廣芯微可視化電機(jī)控制上位機(jī)解決方案

一、摘要

UM32M130/131、UM32MP31系列芯片是廣芯微電子面向物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)設(shè)備、電機(jī)控制等多種應(yīng)用場景開發(fā)的32位IoTP處理器芯片系列，芯片采用32位ARM Cortex-M0+內(nèi)核，最高主頻32MHZ，內(nèi)部集成4路COMP、1路OPA、UART、SPI、I2C等通用外圍通訊接口，ADC等傳感獲取接口，以及LPUART、LPTIMER、WDT等超低功耗模塊接口，內(nèi)置RC高頻和低頻振蕩器，支持免晶振應(yīng)用。

廣芯微基于UM32M131系列芯片推出了電機(jī)控制方案，支持電機(jī)無反轉(zhuǎn)啟動、軟啟動、快速啟停、順風(fēng)啟動、電子剎車、故障監(jiān)測機(jī)制等多個(gè)性能，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)和生活中，如電機(jī)工具、園林工具、清洗泵、充氣泵、部分家電如吸塵器、筋膜槍、風(fēng)扇等。

為降低客戶開發(fā)門檻，更方便快捷地對電機(jī)控制下位機(jī)進(jìn)行調(diào)試，廣芯微開發(fā)設(shè)計(jì)出對應(yīng)的可視化電機(jī)控制上位機(jī)，能夠滿足監(jiān)控、數(shù)據(jù)交換、故障診斷等功能，快速發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的有效控制，從而實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互。

二、硬件介紹

下圖為UM32M131 MOTOR EVB電機(jī)驅(qū)動板，包括功率板和EVB合并板。

UM32M131方波應(yīng)用

MCU要求：PWMx6，OPAx1，CMPx4，ADx14

通信：UART/IIC

主頻：32MHz

UM32MP31方波應(yīng)用

MCU要求：PWMx6，OPAx1，CMPx4，ADx14，Gate Driver x3

通信：UART/IIC

主頻：32MHz

六步換相電路

MCU輸出PWM_H_U/V/W 及PWM_L_U/V/W六路信號，經(jīng)過UM6032（預(yù)驅(qū)）驅(qū)動由Q1-Q6組成的三相逆變橋（如下圖所示），控制電機(jī)進(jìn)行換相。

三、上位機(jī)軟件介紹

下圖為電控系統(tǒng)可視化上位機(jī)軟件的主界面圖，適配于多種電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用場景，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的參數(shù)配置、數(shù)據(jù)交換、故障監(jiān)測、系統(tǒng)操控等功能。

功能架構(gòu)大致如下：

控制電機(jī)。上位機(jī)根據(jù)用戶需求，生成相應(yīng)的控制指令，發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)通過串口接收到指令后執(zhí)行相應(yīng)動作。因此用戶可通過直接控制啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)四個(gè)基礎(chǔ)按鈕，或通過讀寫指令設(shè)置控制參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的快速控制。

串口通信，數(shù)據(jù)交換。上位機(jī)軟件提供給用戶一個(gè)友好的操作界面，用戶可通過只讀、讀寫、只寫指令對電機(jī)進(jìn)行參數(shù)的采集和配置，包括電機(jī)采樣參數(shù)、控制參數(shù)、配置參數(shù)、保護(hù)參數(shù)。參數(shù)數(shù)據(jù)通過串口由上位機(jī)傳輸至下位機(jī)。

故障狀態(tài)監(jiān)測。上位機(jī)在后臺實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)，根據(jù)電機(jī)下位機(jī)的反饋信息，實(shí)時(shí)調(diào)整控制指令，從而達(dá)到預(yù)期效果。運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)具體包括以下：

指示燈顯示。每次操作后，將電機(jī)下位機(jī)的接收結(jié)果反映在主界面的指示燈上，包括正在運(yùn)行、操作成功、操作失敗、接收中斷及無效數(shù)據(jù)這5種接收狀態(tài)。下圖分別展示的是“讀寫操作成功”和“只讀正在運(yùn)行”狀態(tài)。

