基于dsp28335直流無刷電機控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，信號采集模塊連接信號調(diào)理模塊，信號調(diào)理模塊連接AD轉(zhuǎn)換模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊連接電平轉(zhuǎn)換模塊，電平轉(zhuǎn)換模塊連接以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元，以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元分別連接通訊模塊、隔離驅(qū)動模塊、電機位置信號捕獲模塊和電機正反轉(zhuǎn)模塊，隔離驅(qū)動模塊連接升壓模塊，升壓模塊連接IGBT模塊，電源模塊為上述各模塊供電。本發(fā)明有效實現(xiàn)了電機的正反轉(zhuǎn)控制。
【專利說明】基于DSP28335直流無刷電機控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于直流無刷電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說是一種直流無刷電機控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷直流電機以其高效率、小體積和易控制、顯著的長壽命和可靠性等特點在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢，在要求高控制精度和高可靠性的場合如艦船推進(jìn)、數(shù)控機床、機車牽引、電動汽車和家用電器等許多領(lǐng)域獲得極為廣泛的應(yīng)用，成為各國學(xué)者的研究熱點。而在許多場合需要電機完成正反轉(zhuǎn)的動作，本發(fā)明裝置就是為實現(xiàn)電機在短時間內(nèi)正反轉(zhuǎn)而設(shè)計的。利用DSP28335為數(shù)據(jù)核心處理單元，運用數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)對直流無刷電機的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于為直流無刷電機提供一種控制裝置，實現(xiàn)對直流無刷電機速度的控制，縮短電機的啟動時間。
[0004]技術(shù)方案
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
一種基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:包括電源模塊、信號采集模塊、信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元、通訊模塊、電機位置信號捕獲模塊、電機正反轉(zhuǎn)指令捕獲模塊、隔離驅(qū)動電路、升壓模塊以及IGBT模塊；信號采集模塊連接信號調(diào)理模塊，信號調(diào)理模塊連接AD轉(zhuǎn)換模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊連接以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元，以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元分別連接通訊模塊、隔離驅(qū)動模塊、電機位置信號捕獲模塊和電機正反轉(zhuǎn)指令捕獲模塊，隔離驅(qū)動模塊連接升壓模塊，升壓模塊連接IGBT模塊，電源模塊為上述各模塊供電。
[0005]電源模塊由220V交流電轉(zhuǎn)5V、土 12V、15V電源模塊和5V轉(zhuǎn)3.3V模塊。
[0006]信號采集模塊為電流采集模塊。
[0007]信號調(diào)理模塊是以LM358為核心組成的信號調(diào)理電路；AD轉(zhuǎn)換模塊是由電平轉(zhuǎn)換電路和ADS8364外圍硬件電路組成。
[0008]以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元由TMS320F28335浮點型數(shù)據(jù)處理器及其外圍硬件電路組成。
[0009]電機位置信號捕獲模塊是由安裝在電機上面的霍爾盤和高速CMOS器件74HC14、CC384及其外圍的限流電路組成。
[0010]通訊模塊由RS485和RS232通訊模塊組成。
[0011]電機正反轉(zhuǎn)指令捕獲模塊是由外圍遙控器件和74HC14、CC384及其外圍的限流電路組成。
[0012]隔離驅(qū)動電路是由74HC245和光耦器件HCPL-63N組成。[0013]升壓模塊是由2SC0108T2A0 —17升壓塊及其外圍硬件電路組成；IGBT模塊選用的型號是 SKM600GB066D。
[0014]優(yōu)點及效果
本發(fā)明具有如下優(yōu)點及有益效果:
(I)在AD轉(zhuǎn)換模塊采用了外部轉(zhuǎn)換芯片ADS8364，該芯片是6通道16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其共模抑制在50Hz時為80dB，具有很強的抗干擾能力。16位的采樣精度相對于TMS320F28335的12位采樣精度有了較大提高，提高了電壓電流信號的采樣精確度。
