前言

主控板STM32F302R8+驅動板X-NUCLEO-IHM07M1+直流無刷電機WR36BL61，采用六步換相法實現電機的正反轉驅動。

一、驅動板X-NUCLEO-IM07M1簡單介紹

X-NUCLEO-IHM07M1驅動板有一顆MOS管集成芯片L6230，該驅動芯片集成有3個橋臂6顆MOS管可驅動PMSM及BLCD電機，內部結構如下圖所示。

其典型應用如下圖所示：

X-NUCLEO-IHM07M1驅動板的驅動電路如下圖所示，采用橋臂1、橋臂2以及橋臂3構成的三相逆變電路驅動無刷直流電機，EN1、EN2以及EN3為為每相橋臂的使能控制輸入，IN1、IN2以及IN3為每相橋臂的開關控制輸入，OUT1、OUT2以及OUT3為輸出，外接無刷直流電機。

二、STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1驅動直流無刷電機

2.1.功能需求

采用六步換相法驅動無刷直流電機轉動，并實現直流無刷電機的換向控制。按下一次按鍵電機正轉；再按一次按鍵電機停止；再按一次按鍵電機反轉；再按一次按鍵電機停止，以此循環。

2.2.硬件設計

控制板：STM32F302R8

驅動板：X-NUCLEO-IHM07M1

直流無刷電機：WR36BL61，額定功率10W，額定電壓24V，額定電流0.5A，轉速2000RMP，極對數2。

2.3.軟件設計

本次軟件設計框架為：STM32CubeMX配置底層代碼；底層與應用層的接口代碼在Keil環境下開發；應用層代碼在Matlab/Simulink中開發。

STM32CubeMX底層配置

為了更直觀簡單地實現直流無刷電機的六步換相控制，將所用引腳均設置為普通I/O口模式。

1、RCC設置為外接時鐘，72MHz

2、PA8、PA9、PA10、PC10、PC11、PC12設置為推挽輸出、無上下拉電阻、高速，初始化狀態設為0； PA15、PB3、PB10設置為輸入，無上下拉電阻； PB13、PB2設置為推挽輸出，下拉電阻、高速，初始化狀態為0； PC13設置為輸入，無上下拉電阻。

3、IDE設置為MDK-RAM，在Keil環境中完成編譯下載

Keil應用層與底層的接口開發

#include "Interface.h"


uint8_t EN1_State;
uint8_t EN2_State;
uint8_t EN3_State;
uint8_t IN1_State;
uint8_t IN2_State;
uint8_t IN3_State;
uint8_t LED1_State;
uint8_t LED2_State;


//獲取按鍵狀態
uint8_t Get_KeyState(void)
{
  return HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port, KEY_Pin);
}


//獲取三路霍爾傳感器狀態
uint8_t Get_HallAState(void)
{
  return HAL_GPIO_ReadPin(H1_GPIO_Port, H1_Pin);
}


uint8_t Get_HallBState(void)
{
  return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, H2_Pin);
}


uint8_t Get_HallCState(void)
{
  return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, H3_Pin);
}


//設置引腳狀態
void Set_EN1State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN1_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_EN2State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN2_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_EN3State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN3_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_IN1State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN1_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_IN2State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN2_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_IN3State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, IN3_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_LED1State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, LED1_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


void Set_LED2State(uint8_t PinState)
{
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, LED2_Pin, (GPIO_PinState) PinState);
}


//無刷直流電機驅動
void BLDC_SixStepDriver(void)
{
  Set_EN1State(EN1_State);
  Set_EN2State(EN2_State);
  Set_EN3State(EN3_State);
  Set_IN1State(IN1_State);
  Set_IN2State(IN2_State);
  Set_IN3State(IN3_State);
}


//LED驅動
void LED_Driver(void)
{
  Set_LED1State(LED1_State);
  Set_LED2State(LED2_State);
}

應用層開發

輸入處理：包括霍爾信號處理模塊和按鍵處理模塊。

電機運行模式：設計有電機停止、電機正轉、電機反轉三種模式，LED1用于指示程序運行“500ms亮，500ms滅”。

電機模式運行執行模塊：

電機停止：關閉引腳驅動輸出

電機正轉：內部邏輯用Stateflow寫，根據霍爾狀態控制開關管進行六步換相控制

電機反轉：內部邏輯用Stateflow寫，根據霍爾狀態控制開關管進行六步換相控制

輸出處理：將需要的信號進行輸出

模型搭建完成仿真無誤后生成代碼，與底層代碼在Keil中集成。

應用層與底層的代碼集成

將Matlab/Simulink模型生成的代碼文件夾復制到底層生成的工程下。

在工程中將Matlab/Simulink生成的代碼文件BLDC_SixStep目錄中的.c/.h文件都添加進工程。

注：此時編譯工程會報錯，缺少“solver_zc.h”頭文件，該頭文件在Matlab/Simulink/Include路徑下面，可以直接把該文件粘貼復制到Matlab/Simulink生成的代碼文件BLDC_SixStep目錄中，也可以將該文件的路徑進行添加。

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */


  /* USER CODE END 1 */


  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/


  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();


  /* USER CODE BEGIN Init */


  /* USER CODE END Init */


  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();


  /* USER CODE BEGIN SysInit */


  /* USER CODE END SysInit */


  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  BLDC_SixStep_initialize();
  /* USER CODE END 2 */


  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */


    /* USER CODE BEGIN 3 */
    BLDC_SixStep_step();

    BLDC_SixStepDriver();
    LED_Driver();

    HAL_Delay(1);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

在主函數中調用Matlab/Simulink生成代碼中的函數，BLDC_SixStep_initialize()為模型初始化函數；BLDC_SixStep_step()為模型函數， 執行該函數一次，相當于在Matlab中運行模型一次， 根據BLDC_SixStep_step()函數的運算結果進行電機驅動。在Matlab/Simulink中設置模型1ms運行一次，所以在工程下也要確保BLDC_SixStep_step()函數1ms運行一次。

2.4下載驗證

電機正轉：A相和B相上的電壓

電機反轉：A相和B相上的電壓

總結

本章節基于STM32F302R8控制板和X-NUCLEO-IHM07M1驅動板，采用六步換相法實現了直流無刷電機的正反轉驅動，并且軟件編程的工具鏈采用STM32CubeMX+Matlab/Simulink+Keil，大部分代碼采用自動生成的方式簡化了編程的難度。