初学者
10 分钟

使用TB6605FTG和STM32L073RZ控制各种家用电器中的无刷直流电机

用于风扇和各种电器的三相全正弦波BLDC控制器

Brushless 31 Click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 9月 06, 2024

点击板

Brushless 31 Click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

为您的家用电器和办公设备提供可靠的无刷直流电机性能!

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Brushless 31 Click基于Toshiba Semiconductor的TB6605FTG三相全正弦波无刷电机控制器,专为家用电器、风扇和办公设备应用而设计。此Click板™利用TB6605FTG的先进功能,通过六个板载外部N沟道MOSFET(SSM6K513NU)来控制无刷电机,确保平稳且高效的运行。TB6605FTG采用正弦波PWM驱动与双相调制,实现高效、低噪音的性能。此外,它还具备死区时间功能、制动和启动机制,以增强电机控制的精确性。速度命令通过PWM输入管理,默认情况下禁用的自动前导角控制功能可手动激活,根据电机速度自动调整前导角,从而在启用后确保最佳性能。此外,电路板支持顺时针和逆时针旋转(DIR引脚),并配备了电机锁定保护功能,确保操作期间的安全性。该Click板™支持多种外部电源,通过板前标记为VIN的端子接受9V至28V的输入电压。它可提供

最高5A的输出电流,为连接到OUT端子的无刷直流电机提供强大动力。板上还通过J1连接器提供专用引脚,用于进一步增强电机性能和精度的霍尔传感器连接。VR1电位计允许手动调整前导角(默认禁用自动前导角功能),以确保电机的最佳性能。该板支持各种无刷直流电机,特别是带有内置霍尔传感器的电机,如MIKROE提供的带霍尔传感器的无刷直流电机,使其成为高精度电机控制应用的多功能解决方案。除了用于电机速度控制的PWM引脚和用于控制旋转方向的DIR引脚外,此Click板™还使用了mikroBUS™插座上的多个控制引脚。RST引脚用于启动功能,当设置为低电平时启动电机操作,设置为高电平时停止操作。BRK引脚专门用于电机制动控制,提供精确的制动功能。此外,HP引脚输出霍尔脉冲监控器的信号,提供电机位置和速度的实时反馈。板上

的开关对电机控制起着关键作用。OVP SEL开关允许根据电源电压在12V或24V之间切换输出驱动模式。当电机在180°通电模式(正弦波驱动)下由于PWM占空比下降导致转速迅速下降时,电源电压可能会因电流从电机回流到电源而上升。OVP SEL功能旨在通过在电源电压升高时将操作从180°通电(同步整流)切换到120°通电来抑制电压上升。CLD SEL开关控制TB6605FTG的电机锁定保护功能,当电机锁定时关闭输出功率FET。该开关允许在电机锁定条件下选择自动(AU)模式或锁定(LA)模式。在自动恢复模式下,操作将在锁定检测时间的三倍内恢复。此Click板™可以在3.3V或5V逻辑电平下运行。这样,支持3.3V和5V逻辑电平的MCU都可以正确使用通信线路。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Brushless 31 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64搭载STM32L073RZ MCU提供了一个经济实惠且灵活的平台,供开发人员探索新的想法并原型化其设计。该板利用了STM32微控制器的多功能性,使用户能够为其项目选择性能和功耗之间的最佳平衡。它采用LQFP64封装的STM32微控制器,并包括一些必要的组件,例如用户LED,可以同时作为ARDUINO®信号使用,以及用户和复位按钮,以及用于精准定时操作的32.768kHz晶体振荡器。设计时考虑了扩展性和灵活性,Nucleo-64板具有ARDUINO® 

Uno V3扩展连接器和ST morpho扩展引脚标头,为全面项目集成提供了对STM32 I/O的完全访问权限。电源选项具有适应性,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。该板还配备了一个内置的ST-LINK调试器/编程器,具有USB重新枚举功能,简化了编程和调试过程。此外,该板还设计了外部SMPS,以实现有效的Vcore逻辑供电,支持USB设备全速或USB SNK/UFP全速,以及内置的加密功能,增强了项目的功耗效率和安全性。通过专用