[0015](2)在信號處理單元上選著是TI公司推出的TMS320F28335，該信號處理器增加了浮點運算內(nèi)核，能夠執(zhí)行復(fù)雜的浮點運算，節(jié)省執(zhí)行時間和存儲空間，便于大量數(shù)據(jù)采集運算的進(jìn)行。
[0016](3)該控制裝置根據(jù)監(jiān)測到的電壓電流信號，實時改變發(fā)出的PWM的參數(shù)實現(xiàn)對直流無刷電機的控制；同時，該裝置增加了利用遙控器和上位機控制直流無刷電機的控制裝置，使得該裝置既能應(yīng)用在在線控制電機正反轉(zhuǎn)操作也能運用在電機出場測試。
[0017](4)該控制裝置安裝簡單，便于實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制；有效實現(xiàn)直流無刷電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和正反轉(zhuǎn)操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明控制裝置系統(tǒng)及和電機連接的基本組成框圖；
圖2為本發(fā)明控制裝置的電源原理圖(5V轉(zhuǎn)3.3V模塊)，注:5V、土 12V、15V電源模塊均有外界電源直接提供；
圖3為本發(fā)明的電流信號采集實物接線圖；
圖4為本發(fā)明控制裝置的信號調(diào)理電路；
圖5為本發(fā)明控制裝置的ADS8364轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖；
圖6為本發(fā)明控制裝置的5疒3.3V的電平轉(zhuǎn)換電路；
圖7為本發(fā)明控制裝置的電機位置信號捕獲原理圖；
圖8為本發(fā)明控制裝置的正反轉(zhuǎn)信號捕獲原理圖；
圖9為本發(fā)明控制裝置的遙控器示意圖；
圖10為本發(fā)明控制裝置的驅(qū)動隔離模塊原理圖；
圖11為本發(fā)明控制裝置的升壓模塊及外圍電路圖；
圖12為本發(fā)明控制裝置的IGBT接線圖；
圖13為本發(fā)明控制裝置的數(shù)據(jù)處理單元核心芯片TMS320F28335管腳說明圖(F28335引腳圖)；
圖14為本發(fā)明控制裝置的RS232通訊模塊的電路原理圖；
圖15為本發(fā)明控制裝置的RS485通訊模塊的電路原理圖；
圖16為本發(fā)明控制裝置的柜體正面圖；
圖17為本發(fā)明控制裝置的柜體背面圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明: 本發(fā)明是一種基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，如圖1所示，包括電源模塊、信號采集模塊、信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元、通訊模塊、電機位置信號捕獲模塊、電機正反轉(zhuǎn)指令捕獲模塊、隔離驅(qū)動電路、升壓模塊以及IGBT模塊；信號采集模塊連接信號調(diào)理模塊，信號調(diào)理模塊連接AD轉(zhuǎn)換模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊連接電平轉(zhuǎn)換模塊，電平轉(zhuǎn)換模塊連接以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元，以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元分別連接通訊模塊、隔離驅(qū)動模塊、電機位置信號捕獲模塊和電機正反轉(zhuǎn)指令捕獲模塊，隔離驅(qū)動模塊連接升壓模塊，升壓模塊連接IGBT模塊，電源模塊為上述各模塊供電。
[0020]該裝置設(shè)置在電機與上位機之間，電機連接該裝置的信號采集模塊、IGBT模塊和電機位置信號捕獲模塊，該裝置通過通訊模塊連接上位機。
[0021]電源模塊由220V交流電轉(zhuǎn)5V、±12V、15V電源模塊和5V轉(zhuǎn)3.3V模塊。
[0022]信號采集模塊為電流采集模塊。電流采集模塊選用的是宇波模塊CHF — 200B開環(huán)霍爾電流傳感器。采集到的電流信號接到信號調(diào)理電路上。
[0023]信號調(diào)理模塊是以LM358為核心組成的信號調(diào)理電路。確保輸入到AD轉(zhuǎn)換模塊上的信號在芯片允許范圍內(nèi)。
[0024]AD轉(zhuǎn)換模塊是由電平轉(zhuǎn)換電路和ADS8364外圍硬件電路組成。
[0025]數(shù)據(jù)處理單元是由TMS320F28335浮點型數(shù)據(jù)處理器及其外圍硬件電路組成。
[0026]電機位置捕獲模塊是由安裝在電機上面的霍爾盤和高速CMOS器件74HC14、CC384及其外圍的限流電路組成。
[0027]通訊模塊由RS485和RS232通訊模塊組成。
[0028]電機正反轉(zhuǎn)指令捕獲模塊是有外圍遙控器件和74HC14、CC384及其外圍的限流電路組成。
[0029]隔離驅(qū)動電路是由74HC245和光耦器件HCPL-63N組成。實現(xiàn)對外輸出的PWM波幅值是5V。
