直流无刷电机开环调速基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1（一）

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前言

主控板STM32F302R8+驱动板X-NUCLEO-IHM07M1+直流无刷电机WR36BL61，实现电机的开环调速。
关于X-NUCLEO-IHM07M1驱动板的介绍，请阅读：
直流有刷电机驱动基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1（一）
直流无刷电机的驱动原理，请阅读：
直流无刷电机及Matlab/Simulink驱动仿真
直流无刷电机的六步换相驱动实现，请阅读：
直流无刷电机驱动基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1（一）

一、直流无刷电机开环调速原理

直流无刷电机驱动基于STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1（一）章节，当需要MOS管导通时，直接将电源加载到线圈上，电机很快飙升到最大速度，并以最大速度运行。实际应用中我们以PWM代替高低电平，把连续的开通转变为开/关交替的PWM形式，来实现调速控制。通常使用PWM控制直流无刷电机常见方法有五种：

本次实验采用第四种PWM控制方式：H_PWM-L_ON，即三相桥臂上管子导通时给PWM信号，下管子导通时给高电平信号，通过控制PWM的占空比即可控制加载到线圈的电压，实现电机的调速。

二、STM32F302R8+X-NUCLEO-IHM07M1直流无刷电机的开环调速

2.1.功能需求

通过按键控制直流无刷电机的转速，由于STM32F302R8控制器只有一个按键，因此只能单方向控制电机的加速或者减速，本次实验为加速实验，每按一次按键，电机的转速将增加。

2.2.硬件设计

控制板：STM32F302R8
驱动板：X-NUCLEO-IHM07M1
直流无刷电机：WR36BL61，额定功率10W，额定电压24V，额定电流0.5A，转速2000RMP，极对数2。

2.3.软件设计

2.3.1.STM32CubeMX底层配置

1、RCC设置外接HSE（Crystal/Ceramic Resonator），时钟设置为72MHz
2、PC10、PC11、PC12设置为推挽输出、无上下拉电阻、高速，初始化状态设为0；PB13设置为推挽输出，下拉电阻、高速，初始化状态为0；PC13设置为输入，无上下拉电阻。
3、PA8设置为TIM1_CH1，PA9设置为TIM1_CH2，PA10设置为TIM1_CH3；TIM1设置为内部时钟，TIM1_CH1、TIM1_CH2、TIM1_CH3设置为PWM模式，PSC设置为36-1，向上计数，ARR设置为100-1，频率为：72000000/36/100=20KHz，其余保持默认。
4、PA15设置为TIM2_CH1，PB3设置为TIM2_CH2，PB10设置为TIM2_CH3；TIM2设置为内部时钟，TIM2设置为XOR ON/Hall Sensor Mode模式，PSC设置为72-1，向上计数，ARR值设置为1000-1频率为1KHz，Hall Sensor时钟不分频，双边沿触发（注CubeMX只能选择上升沿或者下降沿触发，生成代码后手动修改为双边沿触发），输入滤波值设置为10，不开启软件延时；开启TIM2全局中断，中断优先级设置为1,0
5、使能USART2，异步模式，波特率115200，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位
6、IDE设置为MDK-RAM，在Keil环境中编写应用层程序
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2.3.2.应用层开发

在Keil环境中编写应用层程序，实现功能需求。
主函数：

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  uint8_t count=0;
  /* 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_TIM1_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);  //开启TIM1 PWM输出
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_2);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_3);
  
  __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim2,TIM_IT_TRIGGER);  //开启TIM2触发中断
  __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim2,TIM_IT_TRIGGER);   //清除触发中断标志位
  
  HAL_TIMEx_HallSensor_Start(&htim2);  //开启霍尔传感器功能

  /* USER CODE END 2 */

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

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  if(Key_Scany(KEY_GPIO_Port,KEY_Pin)==1)  //调节占空比
	  {
		  Duty+=10;
		  
		  if(Duty>100)
			  Duty=100;
	  }
	  
	  if(Hall_InterruptFlag==0)  //开启电机时未进入触发中断，此时直接驱动电机
	  {
		  BLDC_Driver(1);
	  }
	  
	  HAL_Delay(10);
	  count++;
	  if(count%50==0)
	  {
		  count=0;
		  HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);  //程序运行指示灯
	  }
	  
		  
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
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中断函数，每次霍尔状态发生变化进行电机换相驱动：

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_TIM_TriggerCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
	Hall_InterruptFlag=1;
	BLDC_Driver(1);
}
/* USER CODE END 1 */
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按键扫描函数Key_Scany()：

