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4.STM32电机培训之P-NUCLEO-IHM002套件各组件特性分析

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巅峰残狼 发布时间:2017-8-27 20:28
本帖最后由 巅峰残狼 于 2017-8-27 20:31 编辑 $ c$ n- Q, d7 r" Z- p; X; h
# X: H, I; G/ s" Q
P-NUCLEO-IHM002套件由四部分组成,分别是:- H# z! M5 d9 `7 N5 ]! f2 ]

5 `- H1 x1 M3 d! n  s, N, L1.NUCLEO-F302R8核心板
& P2 ~& g1 ~, l2.X-NUCLEO-IHM07M1扩展板) c9 F- [2 L* G8 C
3.AC-DC12V电源适配器; w. C/ u& h& j& O
4.BR2804-1700Kv-1型三相无刷直流电机9 u) s) G& d' _: V+ U
. L2 \; X! t( J3 Q
现在对套件各部分组件特性分别进行说明
1.NUCLEO-F302R8核心板:
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P-NUCLEO-IHM002套件的控制模块采用的是NUCLEO-F302R8核心板。像所有的Nuleo系列开发板一样,风格一致,电路也几乎完全一样,只是在接口略微不同和微控制器不同。由Nuleo开发板结构框图可以看到板子最上面是一个ST-Link,通过SWD方式连接目标微控制器,下部的主控微控制器和接口(Arduino和Morpho接口), 以及复位按钮、用户LED和用户按钮。

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NUCLEO-F302R8核心板的主要功能特点:

(1)STM32F302R8T6微控制器。

(2)支持Arduino UNO R3 Shield扩展板,微控制器所有IO口引脚通过排针座引出。

(3)ST-LINK/V2-1调试器。

(4)3个LED:一个USB通讯LED、一个电源LED、一个用户LED。

(5)2个机械按键:复位RESET、用户USER B1。

(6)USB接口的3个不同功能:虚拟串口、容量存储、调试接口。

(7)3种不同供电方式:mini USB接口供电;IO引脚用电;通过Arduino UNO R3 Shield接口供电。

(8)支持Keil、IAR、embed在线IDE的设计工具。

NUCLEO-F302R8核心板的微控制器是ST公司的64脚MCU——STM32F302R8T6基于高性能的ARM® Cortex®-M4 架构,可运行在高达72MHz的频率下面,内嵌一个浮点数运算单元(FPU),有助于快速完成复杂运算;内部集成了64 KB的FLASH存储器和16 KB的SRAM存储器;内部集成一个高达5Msps的ADC,三个比较器,多达18个电容感应通道,一个DAC通道,低功耗RTC,一是通用的32位定时器,一个定时器专用到电机控制,以及多达三个通用16位定时器,三个I2C,三个USART,最多2个SPI接口与多路全双工I2S,一个USB FS装置,CAN和红外线发射器等资源。

NUCLEO-F302R8核心板提供Arduino和Morpho两种接口,具体接口定义为:

Morpho接口又称全功能扩展接口,将核心微控制器STM32F302R8T6的所有可用引脚引出,方便工程师测试使用。

兼容Arduino接口的引出使NUCLEO-F302R8核心板有更多的Arduino资源使用,方便电子安好这DIY使用。

NUCLEO-F302R8的开发环境还是比较多的,主流的IDE都支持,比如MDK、IAR、GCC-based IDEs,当然还有最近的mbed在线IDE。另外,ST公司推出的图形开发工具STM32CubeMX,以图形化的界面配置来帮助开发者快速配置工程、实现初始化代码的功能。

除了开发工具之外,ST还为STM32提供了程序库,包括前期的标准库和最近两年推出的HAL库,可方便软件功能是快速使用C语言开发基于STM32微控制器的软件系统。

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2.X-NUCLEO-IHM07M1扩展板:

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X-NUCLEO-IHM07M1是ST公司专门为STM32 Nucleo核心板设计的基于L6230驱动器的三相无刷直流电动机驱动扩展板。它提供一种在STM32 Nucleo工程中的低成本、简单易用的三相无刷直流电动机控制解决方案。

X-NUCLEO-IHM07M1使用ST morpho 接口链接到STM32 Nucleo核心板,并为其他扩展板提供ST morpho接口,并且给用户预留Arduino UNO R3接口,用户可自行焊接安装。X-NUCLEO-IHM07M1是完全可配置的,并且支持无传感器和有传感器的闭环控制模式。