[0030]升壓模塊是由2SC0108T2A0 —17升壓塊及其外圍硬件電路組成。實現(xiàn)PWM波幅值由5V到15V的升壓，進(jìn)而驅(qū)動IGBT的導(dǎo)通。
[0031]IGBT模塊選用的型號是SKM600GB066D。
[0032]該系統(tǒng)還可以設(shè)置電容器組，利用電容器組存儲的電能驅(qū)動電機的運轉(zhuǎn)。
[0033]為使本發(fā)明的技術(shù)方案及有點更加清晰明了，一下結(jié)合附圖對該控制裝置經(jīng)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0034]電源模塊由220V交流電轉(zhuǎn)換成直流電源模塊。直流電源模塊包括5V、±12V、15V。5V電源是為LM358、ADS8364和光耦器件HCPL-63N等提供工作電壓。電壓電流傳感器的正常工作需要±12V電源電壓。2SC0108T2A0 —17升壓塊的正常工作需要外接提供15V的電壓。為維持TMS320F28335的正常工作需要一個穩(wěn)定的3.3V電壓，該電源模塊使用AMS1117芯片，利用該芯片可以構(gòu)成5V — 3.3V的硬件電路，其原理圖如圖2所示。
[0035]電流信號的采集選用的是CHF — 200B霍爾傳感器。該傳感器的實際接線圖如圖3所示。該傳感器有4個引腳，第一個引腳接+12V，第二個引腳接一 12V，第三個引腳是信號的輸出端，第四個引腳接地。該傳感器精度達(dá)到99%以上，能滿足實際工程的需要。
[0036]在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換之前，需要對信號進(jìn)行調(diào)理，確保輸入到ADS8364的信號是(T5V內(nèi)，滿足該AD芯片采集的信號范圍。信號調(diào)理電路是以LM358及外圍電路組成。其反饋電阻**1的取值可以是。根據(jù)實際情況的需求本發(fā)明爲(wèi)選擇的是IiTO ο其原理圖如圖4所示。
[0037]AD轉(zhuǎn)換模塊是由ADS8364及其外圍硬件電路組成。該芯片的轉(zhuǎn)換有效精度達(dá)到16位，頻率高達(dá)250JUfe ,有效滿足采樣要求。ADS8364轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖如圖5所示。
[0038]ADS8364輸出的信號范圍是0?5V，而TMS320F28335處理信號的范圍是0?3.3V，故在ADS8364和TMS320F28335之間需接一個5疒3.3V的電平轉(zhuǎn)換電路。該電平轉(zhuǎn)換電路是利用LL245A來實現(xiàn)的，通過控制該芯片的第I和第24管腳實現(xiàn)對該芯片管腳的輸入輸出方向。其電路原理圖如圖6所示。
[0039]為了便于對電機進(jìn)行控制，在電機上安裝了霍爾盤用來確定電機旋轉(zhuǎn)的位置。為了實現(xiàn)對電機的控制就要對電機旋轉(zhuǎn)的位置信號和分合閘信號進(jìn)行捕獲。電機位置信號捕獲和正反轉(zhuǎn)捕獲均采用74HC14和CC384芯片組成。正反轉(zhuǎn)信號捕獲時獲得的信號是高電平，為了確保裝置的正常工作，采用低電平信號觸發(fā)分合閘，故正反轉(zhuǎn)信號捕獲的硬件電路需要一個反向的功能，故正反轉(zhuǎn)捕獲電路按照反相器的功能接線。同時鑒于74HC14輸出的高電平信號是5V，故需要通過CC384實現(xiàn)5V?3.3V的轉(zhuǎn)換。電機位置信號捕獲原理圖和正反轉(zhuǎn)信號捕獲原理圖分別如圖7、圖8所示。
[0040]為了便于實驗，本發(fā)明控制裝置設(shè)置了利用遙控器實現(xiàn)斷路器正反轉(zhuǎn)操作。該遙控器有A、B、C、D4個按鍵。本發(fā)明設(shè)置A對正轉(zhuǎn)信號，B對應(yīng)反轉(zhuǎn)信號，C對應(yīng)正反轉(zhuǎn)信號，D預(yù)留急停止信號。當(dāng)按下對應(yīng)的按鍵，接收電路發(fā)出的是高電平。該遙控器示意圖如圖9所示。
[0041]當(dāng)TMS320F28335捕獲到分合閘信號和電機位置信號就會發(fā)出對應(yīng)的PWM波。此時PWM波的幅值是3.3V，根據(jù)選擇升壓模塊的要求，需要5V的PWM波，故在驅(qū)動隔離模塊中要實現(xiàn)3.3V?5V的轉(zhuǎn)換，同時還要實現(xiàn)隔離避免幅值過大信號干擾燒毀DSP，選擇74HC245做光耦的驅(qū)動和光耦器件HCPL-63N實現(xiàn)3.3V?5V的轉(zhuǎn)換。其原理圖如圖10所示。
[0042]本發(fā)明控制裝置選擇的IGBT開通需要15V的電壓，故需要對PWM信號進(jìn)一步升壓。該控制裝置選擇的是2SC0108T2A0 —17，其第一個引腳接地，第二和第三個引腳分別接PWM波的輸入，第四個引腳接15V電源，第9引腳和17引腳分別接PWM波的輸出。其原理圖如圖11所示。
[0043]該控制裝置電機驅(qū)動電路選用的是由IGBT構(gòu)成的三相橋驅(qū)動回路。選擇的IGBT型號是SKM600GB066D。每個模塊組成一個獨立的上下橋臂。一個SKM600GB066D由7個引腳。1、2、6分別是下橋臂的集電極、發(fā)射極和門極，3、4、5分別是上橋臂的集電極、發(fā)射極和門極。4、6為控制腳，接PWM波信號。3、2腳分別接到電容器組的兩端，為電機驅(qū)動提供電壓。5、7腳和4、6弓丨腳電壓差開斷IGBT。2與7，5與I共點，I腳與2腳，3腳與5腳之間接
