摘要：基于PIC單片機的無刷直流電機控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，可以讓人們對無刷直流電機控制系統(tǒng)的要求得到滿足。無刷直流電機可以在延長電機定期維護修理時間的基礎(chǔ)上，促進電機使用效率的提升。本文主要從無刷直流電機控制系統(tǒng)方案入手，對無刷直流電機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計等問題進行了探究。

關(guān)鍵詞：PIC單片機；無刷直流電機控制系統(tǒng)；系統(tǒng)硬件設(shè)計

隨著社會生產(chǎn)技術(shù)與人們生活水平的提升，無刷直流電機已經(jīng)在航空航天、國防科技和家用電器等多個領(lǐng)域得到了應(yīng)用。根據(jù)單片機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，基于單片機技術(shù)和DSP微處理器技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)。基于單片機的無刷直流電機系統(tǒng)的出現(xiàn)，在節(jié)約生產(chǎn)成本的同時，發(fā)揮出了降低電路PCB板布線難度的作用。

1 無刷直流電機控制系統(tǒng)方案設(shè)計

無刷直流電機模型建立在直流電機模型基礎(chǔ)之上。根據(jù)無刷直流電機系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求，人們可以借助Proteus軟件對電機的額定使用電壓、空載狀態(tài)參數(shù)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)進行調(diào)整[1]。在一些無刷直流電機控制系統(tǒng)之中，ATmegal128單片機發(fā)揮著主控芯片的作用。一般情況下，無刷直流電機控制系統(tǒng)主要包含有以下內(nèi)容：一是電動機系統(tǒng)；二是轉(zhuǎn)子位置傳感器；三是電子開關(guān)線路；四是驅(qū)動電路。與之相關(guān)的控制系統(tǒng)需要在檢測相應(yīng)信息的基礎(chǔ)上，確定轉(zhuǎn)子的位置。在基于PIC單片機的無刷直流電機控制系統(tǒng)方案設(shè)計方面，人們需要對霍爾傳感器和由驅(qū)動功率型場效應(yīng)管組成的電子開關(guān)等器件進行應(yīng)用。電流檢測電路和過流保護電路模塊的構(gòu)建，有助于對線路板及其他重要器件的過流影響進行控制。電源電路需要發(fā)揮出主控芯片的作用，并要為驅(qū)動電路和逆變電路提供電源。與之相關(guān)的保護電路包含有欠壓保護機制和過流保護機制。

2 無刷直流電機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

無刷直流電機控制系統(tǒng)硬件電路包含有硬件電路、電機驅(qū)動電路和功率逆變電路等多種電路?；赑IC單片機的無刷直流電機控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，可以讓人們對無刷直流電機控制系統(tǒng)的要求得到滿足。無刷直流電機可以在延長電機定期維護修理時間的基礎(chǔ)上，促進電機使用效率的提升。

2.1 主控單元設(shè)計

主控單元是無刷直流電機控制系統(tǒng)中的重要內(nèi)容。與之相關(guān)的各個引腳需要發(fā)揮出數(shù)字量輸入口、模擬量輸入口和單片機電源端接地管腳等功能。根據(jù)無刷直流電機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計需要，主控單元的電壓范圍可以控制在2.0V至5.5V之間。高灌/拉電流需要具有直流驅(qū)動LED的能力。為保證主控單元的實用性，人們需要在主控單元中設(shè)計2個8位定時器、1個16位定時器和2個PWM輸出，與之相關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器需要包含有10位分辨率和8個通道。

2.2 電源模塊設(shè)計

系統(tǒng)的電源電路主要有兩組電源構(gòu)成。第一組電源為總電源，它可以為電路提供48V電壓。針對電源線、電路板走線過程中出現(xiàn)的雜波干擾，人們可以讓電路中的電解電容發(fā)揮出退耦功能。第二組電源電壓值為5V，具有著為單片機和邏輯電路提供電壓的功能。由于單片機A/D轉(zhuǎn)換的基準電壓值為5V，因而為單片機和邏輯電路提供電壓的電源電路的電壓范圍需要控制在4.9V至5.1V之間。

