【电机套件 P-NUCLEO-IHM测评】-1、系统构成及硬件分析

yang_alex

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      很高兴获得这次评测机会。已经零星完成一些测试，不过由于某些原因，一直没形成文字的东西。现在有点空，把相关内容整理一下，记录一下自己的学习轨迹。

      P-NUCLEO-IHM电机套件做工很好，包装也很周到。为了防止磕碰，还增加了开槽的塑料泡沫。先上个全套图：
             

整个电机评估套件分4部分：

1、控制部分：     Nucleo-F302R8核心板。它的核心是ST公司的64脚MCU——STM32F302R8T6。STM32F302R8T6基于 Cortex-M4 架构，运行频率高达72MHz，内嵌一个有助于快速完成复杂运算的浮点数运算单元(FPU)，此外，它内部集成了64 KB的FLASH存储器和16 KB的SRAM存储器;内部集成一个高达5Msps的ADC，三个比较器，多达18个电容感应通道，一个DAC通道，低功耗RTC，一是通用的32位定时器，一个定时器专用到电机控制，以及多达三个通用16位定时器，三个I2C，三个USART，最多2个SPI接口与多路全双工I2S，一个USB FS装置，CAN和红外线发射器等资源。
      
      NUCLEO-F302R8核心板提供了两种扩展板接口方式：一种是广泛使用的Arduino接口，另一种是ST自己的Morpho接口，这次电机驱动扩展板用的就是ST自己的Morpho接口。

      NUCLEO-F302R8的软件开发环境还是比较多的，主流的IDE都支持，比如MDK、IAR、GCC-based IDEs、mbed在线IDE，当然还有ST最近的收购的Atollic，现在算是ST自己的集成开发环境(IDE)-TrueSTUDIO。另外，利用ST公司的图形开发工具STM32CubeMX，可以用图形化的界面配置来帮助开发者快速配置工程、实现初始化代码的功能。

    除了开发工具之外，ST还为STM32提供了程序库，包括前期的标准库和不断更新的HAL库，不需要自己写低层硬件程序，可方便软件开发。NUCLEO-F302R8核心板的主要功能特点：
(1)STM32F302R8T6微控制器。
(2)支持Arduino UNO R3 Shield扩展板，微控制器所有IO口引脚通过排针座引出。
(3)ST-LINK/V2-1调试器。
(4)3个LED：一个USB通讯LED、一个电源LED、一个用户LED。
(5)2个机械按键：复位RESET、用户USER B1。
(6)USB接口的3个不同功能：虚拟串口、容量存储、调试接口。
(7)3种不同供电方式：mini USB接口供电;IO引脚用电;通过Arduino UNO R3 Shield接口供电。
(8)支持Keil、IAR、embed在线IDE的设计工具。

2、电机驱动部分： X-NUCLEO-IHM07M1，一块核心是STSPIN L6230的三相无刷直流电动机驱动扩展板。X-NUCLEO-IHM07M1扩展板是ST公司专门为STM32Nucleo核心板设计的扩展板，板载一颗STSPIN L6230三相无刷直流电动机驱动器，PowerSO36封装，内部集成独立的DMOS功率晶体管，具有过流保护、独立的电流传感器接口，可方便选择电流检测形式，用于矢量FOC控制。X-NUCLEO-IHM07M1扩展板采用ST morpho接口与STM32 Nucleo核心板链接，同时预留了Arduino UNO R3接口，方便用户自行焊接使用，同时提供电源和电机接口。用扩展板可方便完成三相无刷直流电动机控制。X-NUCLEO-IHM07M1是完全可配置的，并且支持无传感器和有传感器的闭环控制模式。
      
       X-NUCLEO-IHM07M1扩展板正面

ST的扩展板有两个特点（这个是官方扩展板特有的特点）：
(1)扩展板的颜色是深蓝色的，NUCLEO核心板是白色的，DISCOVER板是绿色的。
(2)扩展板上面开了个槽，主要是不影响下面的核心板的复位按键和用户按键。这个也帮助大家确定扩展板方向。大家注意，别插反了。

X-NUCLEO-IHM07M1扩展板的规格数据和主要参数如下：
(a)无刷直流电动机和永磁同步电动机的三相驱动板
(b)通常的工作电压范围在8-48V直流电
(c)2.8A的输出峰值电流(1.4A均方根电流)
(d)操作频率高达100KHz
(e)非耗散过流检测和保护
(f)热检测和过热保护
(g)与ST的梯形6步算法和 矢量控制算法完全兼容
(h)完全支持有传感器和无传感器模式
(i)为电动机电流检测可配置为3电阻或1电阻检测的跳线
(j)提供霍尔/编码器形式的电机传感器接口和电路
(k)提供DAC、GPIO等的调试接口
(l)板载电位器接口可控制电机速度
(m)具有预留的测试点
(n)兼容STM32 Nucleo核心板，配备ST morpho接口

L6230包含由六支MOSFET组成的三相半桥和一个高压栅驱动芯片。

     
     功能框图

L6230主要特性：
a)工作电源电压为8至52 V
b)2.8 A输出峰值电流(1.4 A RMS)
c)RDS(ON)0.73Ω(典型值)。
d)集成快速续流二极管
e)工作频率高达100 kHz
f)非耗散过流检测和保护
下图是L6230在梯形6步控制算法的典型电路。
        

3、电源适配器部分:(配上不同规格的插头，其实按照推广地区，有一种就够了。其他的都浪费了。）
     12V2A的性能，支持小电动机还是可以的。
      

4、电机部分：BR2804-1700Kv-1型三相无刷直流电机，奔牛公司的BR2804-1700Kv-1型三相无刷直流电动机，十分小巧。不过做实验的过程中要注意把电机固定在一块板子上。高速旋转的电机杀伤力还是很大的!
      

总体上看，这套电机评估套件用来评估ST的无刷电机的控制算法是绝对够用了。当然，除了硬件外，软件也不可以少。没有软件的MCU就是沙子（SiO2）！下篇再分析ST的无刷电机软件部分。


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