基于LIN的無刷電機控制系統(tǒng)

吳曉花

摘 要：無刷直流電機由電動機主體和控制器組成，是一種典型的機電一體化的產(chǎn)品。具有高速度、高效率、高動態(tài)響應(yīng)、高熱容量和高可靠免維護等優(yōu)點，同時還具有低噪聲和長壽命等特點，非常適合使用在風機水泵負載，是現(xiàn)代化調(diào)速驅(qū)動的最佳選擇。本部門研發(fā)的直流無刷電機是該系統(tǒng)的控制對象，它支持LIN信號控制。通過U2CARBUS把電機的LIN信號發(fā)送到PC端口，控制系統(tǒng)程序由LabVIEW開發(fā)完成，實現(xiàn)了Bootloader源程序下載、讀寫電機配置參數(shù)以及實時監(jiān)控電機狀態(tài)等功能。

關(guān)鍵詞：直流無刷電機;U2CARBUS;LIN

1 引言

本系統(tǒng)的控制對象無刷電機，主要應(yīng)用場合是駐車空調(diào)的風機和風扇，要求無刷電機具有高效率，高穩(wěn)定性和耐久性。電機系列按電源分有12V和24V兩種，按結(jié)構(gòu)有單軸和雙軸，按控制方式有帶霍爾和不帶霍爾兩種方案，支持PWM，Analog和LIN三種調(diào)速方式，同時支持Bootloader功能。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下圖所示，LIN接口卡一端通過USB與LIN Interface系統(tǒng)連接，另一端LIN信號線與電機LIN信號相連，而LIN卡和電機的電源端都連接同一個DC電源。

3 系統(tǒng)的主要功能模塊

根據(jù)此款無刷電機的性能，本系統(tǒng)針對性的有三大功能模塊：bootloader模塊，參數(shù)讀寫功能，電機狀態(tài)讀取顯示。

3.1 Bootloader功能模塊

Bootloader功能，就是將hex文件按照固定格式通過電機的LIN線傳輸下載到電機控制器中。系統(tǒng)采用了U2CARBUS連接PC和電機LIN口。

3.1.1 U2CARBUS模塊簡介

U2carbus-I用于通過計算機USB接口擴展汽車總線接口來調(diào)試汽車類通信總線，U2carbus-I擴展1個雙線CAN總線接口、1個單線CAN總線接口和1個LIN總線接口;USB接口符合USB2.0規(guī)范，即插即用;

3.1.2 程序下載模塊

實際下載程序過程中，上下位機是按照RS232的方式直接通訊的，而U2CARBUS在默認情況下，上電后是LIN模式，所以需要握手命令，將U2CARBUS的工作模式切換到透傳模式，只有模式切換成功的情況下，才可以進行“下載”操作，系統(tǒng)對hex文件沒有過多的解析，字符每兩位為一個字節(jié)，以行為單位進行傳輸，格式如下所示。

命令格式

幀頭：0xAA，0x55;

幀長度（兩個字節(jié)）：幀命令 +數(shù)據(jù) + 校驗和;

幀命令： （兩個字節(jié)）

程序下載成功之后，單片機會自動從“下載”模式跳轉(zhuǎn)到正常工作模式

3.2 參數(shù)讀寫配置模塊

除了bootloader下載程序以串口方式通訊，其他功能都以LIN通訊方式進行，所以需要切換U2CARBUS通訊模式。系統(tǒng)運行時，會自動讀取參數(shù)設(shè)置文檔，該文檔由電機開發(fā)工程師編寫，其他人不可以隨意改動。參數(shù)分為四個子模塊：生產(chǎn)，功能，保護和診斷，每個模塊下又有若干參數(shù)，都可以獨立選擇讀或者寫操作。

讀：每個子模塊有若干參數(shù)，初始狀態(tài)下都是”Disabled”狀態(tài)，根據(jù)用戶需要將所需參數(shù)狀態(tài)改變?yōu)椤癊nabled”，點擊“讀”按鈕，則系統(tǒng)將根據(jù)所選參數(shù)逐條查詢并顯示。讀操作不需要用戶權(quán)限，任何人都可以讀取任何狀態(tài)值。

寫：每個模塊都有不同的權(quán)限，只有通過特定的賬號密碼登錄，成功授權(quán)后才可設(shè)置或修改參數(shù)。應(yīng)用工程師權(quán)限只能設(shè)置生產(chǎn)參數(shù)，設(shè)計工程師權(quán)限才能修改其他關(guān)鍵參數(shù)。在對應(yīng)界面設(shè)置要求的數(shù)值，點擊“寫”按鈕進行修改。

3.3 電機狀態(tài)實時顯示模塊

狀態(tài)實時顯示的內(nèi)容包括，PCBA溫度，輸入電壓、電流，設(shè)定轉(zhuǎn)速，實際轉(zhuǎn)速，占空比，霍爾狀態(tài)以及電機的錯誤代碼，保護代碼和保護恢復(fù)狀態(tài)等，這些狀態(tài)通過圖表和數(shù)字的方式顯示，工程師可以很直觀看到電機的狀態(tài)，也可以幫助工程師快速定位電機的問題。在研發(fā)階段，測試階段以及售后階段都極大地便利了工程師的工作。

4 結(jié)語

目前該系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)完成，已在研發(fā)工程師、測試工程師及售后工程師中得到廣泛應(yīng)用，極大得方便了工程師下載、更新源程序，快速查詢電機狀態(tài)，確定錯誤信息，實現(xiàn)對電機的實時調(diào)速等等。該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，具有較強的實用性。

參考文獻：

[1]陳樹學，劉萱.LABVIEW寶典.電子工業(yè)出版社，2011.3.

[2]胡博宇.基于LIN總線的汽車控制單元[D].北京：北方工業(yè)大學，2010.