：主程序.23附录 2：功能程序.27致谢 .35III基于微控制器的无刷电机电调的设计摘 要随着现代科技的高速发展与创新,科技进步的成果越来越多地进入到人民群众的生活当中,科技的进步也在社会的各个领域,比如在工厂自动化、智能化等方面发挥着重要作用。自动化、智能化的发展也引领了电子调速器技术的快速发展。本课题针对目前电子调速器在各类产品上的应用需求,设计了基于微控制器的无刷电机电调系统。该电调系统以 STM8S005K6 单片机为主芯片,根据所用直流无刷电机功率等参数选择合适的 MOS 管来搭建电调驱动电路，并通过选择合适的运算放大器来搭建过流检测电路，外加红外接收头电路实现遥控操作，另带蜂鸣器电路以实现声音的提示等操作。基于 STM8S005K6 微控制器的无刷电机电调系统,整体电路较为简洁,元器件均为市场通用器件,成本低廉,功能多样,制作小巧易于放置,完全实现了智能化控制,可应用于航模，车模，船模，飞碟，飞盘等等玩具模型上面,是生活中非常实用的一款设计。关键词:单片机；电子调速器；无刷电机IVBased on MCUs brushless motor speed controller designAbstractWith the rapid development of modern science and technology and innovation, advances in technology more and more into all areas of peoples lives, also in progress in various fields of science and technology community, such as factory automation, and intelligent play an important role. Automation, intelligent development also led the rapid development of the field of electronic governor. The topic for the current needs of the community on an electronic speed governor on a variety of products in the application, design microcontroller-based brushless ESCs system, the power transfer system STM8S005K6 microcontroller-based chip, depending on the brushless DC motor power and other parameters to choose the right to build power transfer MOS transistor drive circuit, and by choosing an appropriate op amp to build an overcurrent detection circuit, plus infrared remote control receiver circuits, the other circuit with a buzzer sounds and the like in order to achieve prompt effect. Brushless ESCs system STM8S005K6 microcontroller, the whole circuit is more simple, universal device components are the market, low cost, versatile, compact and easy to place making, the full realization of intelligent control, can be used in model aircraft, Cars Airplanes, flying saucer, Frisbee, etc. toy model above, is the life of a very practical design.Key Words：Microcontroller； Electronic speed controller； Brushless motor11 绪 论1.1 选题的背景及意义当前，有刷电机是占据市场主流的产品，大多数电机调速器也是根据有刷电机进行匹配，但是由于有刷电机的结构比较复杂，工作过程中经常出现火花而导致其安全性较差，因此无刷电机应运而生，其方便的调速、运行的安全、稳定的性能等已经被社会认可，由此针对无刷电机的电调系统也需要跟随产生。