【浙江理工大學(xué)】嵌入式電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

　　功能、作用介紹

　　目前，國內(nèi)外對(duì)于低壓電機(jī)的研究已有很多，且各有優(yōu)缺。浙江理工大學(xué)自動(dòng)化系在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，應(yīng)用嵌入式技術(shù)、電力電子技術(shù)、DC-AC逆變等現(xiàn)代調(diào)速技術(shù)，研制了以直流電機(jī)/直流無刷電機(jī)/交流永磁同步電機(jī)等為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的、由一塊控制板和兩塊驅(qū)動(dòng)板組成的全數(shù)字嵌入式電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不僅滿足了自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制等相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)的的開設(shè)，而且也為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)、綜合性課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)和電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、單片機(jī)競(jìng)賽等大學(xué)生科技活動(dòng)的開展提供了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

　　該自制平臺(tái)的核心是控制板和驅(qū)動(dòng)板，前者主要有主控制芯片、串口通訊模塊、外部按鍵、數(shù)碼管顯示、指示燈、模擬調(diào)節(jié)按鈕等;后者主要是三相逆變模塊，以及在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充的過壓、過流和過熱保護(hù)電路，反電動(dòng)勢(shì)和過零點(diǎn)檢測(cè)模塊，霍爾信號(hào)檢測(cè)模塊，整流濾波、直流電源等。此外還配置了一個(gè)單片機(jī)的仿真器。

　　特別的，不同于以往的原理性驗(yàn)證的需求，本自制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)重點(diǎn)加強(qiáng)了工程的部分，將各個(gè)模塊清晰標(biāo)注，特別對(duì)產(chǎn)品中的各類保護(hù)做了重點(diǎn)突出，各類錯(cuò)誤都配置了指示燈，出現(xiàn)錯(cuò)誤一目了然，板子上提供了各類測(cè)試點(diǎn)，可以直接用示波器掛鉤來觀測(cè)對(duì)應(yīng)波形，方便學(xué)生深入了解細(xì)節(jié)，培養(yǎng)良好工程素養(yǎng)。

　　自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的軟件選用keil uvision4作為編程調(diào)試的平臺(tái)，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部分組合在一起。各模塊自由接線或選默認(rèn)接線，在搭建好實(shí)驗(yàn)電路后，利用U-EC5 C8051F仿真器仿真和下載上述基于Keil uVision 4平臺(tái)編寫的程序即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在該眾多模塊基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)各種功能的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，滿足各方面的教學(xué)創(chuàng)新要求。

　　C8051F310低壓電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)的具體構(gòu)成如下：

　　1. CPU：C8051F310，LQFP-32封裝，硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/ I2C、增強(qiáng)型UART和增強(qiáng)型SPI串行接口，29個(gè)數(shù)字端口I/O

　　2. 一個(gè)仿真器接口

　　3. 一個(gè)復(fù)位按鍵，十個(gè)外部按鍵

　　4. 一路電位器輸入模擬信號(hào)，可用來驗(yàn)證模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)

　　5. 一個(gè)RS485網(wǎng)絡(luò)通訊接口

　　6. 一個(gè)LED指示燈，四個(gè)LED數(shù)碼管

　　7. 一個(gè)I2C的EEPROM，AT24C02

　　8. 一個(gè)電源指示燈

　　在該平臺(tái)上提供的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括：

　　1. IO口的輸入輸出實(shí)驗(yàn)。通過一個(gè)LED燈的閃爍來觀察IO口的輸出情況，通過一個(gè)獨(dú)立按鍵控制LED等使其狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)IO口的輸入。

　　2. 串口通信實(shí)驗(yàn)。通過PC端的串口調(diào)試助手發(fā)送串口數(shù)據(jù)，單片機(jī)接收(通過查詢或者中斷方式)并返回接收到的數(shù)據(jù)到串口調(diào)試助手

　　3. EEPROM讀寫實(shí)驗(yàn)。直接往EEPROM某幾個(gè)連續(xù)的地址空間內(nèi)寫入數(shù)據(jù)，然后再從EEPROM相同的地址空間讀取數(shù)據(jù)?；蛘呋贗2C協(xié)議實(shí)現(xiàn)EEPROM的讀寫功能。

　　4. ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。選擇timer2溢出作為ADC0的觸發(fā)源，ADC0采集數(shù)據(jù)后通過UART0串口傳送到PC端，然后在PC端對(duì)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步分析和處理等。

　　5. CH452數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)和鍵盤驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。CH452 的數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)與鍵盤掃描控制之間相互獨(dú)立，單片機(jī)可以通過操作命令分別啟用、關(guān)閉、設(shè)定這兩個(gè)功能。

　　6. PWM輸出實(shí)驗(yàn)。利用C8051F系列單片機(jī)的ADC功能采集電位器電壓，并根據(jù)采樣值進(jìn)行PWM占空比的調(diào)節(jié)輸入，實(shí)現(xiàn)LED燈亮度的變化。

　　7. 直流電機(jī)單極性PWM調(diào)速實(shí)驗(yàn)。編程實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)單極性PWM調(diào)速，并在數(shù)碼管上顯示轉(zhuǎn)速。

　　8. 直流電機(jī)H橋正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)電機(jī)，利用C8051F系列單片機(jī)來控制，實(shí)現(xiàn)H橋驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。

　　9. 直流電機(jī)的閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書提供PID編程思路。

　　10. 有傳感BLDC調(diào)速實(shí)驗(yàn)。利用C8051F310單片機(jī)控制無刷直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)有傳感情況下的調(diào)速。

　　11. 無刷直流電機(jī)的無位置傳感器實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了兩套無位置傳感器的啟動(dòng)及穩(wěn)定方案。

　　12. 交流電機(jī)開環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)。用三相橋驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)，對(duì)功率為60w的同步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。

　　13. 選配模塊，可選配步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊，可以利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)定位等功能。

　　14.接口規(guī)范，便于開展板載器件外的擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)，如可以通過外接變壓器，構(gòu)建逆變電路實(shí)驗(yàn)。

　　作品名稱：嵌入式電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

　　完成單位：浙江理工大學(xué)