搜索
HEBEINONGJI机电•教育•推广摘要：以小功率轮毂电机为研究对象，围绕STM32F103C6T6单片机的功能及特点、,设计了高性价比、易于实现的轮毂电机控制器。详细介绍了电源电路、逆变电路、检测与保护电路及CAN接口电路的设计。对轮毂电机速度控制系统进行了试验，控制器能够满足要求,可以应用于低功率电动车。关键词:轮毂电机;STM32F103C6T6;控制电路基于STM32的轮毂电雌制器硬件设计祝惠一'张新星'王正琪21、衢州市职业技术学院2、浙江衢州星月神电动车有限公司如何减少污染物的排放、改善环境质量、提高能源利用效率，已成为当前我国经济社会发展的首要任务叫随着人们环保意识的增强，绿色环保的电动车逐渐成为出行首选。轮电机将动力与传动机构集于一体,能够简化底盘结构,减轻总体重量，成为研究的热点叫目前轮毂电机驱动器大多以DSP作为控制芯片，采用IGBT或IPM作为功率驱动单元37。DSp芯片虽然运算能力强大，但价格高昂、外围电路设计复杂，开发成本高、周期长。STM32系列芯片价格低、硬件外设丰富,使用与其配套的软件，可以快速的开发低成本轮毂电机控制器。随着电子技术的发展，大功率MOSFET可靠性越来越高，普通民用级产品功率即可达到1200W。本文采用STM32F103C6T6为主控芯片，以MOSFET为驱动功率单元，针对小功率的轮毂电机，设计了一种控制器,详细介绍了系统的硬件组成和电路设计方法。1系统控制原理轮毂电机控制器速度控制原理如图1所示。系统运行时，轮毂电机上的3个霍尔传感器检测转子位置，并将信号通过霍尔检测电路传输给STM32F103C6T6单片机的普通定时器接口，单片机根据信号的变化估算出当前转速并与输入的速度信号对比。单片机通过集成的AD模块接收反馈电流和速度信号，采用矢量控制算法，为逆变电路提供6路PWM控制信号。同时，可以利用单片机集成的CAN模块与CAN网络通信，实现协同控制。图1系统控制原理图作者简介:祝惠一，男，1984年出生，浙江衢州人，讲师，硕士研究生，研究方向:机电一体化技术。基金项目：浙江省访问工程师校企合作项目(FG2016132),衢州市科技计划指导性项目(2019016)o2硬件电路设计2.1电源电路由于系统的供电电压达到了72V,超出了常用线性稳压元器件的调节范围,因此需要设计DC转DC电路，为了简化电路、降低成本，本文采用RCC电路将72V转换为15V,具体电路如图2所示,图2中D1为肖特基二极管，主要作用是防止外部电源极性接反时，烧毁电路;R6为限流电阻,防止电路电流过大烧毁电子元器件。得到15V电压后再通过78L05及ASM1117-3.3稳压模块得到系统所需的5V及3.3V电压。2.2功率逆变电路12只MOSFET功率管及其驱动电路组成了三相全桥逆变电路，电路由成本较低的分立元件构成，为了保证逆变电路能够长时间可靠的工作，每相上下桥臂都采用2个N沟道的MOSFET管并联工作。MOSFET管工作频率很高,在电路工作时，为了防止高频的通断损坏其他元器件，在MOSFET管的漏源极之间并联RC缓冲电路。在驱动信号的输出端与MOSFET管的栅极间串联一个电阻，防止MOSFET管产生电压振荡而意外导通。设计的U相功率逆变电路如图3所示,V、W两相与U相结构相同。图中AH是逆变桥上桥臂栅极驱动信号输入端,用于控制上桥臂功率管Q1、Q2的导通与关断;AL是下桥臂栅极驱动信号输入端，用于控制下桥臂功率管Q3、Q4的导通与关断。MCU输出的PWM信号不能直接驱动MOS功率管，先通过NPN三极管NA1与NA2.PNP三极管PA1与PA3作为电平变换及信号放大后驱动。A、B、C是驱动电路悬浮电源地连接端,U、V、W分别与电机U、V、W三相绕组连接。2019年第10期阿祕衣祖33机电•教育•推广河:n号进行滤波处理。+33V1DA3图3U相驱动及功率电路2.3检测与保护电路（1）电流采样与过流保护电路采样电阻法只需要高精度采样电阻就可实现对电流的检测，电路结构简单，成本低，容易实现,已经成为电流检测主流方法卩旳。本文采用单电阻采样实现对电路电流的检测，在逆变桥下桥臂的公共端并联连接两根康铜丝R34、R35作为采样电阻，将功率逆变电路的电流信号转化成电压信号，然后经放大器放大后送入单片机。具体的电流采样电路如图4所示，图中SAMP-ING端口是逆变桥下桥臂公共端电流输出端口。LM393N与外围电路一起构成了一个比较器，用于电流过流检测。比较器负端输入的是电流信号，正端输入的是设定信号，C15为滤波电容。当发生过电流时，通过PB12输入到单片机。图4电流采样电路图5过流保护电路（2）霍尔位置检测电路霍尔位置检测电路有五根连线,分别为电源线、地线和电机A、B、C三相位置线，三相位置检测线为集电极开路输出,需外接上拉电阻，具体电路如图8所示。R73、R74和R75均为2.2KQ的上拉电阻。为了保证信号的准确、可靠，采用RC低通滤波对信图6霍尔位置检测电路2.4CAN接口电路电动车是个复杂的系统,轮毂电机作为驱动机构,需要与其他装置协同工作，需要具备通信的功能。