/* USER CODE BEGIN 2 */
uint8_t Key_Scany(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
	if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin)==0)
	{
		while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin)==0);
		return 1;
	}
	else 
		return 0;
}
/* USER CODE END 2 */
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无刷电机驱动函数BLDC_Driver（）

/**************************************************/
/**WR36BL61的换相表，不同于正常直流无刷电机两两导通的
换相表，为尽大可能的利用资源，WR36BL61的换相表为每时刻
三个桥臂均有一个管子开启，厂家提供的换相表如下*******/
/*电机正转换相表**T为1代表桥臂上开下闭，T为0表示桥臂上闭下开*/
/*
 H1  H2  H3  T1  T2  T3
  0   0   1   1   0   1
  1   0   1   1   0   0
  1   0   0   1   1   0
  1   1   0   0   1   0
  0   1   0   0   1   1
  0   1   1   0   0   1
*************************************************/
/*电机反转换相表******
  0   0   1   0   1   0
  1   0   1   0   1   1
  1   0   0   0   0   1
  1   1   0   1   0   1
  0   1   0   1   0   0
  0   1   1   1   1   0
**************************************************/


void BLDC_Driver(uint8_t Dirction)  //根据获取的霍尔状态值进行采用六步换相法实现电机驱动
{
	uint8_t Hall_State=0;
	Hall_State=Get_HallState();
	
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN1_Pin, GPIO_PIN_SET);  //使能三个桥臂
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN2_Pin, GPIO_PIN_SET);
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, EN3_Pin, GPIO_PIN_SET);
	
	TIM1->CCR1=0;  //三路PWM的占空比设置为0，即三路桥臂均上闭下开
	TIM1->CCR2=0;
	TIM1->CCR3=0;
	
	if(Dirction==1)  //Direction为1 电机正转 否则 电机反转
	{
		switch(Hall_State)
		{
			case 1:
				TIM1->CCR1=Duty;
				TIM1->CCR2=0;
				TIM1->CCR3=Duty;
			break;
			
			case 5:
				TIM1->CCR1=Duty;
				TIM1->CCR2=0;
				TIM1->CCR3=0;
			break;
			
			case 4:
				TIM1->CCR1=Duty;
				TIM1->CCR2=Duty;
				TIM1->CCR3=0;
			break;
			
			case 6:
				TIM1->CCR1=0;
				TIM1->CCR2=Duty;
				TIM1->CCR3=0;
			break;
			
			case 2:
				TIM1->CCR1=0;
				TIM1->CCR2=Duty;
				TIM1->CCR3=Duty;
			break;
			
			case 3:
				TIM1->CCR1=0;
				TIM1->CCR2=0;
				TIM1->CCR3=Duty;
			break;
			
			default:
				break;		
		}
	}
	else
	{
		switch(Hall_State)
		{
			case 1:
				TIM1->CCR1=0;
				TIM1->CCR2=Duty;
				TIM1->CCR3=0;
			break;
			
			case 5:
				TIM1->CCR1=0;
				TIM1->CCR2=Duty;
				TIM1->CCR3=Duty;
			break;
			
			case 4:
				TIM1->CCR1=0;
				TIM1->CCR2=0;
				TIM1->CCR3=Duty;
			break;
			
			case 6:
				TIM1->CCR1=Duty;
				TIM1->CCR2=0;
				TIM1->CCR3=Duty;
			break;
			
			case 2:
				TIM1->CCR1=Duty;
				TIM1->CCR2=0;
				TIM1->CCR3=0;
			break;
			
			case 3:
				TIM1->CCR1=Duty;
				TIM1->CCR2=Duty;
				TIM1->CCR3=0;
			break;
			
			default:
				break;
		}
	}
}

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霍尔状态函数Get_HallState()：

uint8_t Get_HallState(void)  //获取霍尔状态值
{
	uint8_t HallState=0;
	
	HallState=HAL_GPIO_ReadPin(H1_GPIO_Port, H1_Pin);
	HallState<<=1;
	HallState|=HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, H2_Pin);
	HallState<<=1;
	HallState|=HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, H3_Pin);
	
	return HallState;
}
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2.4.编译下载观察试验现象

PWM占空比设置为10时A相的电压：

PWM占空比设置为20时的A相电压：

PWM占空比设置为50时的A相电压：

总结

主控板STM32F302R8+驱动板X-NUCLEO-IHM07M1+直流无刷电机WR36BL61，实现了直流无刷电机的开环调速，为后续章节的分析奠定基础。