基于无传感器磁场定向控制(FOC)的无刷直流(BLDC)电机控制解决方案,集成了 FET 电机驱动器
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硬件概览
它是如何工作的?
Brushless 33 Click 基于德州仪器(Texas Instruments)的 MCF8316A,这是一款无传感器磁场定向控制(FOC)集成 FET 无刷直流(BLDC)电机驱动器,专为 BLDC 电机控制应用设计。该三相电机驱动器内置无代码的无传感器 FOC 算法,是控制12V至24V、峰值电流可达8A的无刷直流电机或永磁同步电机(PMSM)的理想解决方案。MCF8316A 集成了三个低 RDS(ON) 值仅为 95mΩ(高边和低边合计)的半桥,确保在运行期间实现最小的能量损耗和最大的效率。此外,该设备支持独立运行,可将算法配置存储在其非易失性 EEPROM 中,一旦配置完成,无需额外的外部编码或调整即可实现一致可靠的电机控制。凭借其广泛的功能,Brushless 33 Click 非常适合多种应用,包括家用和生活风扇、空气净化器、加湿器风扇、汽车风扇、鼓风机和医疗 CPAP 鼓风机等。MCF8316A 集成的保护功能可以保护设备、电机和整个系统免受潜在故障的影响。这些保护机制确保在多种工作条件下的鲁棒性能和长期可靠性。通过其无传感器 FOC 算法,MCF8316A 提供平稳的电
机速度控制,即使在需要安静和高效操作的应用中也能表现出色。Brushless 33 Click 使用连接到 VM 端子的外部电源供电,推荐工作范围为 4.5V 至 35V。其输出端子 A、B 和 C 可提供高达 8A 的峰值驱动电流,用于驱动三相无传感器 BLDC 电机。推荐使用 A2212/13T 1000KV BLDC 电机以获得最佳性能。除了电机连接端子外,板上还包括三个专用挂钩,用作 BLDC 电机三个相位的测试点,方便操作期间的监控和诊断。此 Click 板™ 使用多个引脚和相应的逻辑状态由主机 MCU 控制。SPD 引脚通过调节输入信号的 PWM 占空比实现电机速度控制,也可通过 SPD 引脚上的频率或模拟输入进行调整,或通过 I2C 配置寄存器设置。BRK 引脚在设置为高逻辑电平时刹车电机,在设置为低逻辑电平时恢复正常运行。DIR 引脚决定电机的旋转方向,低电平时执行 A-C-B 驱动序列,高电平时对应 A-B-C 驱动序列。此外,当 MCF8316A 发生故障条件时,FLT 引脚会发出信号。为提供视觉反馈,多个 LED 指示灯反映关键信号的状态:绿色 LED 表示速度(SPEED),黄色 LED 表示刹车
(BRAKE),红色 LED 表示故障(FAULT),确保快速和直观地监控系统运行状态。MCF8316A 包括 I2C 接口,允许外部主机 MCU 配置其各种设置并访问故障诊断信息。板上还配备了一个 DRVOFF 开关,用于启用或禁用内部栅极驱动器;当开关置于位置 0 时,MCF8316A 禁用;置于位置 1 时,启用操作。此外,该板包括未焊接的扩展引脚,提供扩展功能。FG 引脚输出与电机速度成比例的脉冲,提供方便的旋转速度监控方式。SOX 引脚输出来自电流检测放大器的信号,提供精确的电流测量能力。EWD 和 ECK 引脚是外部振荡器和看门狗信号的可选输入,其中 ECK 引脚可提供外部时钟参考,而 EWD 引脚可接受外部看门狗信号,增强系统可靠性并支持高级时序控制。此 Click 板™ 支持通过 VCC SEL 跳线选择 3.3V 或 5V 逻辑电压运行。这种设计确保 3.3V 和 5V 的 MCU 都能正确使用通信线路。此外,该 Click 板™ 附带一个库,包含易于使用的函数和示例代码,可作为进一步开发的参考。
功能概述
开发板
Nucleo-64 搭载 STM32F446RE MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno
V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效
和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。
微控制器概述
MCU卡片 / MCU
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建筑
ARM Cortex-M4
MCU 内存 (KB)
512
硅供应商
STMicroelectronics
引脚数
64
RAM (字节)
131072
你完善了我!
配件
Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。
BLDC A2212/13T/1000 KV 无刷直流电机是一款高性能电机,专为可靠运行而设计。它采用高质量材料精制而成,包括日本 NMB 滚珠轴承、川崎定子钢和无氧纯铜线,确保耐用性和平稳性能。配备轻量化铝制 CNC 加工外壳、930KV 高转速以及专利平衡技术,该电机能够提供强劲的推力,带来令人振奋的飞行体验。其 N40UH 磁铁和硅胶线材具备优异的高温耐受性,非常适合高要求的应用场景。

使用的MCU引脚
mikroBUS™映射器
“仔细看看!”