本次课题就是针对直流无刷电机设计一个电调系统，该课题迎合了市场的需求，前景也让人期待。1.2 设计的主要目标任务本课题要求设计一直流无刷电机电调系统,以实现对直流无刷电机的控制,即根据产品的应用场合来对单片机程序进行开发，通过遥控器指令实现直流无刷电机的快转、慢转、正转、反转、停转等功能。本设计要求利用 STM8S005K6 微控制器作为主控芯片完成主控电路的设计,辅助电路要求包括直流无刷电机驱动电路、红外遥控器功能电路、过流电测电路、供电电路、声音模块电路等。22 无刷电机电调系统及其整体方案设计2.1 基本原理本无刷电机电调系统使用 STM8S005K6 单片机作为控制器件。搭建单片机最小系统,外围分别扩展无刷电机电调系统所需要的直流无刷电机驱动电路完成电机的驱动部分、红外遥控器功能电路完成红外遥控功能、过流电测电路完成对电机过流时的保护功能、供电电路完成单片机系统电源供电部分功能、声音模块电路完成系统声音提示和报警等功能，由此完成整个无刷电机电调系统,通过单片机 C 语言开发无刷电机电调系统程序,根据实际需求，实现无刷电机的各类动作过程，完成整个硬件系统和软件系统。2.2 基本系统框图图 2.1 系统组成结构该系统核心为单片机，是整个系统的中枢，围绕单片机，搭建了晶振电路和复位电路即单片机的最小系统，外围扩展电调系统需要的电机驱动电路（驱动电机）、声音模块电路（实现报警等）、供电电路（系统供电）、过流检测电路（电路保护）、红外遥控器电路（实现红外遥控器控制），由此组成整个电调系统架构。32.3 系统主要电路简介微控制器选择目前市场上面常利用的 STM8S005K6 作为主控芯片完成主控电路的设计,微控制器是系统设计的核心器件，其功能的实现均由所选择的微控制器去完成，所以微控制器选择的正确与否直接关系到整个系统的稳定性，本次设计应用的 STM8S005K6单片机有较深厚的市场基础，满足本次设计需求。无刷电机驱动电路选用 AOD4185 PMOS 和 AOD404 NMOS 为主驱动芯片,围绕 MOS搭建相关驱动电路，完成无刷电机驱动电路设计过流保护电路选用 LM324 运算放大器为主芯片,围绕 LM324 搭建相关过流检测电路，完成过流保护电路设计。红外遥控器电路采用 HX1838 为红外接收头主芯片，围绕 HX1838 搭建相关红外外围接口电路，完成红外遥控器电路设计。电源供电电路采用 AMS1117-5.0 作为稳压器件,围绕 AMS1117-5.0 搭建单片机系统所需要的相关 5V 输出电路，完成电源供电模块电路设计。43 硬件电路的设计3.1 单片机的原理及应用3.1.1 单片机原理简介本次无刷电机电调系统设计采用 STM8S005K6 单片机为主芯片,为高性能 8 位通用微处理器,其 CPU 内核有 6 个内部寄存器,分别是累加器(A，8 位通用寄存器) 、索引寄存器(X 和 Y，X 和 Y 都是 16 位的寄存器，可实现高效率的寻址模式）、程序计数器(PC，一个 24 位的寄存器，用于存储 CPU 下一条要执行指令的地址）、堆栈指针(SP 一个 16位的寄存器，其内容为堆栈中下一个可自由分配的单元地址）、条件代码寄存器(CC，一个 8 位寄存器，用于指示刚刚被执行的指令结果及处理器的状态）STM8S005K6 具有以下标准功能:32KB 可编程的 Flash,2K 字节 RAM,32 个引脚,最多 25 个外部输入/输出(I/O)端口,4 个定时计数器,128 字节 EEPROM。单片机内部结构示意图和引脚图如图 3.1和图 3.2 所示。图 3.1 单片机内部结构示意图5NRST1PA1/OSCIN2PA2/OSCOUT3VSS4VCAP5VDD6VDDIO7PF4/AIN128VDDA9VSSA10PB5/AIN5/SDA11PB4/AIN4/SCL12PB3/AIN3/T1_ETR13PB2/AIN2/T1_CH3N14PB1/AIN1/T1_CH2N15PB0/AIN0/T1_CH1N16SPI_NSS/PE517T1_CH1/PC118T1_CH2/PC219T1_CH3/PC320T1_CH4/PC421SPI_SCK/PC522SPI_MOSI/PC623SPI_MISO/PC724TIM3_CH2/PD025SWIM/PD126T2_CH3/T3_CH1/PD227T2_CH2/PD328T2_CH1/PD429TXD/PD530RXD/PD631T1_CH4/TLI/PD732U3STM8S005K6图 3.2 单片机引脚图3.1.2 单片机最小系统的介绍STM8S005K6 单片机最小系统主要包括供电电源、复位电路,外围晶体振荡器电路,STM8S005K6 单片机使用外部 8MHZ 晶振进行起振,配备相 22PF 左右的起振电容或使用内部晶振，最高可达 16MHZ,只需供 5V 电即能正常工作,在此基础上扩展外围电路模块,使得电路更加简便。