CN210431280U - 一种基于stm32单片机的直流无刷电机控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于领域，提供了一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，用以解决直流无刷电机缺乏精确控制以及电机工作时缺乏保护机制的问题，本电路包括：分别和主控模块电连接的电机驱动功放模块、电源模块、过温保护模块、反电动势过零检测模块、电位器调速模块、独立键盘模块、母线电压采集模块；主控模块包括主控芯片、时钟电路、复位电路；所述过温保护模块和反电动势过零检测模块分别和电机驱动功放模块电连接。与现有技术相比，本电路主控芯片能够采集所述直流无刷电机转速，通过单片机STM32的预设闭环控制调节算法，再根据预设转速，实时的对所述直流无刷电机的转速进行调节，保证所述直流无刷电机恒速转动。

Description

一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路

技术领域

本实用新型属于直流无刷电机控制领域，具体涉及基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路。

背景技术

传统的直流无刷电动机的控制***主要是通过模拟器件进行控制，但是模拟器件比较容易老化，***的可靠性比较低，影响无刷电动机的正常运行,而现有的市场上的交流有刷电机，缺乏精确、灵活、有效的控制***，往往表现为电机体积大、重量重、适应性差、控制精度低、油压不稳定、功率损耗大、碳刷和换向器寿命低等缺点。

近年来，在智能高科技的影响下，微机处理和大规模集成电路得到很好的发展，不仅克服了传统模拟***的缺点，而且能有效的完成各种复杂的控制，简化控制流程，提高控制效率。

如专利号为CN205356206U的中国专利就公开了一种大功率直流无刷电机的控制***，该实用新型提供的一种大功率直流无刷电机的控制***输出四种电压大小+310DC、+15VDC、+12VDC以及+5VDC，电压输出纹波小，以保证本实用新型提供的一种大功率直流无刷电机的控制***正常工作，可靠性高，且***负载能力强、运行功耗低、生产低成本。该专利其目的在于能够提供四种不同的直流输出电压，其无法对电机的转速进行恒速控制，且缺乏相应的过温保护电路，对电机在工作过程中内部的温度无法进行监测预警，电机的工作寿命等缺乏保障。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，而提供一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，用以解决直流无刷电机缺乏精确控制以及电机工作时缺乏保护机制的问题。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于STM32 单片机的直流无刷电机控制电路，包括以下模块：主控模块、电机驱动功放模块、电源模块、过温保护模块、反电动势过零检测模块、电位器调速模块、独立键盘模块、母线电压采集模块；主控模块包括主控芯片、时钟电路、复位电路；所述电机驱动功放模块、电源模块、过温保护模块、反电动势过零检测模块、电位器调速模块、独立键盘模块以及母线电压采集模块分别和主控模块连接；所述过温保护模块和反电动势过零检测模块分别和电机驱动功放模块电连接；

所述主控模块，用于采集直流无刷电机的转速并根据采集的直流无刷电机的转速产生相应的脉冲波形，并将产生的脉冲波形发送至电机驱动功放模块；

所述电机驱动功放模块，用于接收直流无刷电机对应的脉冲波形，并根据接收的脉冲波形调节直流无刷电机的转速；

进一步地，电源模块包含第一降压单元、第二降压单元以及第三降压单元，所述电源模块，用于为主控模块、电机驱动功放模块、过温保护模块、反电动势过零检测模块、电位器调速模块、独立键盘模块、母线电压采集模块提供输入电源；