2.3 功率電路設(shè)計

功率電路在無刷直流電機控制系統(tǒng)中發(fā)揮著較為重要的作用。其所具有的整流功能可以讓輸入電機控制系統(tǒng)的220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?10V直流電。直流電壓可以被看作是逆變單元的直流母線電壓。根據(jù)控制器的要求，逆變單元可以將直流母線電壓逆變?yōu)榻涣麟妷海⑵涫┘釉陔姍C繞組之上。整流電路和功率電路是無刷直流電機控制系統(tǒng)功率電路的重要組成部分。一般情況下，在電流突變至零以后，無刷直流電機繞組會在電流突變瞬間感受到較大的電壓。在換相階段，相電流的緩慢下降，可以為功率器件和電機提供一定的保護功能。出于保護電機的需要，人們還需要對電機的電流和溫度進行檢測，對此人們可以通過電源對地端連接一個取樣電阻，并讓取樣電阻發(fā)揮出電流傳感器的作用。

3 無刷直流電機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

無刷直流電機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計包含由主程序、位置檢測子程序和調(diào)速子程序等多個程序。捕捉中斷、定時中斷和外部中斷等軟件設(shè)計方法的應(yīng)用，有助于系統(tǒng)靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗的降低[2]。與之相關(guān)的模塊化設(shè)計方案的應(yīng)用，可以在降低程序的復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，降低程序調(diào)試與程序維護的難度。

3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計

系統(tǒng)主程序設(shè)計主要指的是無刷直流電機控制系統(tǒng)的子程序模塊設(shè)計和中斷服務(wù)程序等內(nèi)容。系統(tǒng)的初始化功能是系統(tǒng)主程序所具有的重要功能。出于獲取霍爾傳感器采集端口電平的需要，人們需要不斷開啟定時器中斷設(shè)置，并要在定時中斷的信號出現(xiàn)變化的情況下，借助電子轉(zhuǎn)子位置調(diào)整措施完成子程序采樣。在上電復(fù)位以后，系統(tǒng)初始化設(shè)計主要包含有以下內(nèi)容：一是I/O的初始值設(shè)置、二是中斷設(shè)置與PWM相關(guān)寄存器的初值設(shè)置；三是A/D相關(guān)寄存器初值設(shè)置。

3.2 控制系統(tǒng)子程序模塊設(shè)計

子程序模塊涉及到了單片機中斷與模塊轉(zhuǎn)換器模塊等多個子系統(tǒng)。A/D轉(zhuǎn)換子程序流程涉及到了關(guān)閉中斷、采樣通道的選取轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取等多項內(nèi)容。

3.3 PC端監(jiān)測軟件設(shè)計

PC端監(jiān)測軟件是電機控制系統(tǒng)中不可缺少的內(nèi)容，它可以發(fā)揮出促進電機工作效率提升和降低系統(tǒng)調(diào)試時間的作用。為提升數(shù)據(jù)的直觀性及數(shù)據(jù)的表達能力，人們可以在對監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線顯示形式進行應(yīng)用。

4 結(jié)語

硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和PC端監(jiān)測軟件設(shè)計是基于PIC單片機無刷直流電機控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵元素。與之相關(guān)的模塊化設(shè)計方案的應(yīng)用，可以在降低程序的復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，降低程序調(diào)試與程序維護的難度。

參考文獻：

[1]孫曉旭，王勁松，安志勇.基于Proteus和AVR單片機的無刷直流電機控制系統(tǒng)仿真[J].電子設(shè)計工程，2015，23（19）：174176+180.

[2]李健飛，郝桂青.基于MC9S12D64單片機的直流無刷電機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2010，18（12）：102104.

作者簡介：李小枝（1987），男，回族，甘肅隴西人，研究方向：四旋翼無人機及任務(wù)載荷測試。