单片机的复位电路。单片机的复位引脚 RST 外接电阻和电容,RST 引脚出现两个机器周期以上高电平实现有效复位。复位电路就是单片机把电路初始化,回归原始状态。单片机复位电路作用是把正在运行或死机的系统回归初始状态,防止程序跑飞,在单片机内部,单片机的复位会把相关寄存器恢复到出厂时的某个值。复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。单片机的复位电路按功能可分为直接上电进行复位和通过按键开关进行复位两种方式。单片机外围晶体振荡器电路。在单片机系统中晶振起到很关键的作用,全称叫晶体振荡器,它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率,单片机晶振提供的时钟频率越高,那么单片机运行速度就越快,单片机的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。STM8S005K6 可使用 8MHz 的晶体振荡器作为振荡源,由于单片机内部带有振荡电路,所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可,电容容量一般在 15pF 至 50pF 之间。6本次设计没有添加外部振荡电路，使用的内部振荡器。NRST1PA1/OSCIN2PA2/OSCOUT3VSS4VCAP5VDD6VDDIO7PF4/AIN128VDDA9VSSA10PB5/AIN5/SDA11PB4/AIN4/SCL12PB3/AIN3/T1_ETR13PB2/AIN2/T1_CH3N14PB1/AIN1/T1_CH2N15PB0/AIN0/T1_CH1N16SPI_NSS/PE517T1_CH1/PC118T1_CH2/PC219T1_CH3/PC320T1_CH4/PC421SPI_SCK/PC522SPI_MOSI/PC623SPI_MISO/PC724TIM3_CH2/PD025SWIM/PD126T2_CH3/T3_CH1/PD227T2_CH2/PD328T2_CH1/PD429TXD/PD530RXD/PD631T1_CH4/TLI/PD732U3STM8S005K6R4910KC11100nF5VNRSTNRST5VC10C9680nFSWIMIRCSPKMA+MA-MB+MB-MC+MC-ADC_AADC_BADC_C5VC12100nF 图 3.3 单片机最小系统3.2 三相无刷直流电机星形连接全桥驱动原理无刷直流电机调速器包含电源供电控制系统。电源供电为三相电机提供合适的电压，可以是交流也可以是直流，本次设计电机为12V三相无刷直流电机，所以电源供电部分即为12V直流，系统控制方面是以单片机为依托，按照要求对电源的开停比进行控制。12V直流电压由逆变器(inverter)转成三相电压来驱动电机。逆变器一般由六个功率晶体管，分为上桥臂和下桥臂，连接电机作为控制流经电机线圈的开关。系统控制部分则提供PWM脉冲宽度调制信号决定功率晶体管开关频率及逆变器换相的时机。图3.4三相无刷直流电机工作原理7 Inverter MOTORAHALBHBLCHCLinverter图3.5逆变器原理图表3-1霍尔位置信号与换相的关系正向 当前位置(Ha,Hb,Hc) 下一位置导通相100 AH,CL 110 BH,CL 010 BH,AL 011 CH,AL 001 CH,BL 101 AH,BL反向 当前位置(Ha,Hb,Hc) 下一位置导通相 001 CH,AL 011 CH,BL 010 AH,BL 110 AH,CL 100 BH,CL 101 BH,AL3.3 直流电动机的 PWM 调速原理本次无刷电机调速系统利用目前较为常用的一个脉宽调制(PWM)的方式来调整电机的电压，这种调制方式类似于离散性质的电压，通过每个周期脉冲数量等来使得电机的电压变大或者变小，实现电机转速的高或者低。调速原理：当作为开关管用的MOS的绝缘栅极（即G极）有高电平信号进入时，开关MOS管导通，无刷直流电动机电枢绕组两端有电压秒后，绝缘栅极高电平信号消失，变为低电平，开关MOS管也跟随低电平的到来而截止，无刷直流电动机电枢两端的电压有高电平变为了零, tz秒后，绝缘栅极再次收到高电平的信号，以此类推，开关MOS管重复上述过程，由此通过高电平持续的时间来调节无刷直流电机的速度。