所述第一降压单元，用于将输入电压降至第一预设电压；第二降压单元，用于将第一预设电压降至第二预设电压，所述第三降压单元，用于将第二预设电压降至第三预设电压。

第一降压单元包含第一降压芯片U2、电容C7、电容C15、电解电容C21、电容C23、电阻R17、电阻R18、电感L1、二极管D1；

所述第一降压芯片U2的第一引脚外接+18V电源，还通过所述电容C7 接地；所述第一降压芯片U2的第二引脚与所述二极管D1的端口2电连接，所述二极管D1的端口1接地；所述第一降压芯片U2的第三引脚接地；所述第一降压芯片U2的第四引脚通过所述电阻R18接地，还通过所述电容 C15、所述电阻R17以及所述电阻R18串联接地；所述二极管D1的端口2通过电感L1与所述第二降压芯片U3的第三引脚电连接，所述二极管D1的端口2还通过电感L1接入所述电容C15与所述电阻R17的连接处；所述电解电容C21正极一端接入所述电容C15与所述电阻R17的连接处，所述电解电容C21负极一端接地，所述电容C23并联接入所述电解电容C21两端；

第二降压单元包含第二降压芯片U3、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11；

所述第二降压芯片U3的第一引脚接入第八电压比较器的第三引脚，用于为第八电压比较器供电；所述第二降压芯片U3的第一引脚与所述第三降压芯片U4的第三引脚电连接，还通过所述电容C10接地，所述电容C9并联接入所述电容C10两端，所述电容C8并联接入所述电容C9两端；所述

第二降压芯片U3的第二引脚接地；所述第二降压芯片U3的第三引脚接入电机驱动功放模块，用于为电机驱动功放模块供电；所述第二降压芯片U3 的第三引脚还通过所述电容C11接地；

第三降压单元包含第三降压芯片U4、极性电容C12、电容C13；

所述第三降压芯片U4的第一引脚接地；所述第三降压芯片U4的第二引脚分别接入所述主控芯片、过温保护模块、电位器调速模块，用于为所述主控芯片、过温保护模块、电位器调速模块供电；所述第三降压芯片U4 的第二引脚还与极性电容C12的正极电连接，所述极性电容C12的负极接地，所述电容C13并联接入所述极性电容C12的两端；所述第三降压芯片 U4的第三引脚与所述第二降压芯片U3的第一引脚电连接。

进一步地，电机驱动功放模块包括三相逆变电路、驱动芯片电路、过流保护电路；所述驱动芯片电路内设置有驱动芯片；

所述三相逆变电路的一端与所述过流保护电路电连接，另一端与外接直流无刷电机连接，用于控制所述直流无刷电机的运转；

所述驱动芯片电路一端与所述主控芯片电连接，用于接收所述主控芯片发送的控制信号，所述驱动芯片电路另一端与所述三相逆变电路电连接并用于向所述三相逆变电路发送驱动信号；

所述过流保护电路的一端与所述三相逆变电路电连接，另一端与所述主控芯片电连接，并当过流保护电流中的检流电阻RN1的电流超过预设电流时发送过流信号至所述主控芯片。

进一步地，所述三相逆变电路包括第一MOS管组、第二MOS管组以及第三MOS管组、电容C36、电解电容C37、电解电容C40、电容C41、电容 C42、电源接口P5、接地接口P6；

所述第一MOS管组包括MOS管Q1以及MOS管Q4，其中所述MOS管Q1 的漏极外接+18V电源，所述MOS管Q1的源极与所述MOS管Q4的漏极电连接，所述MOS管Q4源极与所述过流保护电路中的检流电阻RN1一端电连接，所述MOS管Q1的栅极、所述MOS管Q4的栅极分别与所述主控芯片电连接；

所述第二MOS管组包括MOS管Q2以及MOS管Q5，其中所述MOS管Q2 的漏极外接+18V电源，所述MOS管Q2的源极与所述MOS管Q5的漏极电连接，所述MOS管Q5源极与所述过流保护电路中的检流电阻RN1一端电连接，所述MOS管Q2的栅极、所述MOS管Q5的栅极分别与所述三相逆变电路电连接；

