3.2 電機選擇

　　設計選用150 W MAXON RE40電機。在12 V輸入下，無負載的速度是6 920 r/s。最大連續(xù)電流是6A。PWM時基信號對電機噪聲有很大的影響（因為人耳一般能聽到的聲波的頻率范圍是20 Hz～20kHz)，同時影響電機的表現(xiàn)性能。要防止整個周期中電流過零（就是通常所說的不連續(xù)的電流狀態(tài)，當電機輕載時），如圖5（b）所示。這種不連續(xù)電流會導致扭矩轉速曲線非常陡，在電機中將產生某種脈沖，使電機轉子產生更大的噪聲，本電路使用MAXON電機，就是為了獲得連續(xù)的電流模式，所選擇的PWM脈沖頻率是8kHz。

圖5 PWM時基頻率的影響

　　3.3 MOSFET選擇

　　在系統(tǒng)中使用NXP半導體PH1875L N溝道MOSFET，相關的電機電壓是12 V，電機啟動的最大電流是103 A。作為12V的電機,MOSFET的電壓Vds至少為40V。需要足夠的灌電流來啟動電機，可以通過軟件控制在系統(tǒng)運行過程中減小電流。PH1875L需要使用的最大灌電流是45.8 A，漏電流是183A。PH1875L的SMD貼片封裝如圖6所示。

圖6 SO669（LFPAK）封裝

　　3.4 MOSFET驅動選擇

　　MOSFET驅動提升了控制器輸出信號驅動電機的能力。本設計選擇NXP芯片PMD2001D和PMGD280UN，如圖7所示。

圖7 簡化的MOSFETMOSFET全橋和半橋驅動電路

　　3.5 速度控制和方向控制

　　為了控制方向和電機速度，用10 kΩ的電位器，連接到LPC2101 ADC輸入端（參見圖4）。由于是10位A/D，實際上只需要8位就可以采用256個步進數(shù)值，如圖8所示。采用10位A/D可以達到1024個步進數(shù)值。

圖8 電位器模擬速度輸入和方向

　　4 硬件與軟件設計

　　4.1 硬件設計

　　控制部分的電路原理如圖9所示。電源和電機部分的電路原理如圖10所示。

圖9 控制部分電路原理

圖10 電源和電機部分電路原理

　　4.2 軟件設計

　　軟件部分采用C語言編寫，使用Keil μVision（ARM7 RealView V3.0）開發(fā)環(huán)境。主函數(shù)實現(xiàn)如下功能：讀取電位器數(shù)值來調整速度和電機方向；讀取電機反電動勢電流；設定PWM占空比和控制Q1~Q4MOSFET輸出；執(zhí)行RS232通信。圖11表示控制系統(tǒng)流程。使用RS232接口每200ms給PC端計算機發(fā)送電機速度和電流、電壓信息。電機控制軟件部分狀態(tài)機如圖12所示。狀態(tài)處理是在主程序循環(huán)中處理的，LPC2101的定時器2用于產生PWM信號。在每個PWM信號中斷子程序進入后，可以通過改變占空比來調整既定電機速度并設置MOSFET輸出控制Q1~Q4。定時器0用于10ms的系統(tǒng)定時。

圖11 主程序流程

圖12 狀態(tài)流程

　　LPC2101配置使用Keil ARM開發(fā)環(huán)境中標準的啟動代碼，設定CCLK時鐘為60 MHz，PCLK時鐘為15MHz。相關測試代碼包括main.c,adc.c,timer0.c,motor.c,uart.c,bcd.h等。

　　相關代碼見本刊網(wǎng)站http://www.mesnet.com.cn/——編者注。

　　5 總結

　　使用LPC2101 ARM7內核開發(fā)無刷電機控制系統(tǒng)，代碼精簡，控制系統(tǒng)可靠。經過長時間實際測量證明，系統(tǒng)相關器件的選型設計是穩(wěn)定的。另外，目前增強型51系列微處理器的價格、性能與LPC21系列相比較，LPC21系列功耗低，價格與普通8位機價格差不多，但是性能卻比增強型51系列好。比如，帶Modem的雙串口，雙I2C接口，帶大容量的Flash和RAM存儲區(qū)，多通道PWM，多個32位定時器，高精度10位A/D轉換器等。因此，從芯片設計和系統(tǒng)設計上，該無刷電機產品有一定的推廣價值。