基于MC56F80xx的H軸洗衣機無傳感永磁同步電機驅(qū)動的設(shè)計

孫靜

摘 要：環(huán)保、節(jié)能等思想對家電業(yè)的發(fā)展提出了新要求，飛思卡爾解決方案采用先進的電

機控制技術(shù)，能夠提高能效，降低工作噪聲，提高用水計量精確度。本文結(jié)合飛思卡爾智能

洗衣機原理研究了電機的驅(qū)動控制。該系統(tǒng)利用MC56F8023作為電機驅(qū)動的微控制器，給

出了電機驅(qū)動的硬件構(gòu)成，軟件實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：電機驅(qū)動；中斷處理；狀態(tài)機

中圖分類號：TP39 文獻標識號：A 文章編號：2095-2163（2014）06-

Abstract： Recent world-wide interest towards environmental friendliness， water consumption， and

energy saving particularly impinge on the home appliance areas. Freescale provides solutions to

address advanced motor control for increasing power efficiency and reducing operation noise， as

well as improving accuracy in water measurement. This paper studies on motor driver of Washing

machines based on microcontroller MC56F8023， and provides the hardware implementation and

software design.

Keywords： Motor Driver； Interrupt Process； State Machine

0引 言

隨著科技的進步和社會的發(fā)展，環(huán)保、節(jié)水、節(jié)能和智能化等要求已在家電領(lǐng)域取得了

一致的行業(yè)認同。單就洗衣機門類來說，如何使用電子器件來實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能的可靠自動化

操作也相應(yīng)擺在了設(shè)計者的面前。針對這一狀況，飛思卡爾洗衣機退出的一套解決方案就是

通過采用先進的電機控制技術(shù)，藉此以改善提高能效，降低工作噪聲，并提高用水計量精確

度，具體的結(jié)構(gòu)框圖則如圖1所示[1]。其中，洗衣機是由一個8位或者32位的微控制器芯片

進行控制，并通過ZigBee協(xié)議與外界實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，再通過壓力測量的水位傳感器檢測水位

傳給控制器，而且溫度傳感器測量的水溫也將一并傳給控制器，同事控制器又根據(jù)水溫狀況

決定是否需要加熱，用戶則可通過觸摸鍵盤直接選擇洗衣機的各種操作或通過無線網(wǎng)絡(luò)遠程

控制洗衣機的各種操作。此外，洗衣機工作時的各種參數(shù)和信息也將在洗衣機的顯示屏上得

以顯示。系統(tǒng)驅(qū)動程序的總流程如圖3所示。系統(tǒng)中內(nèi)設(shè)一個無限循環(huán)，無限循環(huán)中運行著不太

重要的定時任務(wù)，如以輪詢方式與主控PC機通信。

系統(tǒng)運行在實時系統(tǒng)下，以中斷方式驅(qū)動各個任務(wù)的執(zhí)行。系統(tǒng)有一個單周期性（125μs）

的中斷服務(wù)程序執(zhí)行主要的電機控制任務(wù)。

2.2 中斷服務(wù)程序設(shè)計

整個驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用控制是由軟件實現(xiàn)，合并狀態(tài)機，支配著整個應(yīng)用的操作，同時給

予現(xiàn)有數(shù)據(jù)，運行相應(yīng)的軟件。系統(tǒng)運行過程中，硬件狀態(tài)一直處于監(jiān)測中，如溫度，集成

電路芯片的實時信息等。

系統(tǒng)運行在實時系統(tǒng)下，以中斷方式驅(qū)動各個任務(wù)的執(zhí)行。單周期性（125μs）的中斷

服務(wù)程序（圖4）執(zhí)行主要的電機控制任務(wù)。ADC轉(zhuǎn)換完成發(fā)出中斷服務(wù)請求，中斷服務(wù)程

序在第二個PWM周期執(zhí)行，每兩個PWM周期重載一次（125μs）。電機控制的函數(shù)都在該中

斷程序中調(diào)用。中斷服務(wù)程序主要包含以下內(nèi)容：應(yīng)用狀態(tài)機、反饋模擬信號的測量、根據(jù)

