基于MC9S12D64單片機的直流無刷電機控制系統(tǒng)設計

圖4中的電路只是電機一相的驅動。而無刷直流電動機的三相繞組的驅動控制共需3組這樣的驅動控制，每組控制2個MOSFET，3組共有6種MOSFET導通狀態(tài)，轉子每轉過60°就變換一種狀態(tài)，控制信號從主控制器PB口輸出，輸入到IR2110的上橋臂控制端10引腳和下橋臂控制端12引腳，控制本路信號高端7引腳和低端1引腳的導通與截止，導通順序依次為VT1、T4導通；VT1、VT6導通；VT3、VT6導通；VT3、VT2導通；VT5、VT2導通；VT5、VT4導通信號，每次只有一相繞組的上橋臂和另一相繞組的下橋臂進行導通，這樣轉子每轉過一轉，VT1～VT6及按固定組合成的6種狀態(tài)依次導通，保證電機的正常運轉。在此部分電路布線時一定要注意Cx1的位置是在緊靠VCC電源的部分，確保濾去電源上的毛刺干擾，保證SD端不受干擾。
2．3 電動機的電流保護和過熱保護控制
為了保護電機，必須要對電機的電流和溫度進行檢測，本控制系統(tǒng)采用通過電源對地端接一個取樣電阻作為電流傳感器，溫度傳感器采用Pt100，該溫度傳感器輸出信號經(jīng)儀表放大器放大處理后，接入MC9S12D64的PAD00進行A／D轉換測量；電機的電流是通過檢測電路中串接的取樣電阻得到電壓信號，再經(jīng)過差分放大等處理后接入MC9S12D64的A／D轉換輸入端PAD01進行測量的。當檢測的電流或溫度超過預先設定好的最大值時，可以通過軟件控制IR2110的SD端，封鎖輸出，讓電機停轉，從而保護電機不致燒毀。

3 系統(tǒng)軟件設計
本控制系統(tǒng)的控制軟件主要包括主程序、位置檢測子程序、PWM脈寬調制子程序、調速子程序、電流溫度測量與控制子程序、計數(shù)和定時中斷程序和串口中斷子程序等部分。其中位置檢測子程序包括3個輸入捕捉中斷程序，利用MC9S12D64的PT口具有優(yōu)良的輸入捕捉功能，可以自動捕獲到位置傳感器輸出信號的2個上升沿來完成電機速度的測量和換相控制的；電流溫度測量是利用MC9S12D64的A／D轉換后進行刻度，換算出實際數(shù)值的。其中主程序、調速子程序的流程圖分別如圖5(a)、圖5(b)所示。

在本系統(tǒng)中，調速可采用手動調速和上位機命令調速2種。由于無刷直流電動機的轉速和電動機的電壓呈線性關系，在手動調速時把電機的轉速與控制轉速的模擬輸入電壓對應起來，經(jīng)A／D轉換所得到的值進行轉速的設定。若通過串口進行轉速設定，則把二進制代碼與PWM脈寬對應。只需1 s讀取測速子程序中已經(jīng)測得電動機的轉速值，然后將此值與預設的轉速值比較，若大于預設的轉速值，則取較小的代碼值送出；若小于預設的轉速值，則取較大的代碼值送出，這樣，在這樣一個反饋循環(huán)中就可以調整電機的轉速直到轉速值等于預設定的值，從而實現(xiàn)對電動機的速度的調節(jié)。在整個軟件設計中，采用了捕捉中斷、定時中斷、外部中斷、串口中斷、A／D中斷等低功耗軟件設計方法，大大降低了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)功耗。

4 結束語
本系統(tǒng)主要完成了電動機的驅動控制、換相控制、正反轉控制、起?？刂?、電流、溫度控制以及電動機轉速的測量和電動機的調速等功能。本設計采用MC9S12D64單片機，外圍電路簡單，優(yōu)點在于功耗低，整個控制系統(tǒng)功耗經(jīng)測量僅為11 mW，經(jīng)過高溫烘烤檢測，該控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定工作在150℃的高溫環(huán)境下。經(jīng)過大量的實踐驗證，本控制驅動系統(tǒng)啟動平穩(wěn)，啟動電流小，驅動的電機運行平穩(wěn)，具有硬件簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠的特點。