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30 分钟

使用TB67B001FTG和ATmega328P体验终极BLDC电机管理

无刷电机控制的完美!

Brushless 14 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 27, 2024

点击板

Brushless 14 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

通过我们的无刷电机控制增强安全性和可靠性,提供故障检测和保护功能,以保护电机和设备。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 14 Click基于Toshiba半导体的TB67B001FTG,这是一款用于无刷直流电机的三相PWM斩波驱动器。它通过根据速度控制输入改变PWM占空比来控制电机的转速。这个Click板提供了一个节能的解决方案,在各种应用中使无刷直流(BLDC)电机运行安静。将TSP信号路由到mikroBUS™插座的PWM信号上,启动和停止电机运行,并通过控制输出PWM占空比来控制电机的转速。该过程如下进行:DC分辨率模式 - 强制换向模式 - 无传感器模式。当初始转子位置不规则时,由于它们在强制换向模式下不同步,启动可能会失败。在这种情况下,通过调整TB67B001FTG的FST信号和VR1电位器通过VST引脚的输入电压来调整强制换向频率以将操作转移到无传感器模式是必要的。在启动时的强制换向模式中,电机在以下条件下运行:前导角度 = 0°,120°换向,没有软开关。当过程切换到无传感器模式时,操作会自动更改为通过设置LA引脚、LAP和SLOP开关配置的模式。SLOP

和LAP开关可以选择六种类型的驱动器(120°、135°和150°换向,带和不带软开关)。TSP引脚可以通过SW3开关的SP引脚选择脉冲占空比控制或模拟电压控制。此外,通过DAC43608进行的ADJ0-3通道的配置可以通过TSP信号调整输出PWM占空比,DAC43608是一款低功率、八通道数字模拟转换器。通过I2C串行通信与MCU建立通信,还可以通过DAC3608获得LA引脚和FPWM(输出PWM频率选择)的期望值,DAC3608与MCU建立通信。通过板上的ROT开关选择前导角度切换的速度。当设置最合适的前导角度时,提高了效率,减少了噪音。除了I2C通信之外,还使用了连接到mikroBUS™插座引脚的几个GPIO引脚。DIR引脚可以切换电机的旋转方向,路由到mikroBUS™插座的RST信号。在切换旋转方向时,首先停止电机,通过TSP引脚关闭输出,然后通过改变DIR引脚的配置切换旋转方向。此外,还可以通过LED指示灯标记为LOCK的指示灯和转速检测来检测电机锁定事件,其中信息通

过PCA9538扩展器端口转发给MCU。用户可以选择根据其应用程序添加上拉(R13-R16)或下拉(R23-R26)电阻,并使用跳线JP2-JP5激活和停用所选的ADJ通道。此外,当电机受外部因素振动时,可能无法正常启动。在这种情况下,可以通过添加R17-R19的外部电阻来提供偏移电压,以在TB67B001FTG内部的位置检测比较器中检测到电机锁定事件。Brushless 14 Click支持电机的外部供电,可以连接到标记为VM的输入端子,并且应在5.5V至22V的范围内。标记为U、V、W和COM的接线端子是需要连接BLDC电机的端子。电源电压的绝对最大额定值为25V(最大电流3A),不得超过,即使是一瞬间也不行。不要超过这些额定值!这个Click板™可以使用通过VCC SEL跳线选择的3.3V或5V逻辑电压电平进行操作。这样,既支持3.3V又支持5V的MCU可以正确使用通信线路。这个Click板™配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Brushless 14 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 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电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

带霍尔传感器的无刷直流(BLDC)电机代表42BLF电机系列的高性能电机。这款电机以星形配置接线,拥有120°的霍尔效应角度,确保精确可靠的性能。电机长度紧凑,仅为47mm,重量轻,仅为0.29kg,专为满足您的需求而设计。在24VDC电压额定值和4000 ± 10% RPM的速度范围下,该电机可以无缝运行,提供持续稳定可靠的动力。它在-20至+50°C的正常工作温度范围内表现出色,具有1.9A的额定电流,保持高效运行。此外,该产品与所有无刷Click板以及需要带霍尔传感器的无刷电机无缝集成。

Brushless 14 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Forward/Reverse Direction
PD2
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Rotation Speed Command
PD6
PWM
Interrupt
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 14 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 Access MB 1 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Arduino UNO MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

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

该库包含 Brushless 14 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless14_set_duty_cycle - 此函数设置PWM占空比

  • brushless14_set_la - 此函数设置前导角度设置输入

  • brushless14_set_dir - 此函数设置方向引脚状态

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 Brushless14 Click example
 *
 * # Description
 * This application example showcases ability of the device to control motor,
 * It's speed and rotation direction. Also it gives user ability to change other
 * configuration parameters.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of communication modules (I2C, PWM, UART) and additional 
 * pins (INT, DIR). It reads ID from DAC ic to confirm communcation. Then
 * configures device for control.
 *
 * ## Application Task
 * Drives motor using PWM from 10% duty cycle to 100% and back to 0%. 
 * Increment is done by 10% in span of 2 seconds. Whenever application gets
 * to 0% duty cycle it chages direction of rotation.
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless14.h"

static brushless14_t brushless14;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless14_cfg_t brushless14_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.
    brushless14_cfg_setup( &brushless14_cfg );
    BRUSHLESS14_MAP_MIKROBUS( brushless14_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = brushless14_init( &brushless14, &brushless14_cfg );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) 
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }
    
    uint16_t data_read = 0;
    brushless14_dac_read( &brushless14, 0x02, &data_read);
    if ( BRUSHLESS14_DAC_ID != data_read )
    {
        log_error( &logger, " Communication. " );
    }
    
    brushless14_default_cfg ( &brushless14 );
    
    Delay_ms( 1000 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static int8_t duty_cnt = 1;
    static int8_t duty_inc = 1;
    static uint8_t direction = 0;
    float duty = duty_cnt / 10.0;
    
    brushless14_set_duty_cycle ( &brushless14, duty );
    log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    
    Delay_ms( 2000 );
    
    if ( 10 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = -1;
    }
    else if ( 0 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = 1;
        direction = !direction;
        brushless14_set_dir( &brushless14, direction );
    }
    duty_cnt += duty_inc;
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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