0.1uF的吸波電容，防止IGBT被擊穿。其實際接線圖如圖12所示。
[0044]該控制裝置以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元選擇的信號處理模塊是TI公司推出的TMS320F28335。該型號的DSP在繼承了 DSP2812的基礎(chǔ)上支持浮點型數(shù)據(jù)操作，大大提高了數(shù)據(jù)的處理效率和精度，使其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用得到進(jìn)一步的提高。該控制裝置的數(shù)據(jù)處理單元核心芯片TMS320F28335管腳說明如圖13所示。
[0045]該控制裝置配套研發(fā)了上位機控制頁面。為了實現(xiàn)上位機與下位機的通訊，也便于通過上位機觀察下位機采集到的數(shù)據(jù)，該控制裝置設(shè)置了 RS232和RS485通訊模塊。其中RS232通訊是由MAX3232及其外圍電路組成，RS485通訊是由SP3485及其外圍電路組成。其RS232和RS485通訊模塊電路原理圖分別如圖14、圖15所示。
[0046]該控制裝置設(shè)計了相應(yīng)的柜體。該柜體的正面圖、背面圖分別如圖16、17所示。本發(fā)明提供一種直流無刷控制裝置，通過對其現(xiàn)場測試實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的控制。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:包括電源模塊、信號采集模塊、信號調(diào)理模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元、通訊模塊、電機位置信號捕獲模塊、電機正反轉(zhuǎn)指令捕獲模塊、隔離驅(qū)動電路、升壓模塊以及IGBT模塊；信號采集模塊連接信號調(diào)理模塊，信號調(diào)理模塊連接AD轉(zhuǎn)換模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊連接以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元，以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元分別連接通訊模塊、隔離驅(qū)動模塊、電機位置信號捕獲模塊和電機正反轉(zhuǎn)指令捕獲模塊，隔離驅(qū)動模塊連接升壓模塊，升壓模塊連接IGBT模塊，電源模塊為上述各模塊供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:電源模塊由220V交流電轉(zhuǎn)5V、±12V、15V電源模塊和5V轉(zhuǎn)3.3V模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:信號采集模塊為電流采集模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:信號調(diào)理模塊是以LM358為核心組成的信號調(diào)理電路；AD轉(zhuǎn)換模塊是由電平轉(zhuǎn)換電路和ADS8364外圍硬件電路組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:以DSP28335為核心的數(shù)據(jù)處理單元由TMS320F28335浮點型數(shù)據(jù)處理器及其外圍硬件電路組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:電機位置信號捕獲模塊是由安裝在電機上面的霍爾盤和高速CMOS器件74HC14、CC384及其外圍的限流電路組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:通訊模塊由RS485和RS232通訊模塊組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:電機正反轉(zhuǎn)指令捕獲模塊是由外圍遙控器件和74HC14、CC384及其外圍的限流電路組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:隔離驅(qū)動電路是由74HC245和光耦器件HCPL-63N組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP28335直流無刷電機控制裝置，其特征在于:升壓模塊是由2SC0108T2A0 —17升壓塊及其外圍硬件電路組成；IGBT模塊選用的型號是SKM600GB066D。
【文檔編號】H02P6/22GK103633905SQ201310578922
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】劉愛民, 王晶晶, 楊艷輝, 吳志恒, 王亮 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)