8 U1 0TU0 Us t1 t2 0图3.6 输入输出电压波形电动机电枢绕组两端的电压平均值。为: （3.1）UUtttUtUaTS1112110式中占空比a表示在一个周期T里，开关管导通的时间与周期的比值，a变化范围为0-1之间。所以当电源电压Us不变时，电枢的端电压的平均值U。取决于占空比的大小，改变a值就可改变端电压的平均值，从而达到调速的目的.理想空载转速与占空比a成正比。3.4 供电电源电路该无刷电机电调系统采用外部12V开关电源进行供电，单片机等供电部分采用AMS1117-5.0电源芯片来将12V转换至5V直流电压来实现供电。423J1PWR2.5D11N4007R37D220KEC225V/220uFEC316V/470uFVin3Vout2GND1U1AMS1117-5.0C3100nFC4100nF12V5V图3.7 供电电源电路3.5 过流保护电路该无刷电机电调系统采用LM324具有四路输入的运算放大器作为过流保护电路的核心，其基本原理就是从驱动电机MOS的接地端串接采样电阻，采样电阻会将流过的电流转换成电压值输出到LM324端，LM324通过另一端与其的比较来判定电流是否过大以确定是否发出报警。9IN3+10IN3-9OUT38U2CLM324R710KC1100nF5VC5100nFR510KR110KR1710KC6100nFR1610KR1010KR2310KC7100nFR2210KR1910KADC_AADC_BADC_CMotor_AMotor_BMotor_CIN1+3IN1-2OUT11411U2ALM324IN4+12IN4-13OUT414U2DLM324图3.8 过流保护电路3.6 声音模块电路本次无刷电机电调系统采用 5V 供电的蜂鸣器作为声音模块电路的主芯片，蜂鸣器类似于一个电感元件，属于一个感性器件，其基本原理就是当外部对蜂鸣器正常供电时，蜂鸣器就会产生振动，由此产生清脆的声音。由于单片机的引脚驱动能力不够，因此可使用 NPN 型三极管来驱动蜂鸣器。10LS1SPEAKERQ11S8050R3410KR335.1K5VSPKD31N4148图 3.9 声音模块电路3.7 红外遥控器模块电路红外线的光谱位于红色光之外，波长是 0.761.5m，比红光的波长还长。红外遥控是利用红外线进行传递信息的一种控制方式，红外遥控具有抗干扰性、电路简单、容易编解码、功耗小、成本低的优点。红外遥控几乎试用所有民用及工业场合的控制。红外遥控系统的主要部分为调制、发射、和接收。红外遥控是以调制的方式发射数据，就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作，这样既可以提高发射效率又可以降低电源功耗。调制载波频率一般在 30khz 到 60khz 之间，大多数使用的是 38kHz，占空比三分之一的方波，这是由发射端说是用的 455kHz 晶振决定的。在发射段要对晶振进行整数分频，分频系数一般取 12，所以 455kHz/12=38kHz。目前有很多芯片可以实现红外发射，可以根据选择发出不同种类的编码。由于发射系统一般用电池供电，这就要求芯片的功耗要很低。芯片大多都设计成可以处于休眠状态，当有按键按下时才有工作，这样可以降低芯片功耗。所用的晶振应该有足够的耐物理撞击能力，不能选用普通的石英晶体、一般是选用陶瓷共鸣器，陶瓷共鸣其准确性没有石英晶体高，但通常一点误差可以忽略不计。红外线通过红外发光二极管发射出去，红外发光二极管（红外发射管）内部构造与普通的发光二极管基本相同，材料和普通二极管不同，在红外发射管两端施加一定的电压时，它发出的是红外线而不是可见光。市面上有很多的红外接收芯片，例如 HS0038、HX1838 等，都是可以通过红外发送过来的信号，进行调节等处理转化成一系列可以与单片机通讯的数字数据，来使得单片机得以响应。本次无刷电机电调系统采用 HX1838 红外接收头作为红外遥控器模块电路的主芯片，HX1838 能够接收到红外线，可接收能够发出红外线的遥控器信号，比较通用，其基本原11理就是根据规定的码值来进行解析，HX1838 将接收到的红外遥控码解析传送至单片机，由单片机再进行分析是否是需要的码值，通过码值执行相应的命令。R4010KR415.1K5VC8100nFR38100REC4 16V/100uFOUT1GND2VCC3LED1HX1838IRC图 3.10 红外遥控器模块电路3.8 程序下载电路每个设计系统必须留有程序下载电路，以便程序更改后方便烧写，本次无刷电机电调系统采用 SWIM 烧写方式，其电路非常简练，STM8S005K6 单片机的第 1 引脚是其NRST 功能引脚，STM8S005K6 的第 26 引脚时期 SWIM 功能引脚，将这两个引脚直接引出至 J3 连接端子，同时 J3 端子再引出 5V 电源和 GND 端，这构成一个 SWIM 烧写电路。