處理狀態(tài)調(diào)度任務(wù)（故障任務(wù)、初始化任務(wù)、校準任務(wù)、調(diào)整任務(wù)、執(zhí)行任務(wù)）、ADC信道

重配置、更新PWM。應(yīng)用狀態(tài)機在給定時間存儲狀態(tài)，也可通過輸入操作改變狀態(tài)或者由于

任何給定條件改變機體狀態(tài)。程序狀態(tài)機決定應(yīng)用處于什么狀態(tài)，并基于此狀態(tài)分配任務(wù)，

應(yīng)用任務(wù)共有五種，分別是故障、初始化、校準、調(diào)整和執(zhí)行狀態(tài)。在此，給出五種狀態(tài)的

發(fā)生過程：首先進入任務(wù)故障狀態(tài)，然后依次進入任務(wù)初始化狀態(tài)、任務(wù)校準狀態(tài)、任務(wù)調(diào)

整狀態(tài)，最后進入任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)，再從任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)又返回任務(wù)初始化狀態(tài)。

加電復(fù)位后，如果檢測到過電流、過電壓、欠電壓故障位的故障狀態(tài)，應(yīng)用即處于故障

狀態(tài)，否則，將進入下一狀態(tài)——任務(wù)初始化。一旦出現(xiàn)了PWM中斷，就會轉(zhuǎn)去執(zhí)行PWM

中斷服務(wù)程序，同時初始化任務(wù)事件將會進入異步執(zhí)行。

進行任務(wù)初始化時，所有的應(yīng)用變量均設(shè)成默認值，如速度PI控制器，速度斜坡增量，

相位增量等。而在任務(wù)初始化和校準之間，可設(shè)置PWM 占空比為50%，并基于校準過程測相

電流的數(shù)量來設(shè)置執(zhí)行的偏移量。

本研究設(shè)計中，并未引入位置傳感器，因而不能確定電機位置。但電機啟動之前，卻需

要定義初始位置，最為直觀的方法就是使轉(zhuǎn)子對準一個預(yù)定義的位置。具體執(zhí)行過程是：電

機由一個選定的靜電壓模式實現(xiàn)驅(qū)動，轉(zhuǎn)子則對準到預(yù)定位置上。任務(wù)調(diào)整在第一次電機啟

動時發(fā)揮調(diào)控，并根據(jù)相應(yīng)幅度和有關(guān)位置，將有恒定電流矢量作用到定子上，而一個穩(wěn)定

周期后，轉(zhuǎn)子磁通則必須對準定子通量。

任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)較為復(fù)雜，在其過程中大部分任務(wù)得以執(zhí)行。特別地，電機啟動和轉(zhuǎn)動等

所有必要的過程都在這個狀態(tài)下獲得相應(yīng)處理，當速度指令設(shè)置為非零值時，電機啟動并運

行；否則電機將處于初始化狀態(tài)，PWM信號也處于禁止中。如圖4所示，經(jīng)過整體控制處理

和監(jiān)測，模擬值的采樣即處理成相應(yīng)的信息。而根據(jù)控制信號的狀態(tài)計算速度指令，則表示

任務(wù)開始執(zhí)行。接下來，可根據(jù)速度斜坡算法來處理速度指令，處理后結(jié)果和估計速度的差

值形成了速度誤差，并進一步輸入到速度PI控制器，如此即為定子電流的轉(zhuǎn)矩發(fā)生部件提

供了一個新的理想?yún)⒖碱A(yù)定。

3結(jié)束語

本文基于環(huán)保、節(jié)能的觀點，并結(jié)合飛思卡爾智能洗衣機方案設(shè)計實現(xiàn)了洗衣機無傳感

永磁同步電機的驅(qū)動，而且又詳細討論了電機的軟件驅(qū)動流程，實時處理方式等。研究成果

對智能家電的開發(fā)設(shè)計將具有一定的參考價值及借鑒意義。

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