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使用 A4941 和 STM32F103RB 为无刷直流电机控制提供定制解决方案。

释放无刷电机的力量。

Brushless 5 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Brushless 5 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

使用我们的无刷电机控制系统,享受更平稳和安静的操作,提升用户舒适度并减少各种应用中的噪音。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 5 Click 基于 Allegro MicroSystems 的 A4941,这是一款三相无感风扇驱动器。该IC具有专有的无感BEMF零交叉感应技术,通过FG输出引脚提供速度读取,该引脚连接到 mikroBUS™ 的 INT 引脚。BEMF 零交叉是未驱动电机绕组的电压(BEMF 是反电动势的缩写)穿过电机中点(中性点)电压的点。当使用的电机未提供中点电压时,可以使用内部生成的参考电压来近似中点电压。BEMF 零交叉发生在转子的一个极与定子的一个极对齐时,作为 A4941 的换向控制器部分的位置参考。零交叉发生时,内部信号设为高电平,而下一个相位换向的开始设为低电平。信号在高低电平之间锁存,以免换向瞬变影响它。这提供了一个健壮且准确的位置感应系统。内部序列器用于根据位置反馈

换向相位。在启动期间,内部振荡器提供相位换向,直到检测到有效的 BEMF 位置信号序列。在此阶段,通过线圈的电流最大,因为在启动序列期间应用了100%占空比的PWM信号。锁定检测功能防止电机锁死或失步,同时保护线圈和 IC 不过热。如果2秒内未检测到有效的FG信号,输出将关闭5秒。超时后,将尝试重新启动。内部峰值过流保护设置约为1A。如果电机消耗超过1A,特别是在启动期间,过流保护将激活,关闭输出阶段约25µs。这可以防止某些类型的电机启动,因此选择了最长的200ms启动延迟用于此 Click board™。PWM引脚连接到 mikroBUS™ 的同一引脚,可以用来控制通过线圈的电流。当对PWM输入引脚施加高电平逻辑时,电源电流流过线圈。当对PWM输入引脚施加低电平

逻辑时,线圈中没有电流流动。施加频率为15kHz至30kHz的PWM信号将产生与应用的PWM占空比相对应的线圈电流。最小脉宽固定为6μs,即使在应用占空比非常低的PWM信号时也能保持最低速度。对PWM引脚施加低电平逻辑超过500µs会将设备置于低功耗(待机)模式。电机线圈的电源通过外部两极端子连接。VBAT+输入连接到正电压,而GND输入连接到电源的地。外部电源的电压应保持在5V至16V之间。最常见的是12V电机。BLDC电机线圈应连接到四极输出螺钉端子。相应的电机相位连接到A、B和C端子输出,而BLDC电机的中心点可以连接到标记为N的输出端。如果使用的BLDC电机没有中心(中性)点输出,所需的BEMF感应中性点将内部生成。

Brushless 5 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB 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。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

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™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

带霍尔传感器的无刷直流(BLDC)电机是42BLF电机系列中的高性能电机。此电机采用星形接线配置,具有120°霍尔效应角,确保精确可靠的性能。电机长度紧凑,为47毫米,轻量化设计,重量仅为0.29千克,满足您的需求。此BLDC电机在24VDC额定电压下完美运行,速度范围为4000 ± 10% RPM,提供持续可靠的动力。它在-20到+50°C的正常工作温度范围内表现优异,额定电流为1.9A。此外,此产品可与所有Brushless Click boards™以及需要带霍尔传感器的BLDC电机的设备无缝集成。

Brushless 5 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Speed Control
PC8
PWM
Motor Speed Indicator
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 5 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F103RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

此库包含用于 Brushless 5 Click 驱动的 API。

关键功能:

  • brushless5_set_duty_cycle - 通用设置 PWM 占空比

  • brushless5_pwm_stop - 停止 PWM 模块

  • brushless5_pwm_start - 启动 PWM 模块

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @file 
 * @brief Brushless5 Click example
 * 
 * # Description
 * This library contains an API for the Brushless5 Click driver.
 * This example showcases how to initialize and use the Brushless 5 click. 
 * The click has a brushless 5 motor driver which controls the work 
 * of the motor through the BLDC terminal. 
 * In order for this example to work a motor and a power supply are needed.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes the GPIO driver and configures the PWM peripheral for 
 * controlling the speed of the motor.
 * 
 * ## Application Task
 * This is an example that demonstrates the use of a Brushless 5 Click board.
 * Brushless 5 Click communicates with the register via the PWM interface.  
 * Increases and decreasing the speed of the motor demonstrate speed control.
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 * 
 * @author Nikola Peric
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless5.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static brushless5_t brushless5;
static log_t logger;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    brushless5_cfg_t cfg;

    /** 
     * 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 ----" );
    Delay_ms( 100 );

    //  Click initialization.

    brushless5_cfg_setup( &cfg );
    BRUSHLESS5_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    brushless5_init( &brushless5, &cfg );
    Delay_ms( 100 );
    
    brushless5_set_duty_cycle ( &brushless5, 0.0 );
    brushless5_pwm_start( &brushless5 );
    log_info( &logger, "---- Application Task ----" );
    Delay_ms( 1000 );
}

void application_task ( void )
{    
    static int8_t duty_cnt = 1;
    static int8_t duty_inc = 1;
    float duty = duty_cnt / 10.0;

    brushless5_set_duty_cycle ( &brushless5, duty );
    log_printf( &logger, "Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    Delay_ms( 500 );

    if ( 10 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = -1;
        log_printf( &logger, " Slowing down... \r\n" );
    }
    else if ( 0 == duty_cnt ) 
    {
        duty_inc = 1;
        log_printf( &logger, " Increasing the motor speed... \r\n" );
    }
    duty_cnt += duty_inc;
    Delay_ms( 500 );
} 

void main ( void )
{
    application_init( );

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


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

额外支持

资源

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