SWIMNRST5V1234J3CON4图 3.11 程序下载电路123.9 系统原理图无刷电机电调系统控制部分采用 STM8S005K6 单片机作为控制核心,其包含的功能在本次设计内容中已经体现出来，选定单片机型号后，就需要围绕单片机进行电路的设计和规划，并通过分析将系统各个电路模块分别规划设计出来，再将各个电路模块组合起来，就组成了系统原理图。13NRST1PA1/OSCIN2PA2/OSCOUT3VSS4VCAP5VDD6VDDIO7PF4/AIN128VDDA9VSSA10PB5/AIN5/SDA11PB4/AIN4/SCL12PB3/AIN3/T1_ETR13PB2/AIN2/T1_CH3N14PB1/AIN1/T1_CH2N15PB0/AIN0/T1_CH1N16SPI_NSS/PE517T1_CH1/PC118T1_CH2/PC219T1_CH3/PC320T1_CH4/PC421SPI_SCK/PC522SPI_MOSI/PC623SPI_MISO/PC724TIM3_CH2/PD025SWIM/PD126T2_CH3/T3_CH1/PD227T2_CH2/PD328T2_CH1/PD429TXD/PD530RXD/PD631T1_CH4/TLI/PD732U3STM8S005K6SWIMNRST5V1234J3CON4R4910KC11100nF5VNRSTLS1SPEAKERQ11S8050NRST5VC10100nFC9680nFSWIMR3410KR335.1K5VSPK423J1PWR2.5D11N4007R37D220KEC225V/220uFEC316V/470uFVin3Vout2GND1U1AMS1117-5.0C3100nFC4100nF12V5VQ2S8050R810KR65.1KR210KR4 5.1K231Q4AOD404Q3SS8550Q5S8050R1510KR125.1KR14 5.1KR910KR11 5.1K12V12VR18Res231Q1AOD4185Q7S8050R2510KR245.1KR2010KR21 5.1KQ8SS8550Q10S8050R3110KR285.1KR30 5.1KR2610KR27 5.1K12V12VR32ResQ13S8050R3910KR375.1KR3510KR36 5.1KQ14SS8550Q16S8050R4710KR445.1KR46 5.1KR4210KR43 5.1K12V12VR48Res123J2CON3IN3+10IN3-9OUT38U2CLM324R710KC1100nF5VC5100nFR510KR110KD2SMAJ6.0CAD4SMAJ6.0CAD5SMAJ6.0CAR1710KC6100nFR1610KR10 10KR2310KC7100nFR2210KR19 10KD31N4148ADC_AADC_BADC_CMotor_AMotor_BMotor_CMotor_CMotor_BMotor_AMA+MA-MB+MB-MC+MC-R4010KR415.1K5VC8100nFR38100REC4 16V/100uFOUT1GND2VCC3LED1HX1838IRCR45 10KR29 10KR13 10K12VEC125V/1000uFC2100nF231Q9AOD404231Q6AOD4185231Q15AOD404231Q12AOD4185IN1+3IN1-2OUT11411U2ALM324IRCSPKMA+MA-MB+MB-MC+MC-ADC_AADC_BADC_C5VC12100nFIN4+12IN4-13OUT414U2DLM324图 3.12 系统总原理图144. 系统软件设计4.1 程序流程图无刷电机电调系统在进行软件设计的时候，一般都会有个程序流程图作为指示，经验丰富的设计工作者有的可能不会直接做出一个程序流程图，对照程序流程图开发系统软件，但他在自己大脑里也会形成一个软件的程序流程，如何实现，怎样实现等需要清清楚楚。对于经验不是很足的学生来说，程序流程图还是非常有必要的，在写软件程序之前写写画画，多做记录，会使得软件程序开发更为迅速准确，还不容易遗漏。如图 4.1 所示，无刷电机电调系统上电后,程序即从主函数开始将单片机运行起来,首先进行一个各个参数变量的初始化，防止误动作，通过遥控器按键遥控电调系统电机的正转、反转、快转、慢转、停转等等，在此过程中单片机通过 AD 功能实时监测过流保护电路反馈回来的电压值，当电压值超出警戒线值时立即报警并停止电机转动,整个无刷电机电调系统过程完成。 15 图 4.1 正常工作模式程序流程图 开始 判断标志位标识位有变化相位有变化?