Click board™ 原理图
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一步一步来
项目组装
实时跟踪您的结果
应用程序输出
1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程。

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持
库描述
Brushless 33 Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。
示例描述
此示例演示了使用 Brushless 33 Click 板控制 A2212/13T 1000KV 电机的基本操作,包括速度调整、方向切换和故障处理。通过调节 PWM 占空比实现电机速度控制。
关键功能:
brushless33_cfg_setup
- 配置对象初始化函数。brushless33_init
- 初始化函数。brushless33_default_cfg
- Click 默认配置函数。brushless33_set_duty_cycle
- 设置 PWM 占空比的函数(范围 [0..1])。brushless33_switch_direction
- 通过切换 DIR 引脚逻辑状态实现电机旋转方向切换的函数。brushless33_get_fault_pin
- 返回故障指示引脚逻辑状态的函数。
应用初始化
初始化日志记录器并配置 Click 板。
应用任务
调整电机的 PWM 占空比以控制速度,在增加和减少占空比值之间交替进行。检查并解决故障条件以保持系统稳定运行。基于占空比限制值触发额外的电机控制操作,例如切换方向和刹车。每一步操作都会通过 USB UART 记录日志,便于跟踪程序流程。
开源
代码示例
完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio。 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。
/*!
* @file main.c
* @brief Brushless 33 Click example
*
* # Description
* This example demonstrates the control of an A2212/13T 1000KV motor using
* the Brushless 33 Click board. The example showcases basic motor operations, including
* speed adjustments, direction switching, and fault handling. The motor speed is
* controlled by varying the PWM duty cycle.
*
* The demo application is composed of two sections :
*
* ## Application Init
* Initializes the logger and configures the Click board.
*
* ## Application Task
* Adjusts the motor's duty cycle to control its speed, alternating between increasing
* and decreasing duty values. Fault conditions are checked and resolved to maintain
* stable operation. Additional motor controls, such as switching direction and braking,
* are triggered based on the duty cycle limits. Each step will be logged on the USB UART
* where you can track the program flow.
*
* @note
* The library is configured for an A2212/13T 1000KV motor with a 12V power supply.
*
* @author Stefan Filipovic
*
*/
#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless33.h"
static brushless33_t brushless33;
static log_t logger;
void application_init ( void )
{
log_cfg_t log_cfg; /**< Logger config object. */
brushless33_cfg_t brushless33_cfg; /**< Click config object. */
/**
* Logger initialization.
* Default baud rate: 115200
* Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
* @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX
* are defined as HAL_PIN_NC, you will
* need to define them manually for log to work.
* See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
*/
LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
log_init( &logger, &log_cfg );
log_info( &logger, " Application Init " );
// Click initialization.
brushless33_cfg_setup( &brushless33_cfg );
BRUSHLESS33_MAP_MIKROBUS( brushless33_cfg, MIKROBUS_1 );
if ( I2C_MASTER_ERROR == brushless33_init( &brushless33, &brushless33_cfg ) )
{
log_error( &logger, " Communication init." );
for ( ; ; );
}
if ( BRUSHLESS33_ERROR == brushless33_default_cfg ( &brushless33 ) )
{
log_error( &logger, " Default configuration." );
for ( ; ; );
}
log_info( &logger, " Application Task " );
}
void application_task ( void )
{
static int8_t duty_cnt = 0;
static int8_t duty_inc = 1;
float duty = duty_cnt / 10.0;
uint32_t gate_drv_flt = 0;
uint32_t controller_flt = 0;
if ( !brushless33_get_fault_pin ( &brushless33 ) )
{
if ( BRUSHLESS33_OK == brushless33_read_fault ( &brushless33, &gate_drv_flt, &controller_flt ) )
{
if ( gate_drv_flt )
{
log_printf( &logger, " GATE DRIVER FAULT: 0x%.8LX\r\n", gate_drv_flt );
}
if ( controller_flt )
{
log_printf( &logger, " CONTROLLER FAULT: 0x%.8LX\r\n", controller_flt );
}
}
brushless33_clear_fault ( &brushless33 );
// Motor startup delay
Delay_ms ( 1000 );
Delay_ms ( 1000 );
Delay_ms ( 1000 );
Delay_ms ( 1000 );
}
brushless33_set_duty_cycle ( &brushless33, duty );
log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
if ( ( 1 == duty_cnt ) && ( 1 == duty_inc ) )
{
// Motor startup delay
Delay_ms ( 1000 );
Delay_ms ( 1000 );
Delay_ms ( 1000 );
Delay_ms ( 1000 );
}
Delay_ms ( 1000 );
duty_cnt += duty_inc;
if ( duty_cnt > 10 )
{
duty_cnt = 9;
duty_inc = -1;
}
else if ( duty_cnt < 0 )
{
duty_cnt = 0;
duty_inc = 1;
log_printf( &logger, " Pull brake\r\n" );
brushless33_pull_brake ( &brushless33 );
Delay_ms ( 1000 );
log_printf( &logger, " Switch direction\r\n" );
brushless33_switch_direction ( &brushless33 );
Delay_ms ( 1000 );
log_printf( &logger, " Release brake\r\n" );
brushless33_release_brake ( &brushless33 );
Delay_ms ( 1000 );
}
}
int main ( void )
{
/* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
#ifdef PREINIT_SUPPORTED
preinit();
#endif
application_init( );
for ( ; ; )
{
application_task( );
}
return 0;
}
// ------------------------------------------------------------------------ END
额外支持
资源
类别:无刷