所述第三MOS管组包括MOS管Q3以及MOS管Q6，其中所述MOS管Q3 的漏极外接+18V电源，所述MOS管Q3的源极与所述MOS管Q6的漏极电连接，所述MOS管Q6源极与所述过流保护电路中的检流电阻RN1一端电连接，所述MOS管Q3的栅极、所述MOS管Q6的栅极分别与所述主控芯片电连接；

所述MOS管Q3的漏极与所述电解电容C37的正极电连接，所述电解电容C37的负极一端接地，所述电解电容C40正极与所述电解电容C37的正极电连接，所述电解电容C40负极接地；所述MOS管Q3的漏极端还通过电容C41与所述MOS管Q6源极电连接，电容C42并联接入电容C41的两端；

所述MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3的源极分别与接口MA、接口MB、接口MC电连接，用于外接所述直流无刷电机的第一三相输入端口MA、第二三相输入端口MB、第三三相输入端口MC；

所述第一MOS管组与所述第二MOS管组之间还并联有电容C36；

所述电解电容C37的正极端还与一个电源接口P5，所述检流电阻RN1 与所述电阻R57电连接的一端还与接地接口P6电连接。

进一步地，电机驱动功放模块包括驱动芯片电路，所述驱动芯片电路包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元；

所述第一驱动单元包含第一驱动芯片U5、电容C24、电容C25、电容 C26、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、二极管D3；

所述第一驱动芯片U5的第一引脚接+5V，用于为所述第一驱动芯片U5 供电；所述第一驱动芯片U5的第一引脚还通过所述电容C24接地，所述电容C25并联接入所述电容C24的两端；所述第一驱动芯片U5的第二引脚、第三引脚分别通过所述阻R24、所述电阻R25与所述主控芯片电连接；所述第一驱动芯片U5的第四引脚外接地；所述第一驱动芯片U5的第五引脚通过所述电阻R28与所述三相逆变电路中的MOS管Q4的栅极电连接，所述电阻R28与所述三相逆变电路中的MOS管Q4的栅极电连接的一端还通过所述电阻R30接地；所述第一驱动芯片U5的第六引脚与所述直流无刷电机的第一三相输入端口MA电连接；所述第一驱动芯片U5的第七引脚通过所述电阻R27与所述三相逆变电路中的MOS管Q1的栅极电连接；所述第一驱动芯片U5的第六引脚与所述第一驱动芯片U5的第七引脚通过所述电阻R27与所述电阻R29串联电连接，所述电容C26并联接入所述电阻R29两端；所述第一驱动芯片U5的第八引脚与所述二极管D3的端口2电连接，所述二极管D3的的另一端端口1通过所述电阻R26串联与所述第一驱动芯片U5 的第一引脚电连接；

所述第二驱动单元包含第二驱动芯片U6、电容C27、电容C28、电容 C29、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、二极管D4；

所述第二驱动芯片U6的第一引脚接+5V，用于为所述第二驱动芯片U6 供电；所述第二驱动芯片U6的第一引脚还通过所述电容C27接地，所述电容C28并联接入所述电容C27的两端；所述第二驱动芯片U6的第二引脚、第三引脚分别通过所述电阻R31、所述电阻R32与所述主控芯片电连接；所述第二驱动芯片U6的第四引脚接地；所述第二驱动芯片U6的第五引脚通过所述电阻R35与所述三相逆变电路中的MOS管Q5的栅极电连接，所述电阻R35与所述三相逆变电路中的MOS管Q5的栅极电连接的一端还通过所述电阻R37接地；所述第二驱动芯片U6的第六引脚与所述直流无刷电机的第二三相输入端口MB电连接；所述第二驱动芯片U6的第七引脚通过所述电阻R34与所述三相逆变电路中的MOS管Q2的栅极电连接；所述第二驱动芯片U6的第六引脚与所述第二驱动芯片U6的第七引脚通过所述电阻R34、所述电阻R36串联电连接，所述电容C29并联接入所述电阻R36两端；所述第二驱动芯片U5的第八引脚与所述二极管D4的端口2电连接，所述二极管D4的的另一端端口1通过所述电阻R33与所述第二驱动芯片U6的第一引脚电连接；