是否换相超时?是否有效?执行命令继续执行命令相位有错?继续执行命令是否有异常改变声音状态对过流端进行采样是否过流?将标识位置为错误 将标识位置为正确返回电机停转信号有效?ERROR:信号判断ERRORYYYYYYNNNNNN初始状态速164.2 数字 PI 速度调节在模拟系统中，PID算法的表达式为： (4.3)dttdedttetetPTTKDlP)()(1)()(式中，P(t)调节器的输出信号;e(t)调节器的偏差信号，它等于测量值与给定值之差:Kp为调节器的比例系数;Tt为调节器的积分时间;TD为调节器的微分时间。由于单片机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值来计算控制量。因此，在单片机控制系统中，必须首先对式4.3进行离散化处理，用数字形式的差分方程代替连续系统微分方程，此时积分项和微分项可用求和及增量式表示: (4.4)njnjnjETtjEdtte000)()()( (4.5)TkEkEtkEkdttde) 1()() 1()(将式4.4、式4.5代入式4.3，则可得离散的PID表达式: (4.6)1()()()()(0kEkETjETkEkPkjDlpTTK式中，采样周期，必须使T足够小，才能保证系统有一定的精度;E(k)第k次采样时的偏差值;E(k-1)第(k-1)次采样时的偏差值;k采样序号，k=O, 1, 2.;P(k)第k次采样时调节器的输出。根据递推原理，可写出(k-1)次的 PID 输出表达式: (4.7)2()1()() 1() 1(10kEkETjETkEkPkjDlpTTK用式4.6减去式4.7，可得: (4.8)2() 1(2)()()1()() 1()(kEkEkEkEkEkEkPkPKKKDlP式中，为积分系数； 为微分系数。TKKlPlTTTKKDpD由式4.8可知，要计算第k次输出值P(k)，只要知道P(k-1)，E(k)，E(k-1)，E(k-2)即可，比式4.6计算要简单得多。由式4.6可写出第k次采样时PD:)的输出表达式: (4.9)1()()()()(10kEkEjEkEkPkjDlPKKK设比例项输出:Pp(k)=KpE(k) 17积分项输出: ) 1()()()()()(1010kkEjEkEjEkPKKKKPlkjllkjlll微分项输出: )1()()(kEkEkKPDD所以式4.9可改写为: (4.10)()()()(kkkkPPPPDlp185 系统的调试与分析5.1 硬件调试安装与焊接过程:首先,集齐所有所需的元器件并归类放好。然后将实验板放到电脑面前,对应画好的原理图纸和 BOM 表,将原件一一对应的插入到板子上,并并稍稍固定以防止焊接过程中原件的掉落。焊接所需工具:尖嘴钳、平嘴钳、剥线钳、镊子、电烙铁等,安装材料有各种所需元器件(详情请看上面元件清单)等。根据电路板和原理图将元器件安装到板子,应注意的是先安装较矮的元器件,在安装较高的元器件,还有注意各种元器件的方向,不要弄错元器件的方向。进行焊接的时候，控制好电烙铁的温度最好一般在250400度时为最好。焊接时最先要多练习，掌握焊接的方式方法，以免由于焊接过于粗糙而将元器件毁掉，造成损失。一、注意事项:1.对电烙铁选用的要求:1)结构坚固,寿命长,可以更换烙铁头,易修理。2)功耗低,热效率比较高。3)为了便于操作应当选择重量轻的电烙铁。4)热稳定性好,在热量充足是可以连续使用。2.对电烙铁头的要求:1)应选用和焊料有比较好的亲和力,烙铁头必须是由易同焊料亲和的金 属制成,否则,焊料会滴落下来,不易焊接。2)机械加工性能好,使烙铁头在磨损后能得到修复。3)热导性好,能有效地将热量从储能部分传送到接合部分。4)原件放好后便可以进行焊接。焊接完毕后按要求调试。二、调试故障及原因分析如下:1.系统上不了电1)原因:供电端虚焊2)调试过程:用万用表测量系统电压,系统没有电；观察供电周边电路，有的位置没有焊接上漏掉了，导致系统上不了电的故障。3)结论:焊接技术有待提升,未正确掌握焊接方法，平时多进行动手操作，熟能生巧，这样可以有效避免不必要的失误。192.电机不转1)原因:MOS 管损坏导致。2)调试过程:检查接线无误,没有虚焊等问题,重新查看电机驱动相关电路，发现有一个 MOS 漏极和源极被击穿导通，更换 MOS，故障排除。3)结论:MOS 一般比较稳定，可能在调试过程中无意间导致其短路等会造成MOS 的损坏。5.2 软件调试本设计的主要难度在于软件调试部分，在调试过程中遇到的问题比较多，有些问题的解决难度也比较大，所以软件调试是本设计中最重要的一个环节。具体的说这个应该属于是软硬件联合调试，在硬件调试好的情况下，调试软件应该还是比较容易的。