连接器提供了额外的连接性,用于外部SMPS实验、ST-LINK的USB连接器和MIPI®调试连接器,扩展了硬件接口和实验的可能性。开发人员将通过STM32Cube MCU软件包中全面的免费软件库和示例得到广泛的支持。这与与各种集成开发环境(IDE)的兼容性相结合,包括IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM和STM32CubeIDE,确保了平稳高效的开发体验,使用户能够充分发挥Nucleo-64板在其项目中的功能。

Nucleo 64 with STM32L073RZ MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

192

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

带有霍尔传感器的无刷直流 (BLDC) 电机是来自 42BLF 电机系列的高性能电机。该电机采用星形配置布线,具有 120° 的霍尔效应角度,确保精确和可靠的性能。电机长度紧凑,仅为 47mm,重量轻巧,仅 0.29kg,专为满足您的需求而设计。在 24VDC 额定电压和 4000 ± 10% RPM 速度范围内,电机能够平稳运行,提供持续稳定的动力。它在 -20 到 +50°C 的正常工作温度范围内表现出色,保持了 1.9A 额定电流的高效运行。此外,该产品能够与所有 Brushless Click boards™ 以及需要配备霍尔传感器的 BLDC 电机的应用无缝集成。

Brushless 31 Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Direction Control
PC0
AN
Start-Stop / ID SEL
PC12
RST
Brake / ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Input
PC8
PWM
Hall Pulse Monitor
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Brushless 31 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 STM32L073RZ 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
Board mapper by product8 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

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 31 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • brushless31_set_duty_cycle - 此函数以百分比设置PWM占空比(范围[ 0..1 ])。

  • brushless31_pull_brake - 此函数通过将BRAKE引脚设为低电平状态来启用制动。

  • brushless31_switch_direction - 此函数通过切换DIR引脚的逻辑状态来改变电机旋转方向。

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 31 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of the Brushless 31 Click board by driving the 
 * motor in both directions at different speeds.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Controls the motor speed by changing the PWM duty cycle every 500 milliseconds.
 * The duty cycle ranges from 80% to 0%. At the minimal speed, the motor switches direction.
 * Each step will be logged on the USB UART where you can track the program flow.
 *
 * @note
 * This Click board is designed for 5V systems but can also be controlled with 3V3 GPIO lines.
 * Ensure your MCU is 5V tolerant on mikroBUS GPIO lines before turning on the power supply.
 * 
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "brushless31.h"

static brushless31_t brushless31;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    brushless31_cfg_t brushless31_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.
    brushless31_cfg_setup( &brushless31_cfg );
    BRUSHLESS31_MAP_MIKROBUS( brushless31_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( PWM_ERROR == brushless31_init( &brushless31, &brushless31_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BRUSHLESS31_ERROR == brushless31_default_cfg ( &brushless31 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    static int8_t duty_cnt = 8;
    static int8_t duty_inc = -1;
    float duty = duty_cnt / 10.0;
    
    brushless31_set_duty_cycle ( &brushless31, duty );
    log_printf( &logger, "> Duty: %d%%\r\n", ( uint16_t )( duty_cnt * 10 ) );
    
    Delay_ms ( 500 );

    duty_cnt += duty_inc;
    if ( duty_cnt > 8 ) 
    {        
        duty_cnt = 8;
        duty_inc = -1;
        log_printf( &logger, " Pull brake\r\n" );
        brushless31_pull_brake ( &brushless31 );
        Delay_ms ( 1000 );
        log_printf( &logger, " Switch direction\r\n" );
        brushless31_switch_direction ( &brushless31 );
        Delay_ms ( 1000 );
        log_printf( &logger, " Release brake\r\n" );
        brushless31_release_brake ( &brushless31 );
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    else if ( duty_cnt < 0 ) 
    {
        duty_cnt = 1;
        duty_inc = 1;
    }
}

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

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资源

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