實(shí)時(shí)繪圖。可在菜單欄中的“串口實(shí)時(shí)”里打開相應(yīng)的繪圖界面。此功能可以通過曲線圖的方式直觀地將參數(shù)的采集、配置過程實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，同時(shí)具象化展現(xiàn)選中參數(shù)最大值、最小值、平均值的動態(tài)變化。

下圖為上位機(jī)軟件的串口實(shí)時(shí)繪圖界面：

上位機(jī)開始運(yùn)行后，發(fā)送連接指令，監(jiān)聽串口數(shù)據(jù)，在成功連接后回讀電機(jī)下位機(jī)中的所有參數(shù)數(shù)據(jù)，并更新于上位機(jī)界面。完成數(shù)據(jù)回讀后，后臺進(jìn)入對電機(jī)故障狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控中。

例如，配置完參數(shù)后發(fā)送讀寫指令，上位機(jī)會將配置值寫入下位機(jī)，待成功回應(yīng)后重復(fù)讀取下位機(jī)參數(shù)，完成數(shù)據(jù)解析并實(shí)時(shí)更新顯示于界面。當(dāng)暫停發(fā)送或接收錯(cuò)誤時(shí)，自動退出發(fā)送線程，重新進(jìn)入后臺監(jiān)控狀態(tài)。具體流程如下圖：

當(dāng)指令完成發(fā)送后，上位機(jī)將重新進(jìn)入后臺監(jiān)控狀態(tài)。直至斷開串口連接，后臺監(jiān)控等所有線程停止運(yùn)行。

四、電機(jī)控制系統(tǒng)上位機(jī)優(yōu)勢

較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，能夠快速對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并同步至界面，便于用戶及時(shí)對電機(jī)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。

通過采集、處理和分析電控系統(tǒng)下位機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制電機(jī)運(yùn)行過程，并根據(jù)需要做出相應(yīng)的調(diào)整，使得電機(jī)運(yùn)行更加協(xié)調(diào)和高效。

較高的安全性和可靠性，上位機(jī)具有后臺持續(xù)監(jiān)控的功能，能夠及時(shí)監(jiān)測到電機(jī)異常情況，提醒用戶采取相應(yīng)的措施。保證了電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行的連續(xù)性和可靠性，減少故障和停機(jī)時(shí)間。

數(shù)據(jù)可視化，上位機(jī)支持參數(shù)以曲線圖的方式動態(tài)呈現(xiàn)，能夠滿足用戶在參數(shù)采集和配置過程中更加清晰地觀察參數(shù)變化。

應(yīng)用靈活，滿足所有同類電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用需求，隨著科技的不斷發(fā)展，電機(jī)控制系統(tǒng)和設(shè)備也會發(fā)生相應(yīng)的更新變化，而上位機(jī)作為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，可以通過軟件的更新和升級來適應(yīng)這些變化，而無需對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的更改。

總結(jié)

上位機(jī)作為工業(yè)自動化系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動化的高效運(yùn)行和控制管理。上位機(jī)通過與下位機(jī)設(shè)備的串口通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)配置、控制指令下發(fā)、實(shí)時(shí)監(jiān)測等功能；通過算法處理和分析數(shù)據(jù)，并在界面上呈現(xiàn)，為用戶提供了更為直觀的決策依據(jù)。在上位機(jī)的操作簡潔性和功能實(shí)用性上，廣芯微將不斷完善，加速人機(jī)交互的進(jìn)化與發(fā)展。

關(guān)于廣芯微

廣芯微電子（廣州）股份有限公司是一家致力于面向新能源、變頻電機(jī)控制及低功耗物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域?yàn)榭蛻籼峁﹦?chuàng)新芯片及其解決方案的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)，其產(chǎn)品包括極具特色的微控制器芯片、無線射頻收發(fā)器芯片、快充與數(shù)字電源管理芯片等。廣芯微獨(dú)有的低功耗芯片設(shè)計(jì)方法、高效率的變頻電控技術(shù)、大功率的PD快充協(xié)議以及多樣性無線連接技術(shù)整合而成創(chuàng)新與差異化的集成電路設(shè)計(jì)，在健康醫(yī)療電子、消費(fèi)電子、智慧家庭、工業(yè)控制、傳感器與表計(jì)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