遇到的调试故障及原因分析如下：1.遥控器不好用 原因分析：未编写好红外接收头的时序，使得程序不能按正常流程进行下去。结论：正确理解元器件的技术资料,根据技术资料中对该元器件时序、引脚功能介绍等相关信息来编写相应的程序，确保写出的程序合理和准确无误，这需要多次的尝试和验证。2.电机运转异常原因分析:在调试电机旋转的过程中,经常出现电机不按设计者思路旋转现象,旋转方式与实际需要的不符。在仔细阅读了解了三相无刷直流电机的原理后，找出是编写电机运转控制程序的时候将控制顺序没有搞清楚造成，重新更改程序后系统可以按照自己的思路进行动作，故障排除。结论:正确理解三相直流无刷电机的工作原理，比如三相直流电机的三个驱动端如何按顺序驱动，只有顺序正确了才能够将三相直流无刷电机运转起来，也能保证电机的稳定程度，以免出现不必要的故障。206 结论与展望6.1 结论该课程的主要任务是开发一个以 STM8S005K6 单片机为核心的无刷电机电调系统。本次无刷电机电调系统的设计总体由软件和硬件两部分组成,硬件方面以最优化为总终目的,通过所学习知识进行硬件方案的比较和选定，最后根据选定方案完成系统设计,达到设计指标,实现了检测、电机驱动、定时控制及报警等功能。在本设计中,软件设计始终是最重要,也是最具发挥性的一部分。通过整体测试数据中可以看出,本设计的稳定性和可靠性等方面仍然具有改进和提高的空间。6.2 展望本次基于 STM8S005K6 单片机设计的无刷电机电调系统操作简单,易于实现,功能齐全,基本满足了当前公共场合的需求。该无刷电机电调系统硬件部分采用的器件应用比较广泛,且价格低廉,市场上面的认可程度非常高如 STM8S005K6 单片机、MOS 管、运算放大器、红外遥控器、红外接收头、电源芯片等。该电调系统软件部分采用当前非常流行的 STVD 编程环境，由于其借鉴资料比较多，所以开发起来方便也容易上手，技术也已经成熟。STM8S005K6 这类微处理器既可用作控制器又适合于做数据处理,功能上面也比较优越。在程序开发上以模块方式为主，以达到方便阅读、易于调用开发的目的，并且如果有类似相关的项目可以稍作改动直接挪用，由此可以看出程序开发中模块方式的优势，能够减少很多的重复劳动，为设计者节省出非常多的工作时间，不管是什么项目，都应遵循这样的思维方式，以达到比预期更好的效果。21参考文献1 张琛. 直流无刷电动机原理及应用M.北京: 机械工业出版社，2004,7. 2 郭庆鼎，赵希梅.直流无刷电动机原理与技术应用M. 北京:中国电力出版社,2008，1.3 李忠文，安升辉. 实用电机控制电路M.北京：化学工业出版社,2003,4.4 谭建成. 电机控制专用集成电路M.北京：机械工业出版社，1997.5 让余奇，蔡汉强. 基于双单片机通信的无刷直流电动机控制系统J. 电子技术应用，2002,3.6 潘建. 无刷直流电机控制器MC33035的原理及应用J.国外电子元器件,2003,8.7 褚新惠,官洪运,单一帆等.基于 DSP 的无刷直流电机调速系统J.微计算机信息( 嵌入式与 SOC),2007,2.8 于维顺.无刷直流电动机驱动动电路分析J.江苏机械制造与自动化,1998,6.9 王小明.电动机的单片机控制M.北京:北京航空航天大学出版社,2002.10 刘和平，刘林，余红欣等.PIC18Fx、单片机原理及接口程序设计M.北京:北京航空航天大学出版社，2004.11 王鉴光.电动机控制系统M.北京:北京机械工业出版社,1994.12 李志民，张遇杰著.同步电动机调速系统M.北京:机械工业出版社,1996.13谢世杰，陈生潭，楼顺天.数字PID算法在无刷直流电机控制器中的应用.现代电子技术2004.14 刘金艰.先进PID控制MATLAB仿真(第2版).北京:电子工业出版社，2004.15 周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真.北京:中国电力出版社，2003:41-43.16 梁正峰，王磊.电动自行车用无刷直流电动机控制系统研究，电气传动自动化.2004,26(3):1-3.17 Kyeong-Hwa Kim, Myung-Joong Youn.Performance comparison of PWM inverter and variable DC link inverter schemes for high-speed sensorless control of BLDC motor.Electronics Letters.2002,38(10):1294-1295.18 P.Pillary, R.Kxishnan. 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