采用德州仪器生产的3.3VCAN收发器SN65HDV230,将单片机中的CAN控制器输出引脚CAN.TX与收发器的数据输入引脚D相连,CAN控制器接收引脚CAN.RX与收发器的数据输出引脚D相连，即可实现数据的接收与发送。具体电路如图7所示。GND图7CAN接口电路3试验根据以上硬件电路设计，制作了以STM32F103C6T6单片机为核心的轮毂电机控制器，如图8所示。控制器采用矢量控制策略,在衢州星月神公司生产的72V轮毂电机上试验,电机运行平稳，该控制器工作正常，较好地满足了小功率轮毂电机的控制需求。图8控制器实物图4结语本文针对小功率轮毂电机，设计了基于STM32F103C6T6单片机和分立式元件组成的功率驱动电路的控制器。采用矢量控制方法对电机进行了试验，通过实验得出,控制器各接口电路均能满足设计要求。该控制器硬件结构简单、成本低廉，可以方便的接入CAN总线控制网络，能够在低功率电动车上使用。参考文献：⑴王志福,张承宁•电动汽车电驱动理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2012⑵王玲珑潢妙华•轮毂式电动汽车驱动系统发展综述出.上海汽车,2007,01:3-6.⑶苗俭威，王英•基于DSP+IPM的异步电机直接转矩调速系统设计[J].电气自动化,2015,37⑶:1〜2.（下转36页）34何玉衣祖2019年第10期机电•教育•推广存戏HEBEINONGJI数据驱动的评价操作，在电脑中为泛雅平台,与手机中“学习通”一致。“学习通”是一款集阅读、科研、学习、交流、管理等用途为一体的现代化综合移动服务终端,包括文献、图片、音频、视频、论坛和授课等多媒体互动功能，可根据用户浏览推送感兴趣的内容，教师和学生可在平台进行交互,教师可根据学生交互数据统计得到反馈,学生可根据学习档案进行反思。3.1准备工作教师和学生提前在手机上下载”学习通”APP应用软件,教师在APP上创建班级,学生可扫码加入相应班级相应课程,教师提前在电脑端上传好上课所需的教学资源,如理论研究课件、仿真操作视频、实践操作视频等,在相关课件和视频中穿插问题和防拖拽功能，以此检测学生的认真程度，作为数据驱动的教学评价之一。3.2诊断性评价在教师原有PPT不做任何补充的情况下,可以直接在APP上操作，实现以下功能：（1）签到+选人:随时检查学生出勤情况;（2）主题讨论和学生反馈:检查课前资料预习情况和课后练习情况,针对薄弱知识提供针对性辅助材料；（3）投票、抢答、测验、分组任务、评分:检查学生课中学习情况，同学间互相评价；借助数据反馈,督促学生进行必要课前预习、课中练习和课后巩固。图1签到、选人、学生反馈界面（4）及时反馈学生学习结果，及时修改、补充知识,查漏补缺。3.4总结性评价⑴查看学生表现首先教师查看“学习通”中对应课程的统计,里面包含了课堂报告、学情统计、成绩统计。课堂报告主要通过学习PPT、观看视频、答题情况反映;学情统计主要通过课程教学资源访问量、课程讨论区情况反映;成绩统计则通过答题情况反映。（2）得到反馈根据统计到的数据,查看学生存在的问题，根据问题进行细化分类,有针对性地根据几大问题发布讨论或直接答疑,解决学生的困惑或难点。⑶总结性评价首先根据学生学习内容的掌握情况设置课后作业，检测学习成果;其次根据答题小测情况,针对性提供资料辅助;再次根据课上学情数据分析,教师对学生个人进行反馈督促;最后对课上遗留问题进行整理,发布讨论或答疑。4结语基于泛雅平台下数据驱动的教学评价,以先进的教学理念,以学生发展为中心,调动学生学习的积极性,让学生由被动转为主动，由倾听者转变为讲授者，值得推广和深入研究。参考文献：[1]周杰.基于泛雅平台和雨课堂的信号与系统教学设计探讨口教育现代化,2019,06.[2]孙远敬.基于泛雅网络平台《数控技术》学习过程评价体系的建立与应用U]•辽宁工程技术大学学报（社会科学版）,2019,04.[3]储久良.基于泛雅平台的“多维度、三结合”课程考核评价体系构建研究与实践J]•计算机教育,2018,10.[4]冯博楷.基于超星泛雅学习平台的混合教学模式实践研究[J].大学教育,201&06.3.3形成性评价以学习通中“测验”和“分组任务”为例,可进行单选题、多选题、填空题、判断题、简答题的设置，每答对一题可设置奖励对应的分值。（1）通过习题小测验进行学习过程追踪,了解学生学习内容情况；（2）通过提问抽样了解学生学习状态；（3）开设分组任务讨论活动,记录成员思考过程,交互程度及贡献度；（上接34页）计Q].控制与应用技术,2017,44（12）:19-24.[4]倪超，谢超，李濒.基于DSP的交流异步电机高精度调速系[6]刘错,王宜怀，徐达.基于矢量控制的电动自行车控制器设统设计[J].现代电子技术,2010,24⑸:196~199.计[J]•现代电子技术,2018,41⑵[5]胡宇,张兴华.基于DSP的永磁同步电机控制系统硬件设36何轨浪祂2019年第10期