在X-NUCLEO-IHM07M1扩展板上使用的是ST公司为三相无刷电动机设计的DMOS全数字驱动器L6230,采用PowerSO36封装,内部带有过流和过热保护。X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的规格数据和主要参数如下:(a)无刷直流电动机和永磁同步电动机的三相驱动板(b)通常的工作电压范围在8-48V直流电(c)2.8A的输出峰值电流(1.4A均方根电流)(d)操作频率高达100KHz(e)非耗散过流检测和保护(f)热检测和过热保护(g)与ST的梯形6步算法和 矢量控制算法完全兼容(h)完全支持有传感器和无传感器模式(i)为电动机电流检测可配置为3电阻或1电阻检测的跳线(j)提供霍尔/编码器形式的电机传感器接口和电路(k)提供DAC、GPIO等的调试接口(l)板载电位器接口可控制电机速度(m)具有预留的测试点

(n)兼容STM32 Nucleo核心板,配备ST morpho接口

X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的应用目标:

(a)低压永磁同步电机驱动器

(b)低功耗风扇(c)电动工具

(d)工业传动

其中核心的电机驱动器为ST公司推出的三相无刷直流电动机驱动器L6230,POWERSO36封装,内部集成独立的DMOS功率晶体管,具有过流保护,具有独立的电流传感器接口,可方便选择电流检测形式,用于矢量FOC控制。

其主要特点为:

a)工作电源电压为8至52 Vb)2.8 A输出峰值电流(1.4 A RMS)c)RDS(ON)0.73Ω(典型值)。d)集成快速续流二极管e)工作频率高达100 kHz

f)非耗散过流检测和保护

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下面来分析一下X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的功能结构

(1)集成了三相桥式L6230驱动器

主部分是基于L6230。这是一个DMOS完全可配置的三相无刷BLDC/ PMSM电机驱动器。电源电压通过外部连接器(J1)。用(J9)跳线设置能够选择是否数字部分NUCLEO-F302R8核心板使用USB或通过扩展板供电。

(2)过电流检测(OCP)和电流感应测量

L6230驱动器具有不需要外部电阻实现过流保护与的内部检测电路。在L6230内部电流检测并与内部的电流基准比较,当电流过流时,会在DIAG引脚输出低电平表示。

DIAG引脚最终连接到NUCLEO-F302R8核心板上,当检测到过流,立刻停止输出驱动信号。

其中电流检测可以使用J5和J6跳接线来选择使用3电阻还是但电阻结构,并最终影响选择的控制算法。

(3)霍尔/编码器电机的转速传感器

在X-NUCLEO-IHM07M1扩展板上,预留了一个用于检测电机速度的霍尔/编码器传感器检测接口J3。可以通过这个接口外接速度传感器,构成带速度环的闭环调速系统。同时这个接口还提供了一个+ 5V和GND的电源接口,供外接传感器使用,同时可用J3跳接线选择是速度传感器否使用上拉电阻。

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(4)电动机位置检测

在X-NUCLEO-IHM07M 1扩展板上提供了电动机位置检测电路,可以选择2中方法,一种是有传感器方案(使用霍尔/编码器电机的转速传感器),另一种是无传感器方案。

(5)总线电压和温度检测电路

在X-NUCLEO-IHM07M1扩展板上,提供了总线电压感测和温度测量的电路,其中总线电压检测是由电阻分压器来完成的,温度检测是由一个NTC温度传感器完成,可构成过压、过热保护。

最后,在使用X-NUCLEO-IHM07M1扩展板时,特别要注意跳线的设置,

注意,在使用X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的J9跳线时,如果想要通过扩展板向NUCLEO-F302R8核心板供电时,需要将J9跳线短接,同时NUCLEO-F302R8核心板的跳线JP5必须选择2-3引脚短接,这是要注意X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的J1上外接的电源不能大于12V,避免烧坏NUCLEO-F302R8核心板。

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3.AC-DC12V电源适配器:

输入特性:100-120V~50/60Hz,MAX 0.5A

输出特性:12V,2A
提供三种插座接头,方便转接
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4.BR2804-1700Kv-1型三相无刷直流电机:
P-NUCLEO-IHM001套件选择了奔牛公司的BR2804-1700Kv-1型三相无刷直流电动机,可用于航模使用,十分小巧。
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总结:以上就是P-NUCLEO-IHM002套件的各部分组件,性价比非常高,非常适合入门学习电机控制算法

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