所述第三驱动单元包含第三驱动芯片U7、电容C30、电容C31、电容 C32、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、二极管D5；

所述第三驱动芯片U7的第一引脚接+3.3V，用于为所述第三驱动芯片 U6供电；所述第三驱动芯片U7的第一引脚还通过所述电容C30接地，所述电容C31并联接入所述电容C30的两端；所述第三驱动芯片U7的第二引脚、第三引脚分别通过所述电阻R38、所述电阻R39与所述主控芯片电连接；所述第一驱动芯片U7的第四引脚接地；所述第三驱动芯片U7的第五引脚通过所述第四十二电阻与所述三相逆变电路中的MOS管Q6的栅极电连接，所述第四十二电阻R42与所述三相逆变电路中的MOS管Q6的栅极电连接的一端还通过所述电阻R44接地；所述第一驱动芯片U7的第六引脚与所述直流无刷电机的第三三相输入端口MC电连接；所述第三驱动芯片U7的第七引脚通过所述电阻R41与所述三相逆变电路中的MOS管Q3的栅极电连接；所述第三驱动芯片U7的第六引脚与所述第三驱动芯片U7的第七引脚通过所述电阻R41、所述电阻R43串联电连接，所述电容C32并联接入所述电阻 R43两端；所述第三驱动芯片U7的第八引脚与所述二极管D5的端口2电连接，所述二极管D5的另一端口1通过所述电阻R40与所述第三驱动芯片U7 的第一引脚电连接。

进一步地，过流保护电路包括所述检流电阻RN1、第八电压比较器、电容C43、电容C44、电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59；

所述第八电压比较器的第十一引脚通过所述电阻R56与所述检流电阻 RN1的一端电连接，通过所述电容C43与所述检流电阻RN1的另一端电连接；所述第八电压比较器的第十引脚通过所述电阻R58与所述电阻R57串联接地，所述电容C44并联接入所述电阻R58两端，所述第八电压比较器的第十一引脚还通过所述电阻R59接+5V；所述第八电压比较器的第十三引脚通过电阻R12与所述主控芯片电连接；所述第八电压比较器的第三引脚接+5V，还通过电阻R45接+5V，所述第八电压比较器的第十二引脚接地。

进一步地，过温保护模块，用于采集所述电机驱动功放模块的温度，并当温度是否超过预设温度时发送预设温控信号至所述电机驱动功放模块；

所述的过温保护模块包括电阻R19、电阻R20、电阻R21，其中所述电阻R19一端接+3.3V，另一端通过所述电阻R20接地，还通过所述电阻R21 接地，且所述电阻R19与所述电阻R20、电阻R21电连接处接入所述主控芯片。

进一步地，反电动势过零检测模块，一端与所述主控芯片电连接，另一端分别与所述直流无刷电机的第一三相输入端口MA、第二三相输入端口 MB、第三三相输入端口MC电连接；

所述反电动势过零检测模块包括第八电压比较器、电容C33、电容C34、电容C35、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55；

所述第八电压比较器的第一引脚、第二引脚、第十四引脚分别与所述主控芯片电连接；所述第八电压比较器的第四引脚通过所述电容C33与所述第八电压比较器的第五引脚电连接，还通过所述电阻R55接地；所述第八电压比较器的第五引脚通过所述电阻R46接地，还通过所述电阻R47与所述第一三相输入端口MA电连接；所述第八电压比较器的第六引脚通过所述电容C34与所述第八电压比较器的第七引脚电连接，还通过所述电阻R55 接地；所述第八电压比较器的第七引脚通过所述电阻R48接地，还通过所述电阻R49与所述第二三相输入端口MB电连接；所述第八电压比较器的第八引脚通过所述电容C35与所述第八电压比较器的第九引脚电连接，还通过所述电阻R55接地；所述第八电压比较器的第九引脚通过所述第五十电阻R50接地，还通过所述电阻R51与所述第三三相输入端口MC电连接；所述电阻R52、电阻R53、电阻R54一端分别与所述第一三相输入端口MA、第二三相输入端口MB、第三三相输入端口MC电连接，另一端并联后通过所述第五十五电阻接地。

进一步地，电位器调速模块，用于调节直流无刷电机的转速；

所述电位器调速模块包括电阻R4以及电位器Rp1；所述电位器Rp1的端口1与端口2并联且与接+3.3V，所述电位器Rp1的端口3与所述主控芯片电连接，还通过电阻R4接地；

独立按键模块，一端与所述主控芯片电连接，另一端接地，用于生成预设按键控制信号发送至所述主控芯片，通过所述主控芯片控制所述直流无刷电机的工作状态。

进一步地，母线电压采集模块与主控芯片电连接，用于采集电压，并对所述直流无刷电机的过压、欠压情况进行保护；

所述母线电压采集模块，包括电阻R13、电阻R14；所述电阻R13一端外接+18V电源，另一端与所述主控芯片电连接，还通过电阻R14接地。

本实用新型至少包括以下有益效果：

(1)本基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路还通过闭环控制调节算法，主控芯片能够采集所述直流无刷电机转速，再根据预设转速，实时的对所述直流无刷电机的转速进行调节，保证所述直流无刷电机恒速转动；

(2)本基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路还设置有过流保护模块能够监测流经所述直流无刷电机的电流大小，反馈主控芯片，防止流经所述直流无刷电机及电机驱动功放模块的电流过大；

(3)本基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路设置有母线电压采集模块，采集所述直流无刷电机的电压，通过所述主控芯片来判断所述直流无刷电机是否处于过压或者欠压状态；

(4)本基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路设置有过温保护模块监测电机驱动功放模块的温度，当电机驱动功放模块的温度不断升高时，可以将温度的改变反馈至主控芯片，及时停止所述直流无刷电机的运转，增强了所述直流无刷电机的安全可靠性以及稳定性，使得整个控制电路具备自主故障处理功能。

附图说明

图1是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路原理图一；

图2是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路原理图二；

图3是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的主控模块电路原理图；

图4是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的电源模块电路原理图；

图5是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的电机驱动功放模块电路原理图；

图6是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的电机驱动功放模块中的三相逆变电路原理图；

图7是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的电机驱动功放模块中的驱动芯片电路原理图；

图8是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的电机驱动功放模块中的过流保护电路原理图；

图9是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的过温保护模块电路原理图；

图10是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的反电动势过零检测模块电路原理图；

图11是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的电位器调速以及独立按键电路原理图；

图12是本实用新型基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路的母线电压采集模块电路原理图；

其中，图中，主控模块1；主控芯片11；时钟电路12；复位电路13；电源模块2；第一降压单元21；第二降压单元22；第三降压单元23；电机驱动功放模块3；三相逆变电路31；第一MOS管组311；第二MOS管组 312；第三MOS管组313；驱动芯片电路32；第一驱动单元321；第二驱动单元322；第三驱动单元323；过流保护电路33；过温保护模块4；反电动势过零检测模块5；电位器调速模块6；独立键盘模块7；母线电压采集模块8；外接接口9。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1至图2所示，本实施例提供了一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，包括以下模块：

主控模块1、电源模块2、电机驱动功放模块3、过温保护模块4、反电动势过零检测模块5、电位器调速模块6、独立键盘模块7、母线电压采集模块8。

电源模块2、电机驱动功放模块3、过温保护模块4、反电动势过零检测模块5、电位器调速模块6、独立键盘模块7、母线电压采集模块8分别和主控模块1连接，过温保护模块4、反电动势过零检测模块5分别和电机驱动功放模块3电连接。

主控模块1用于接收过温保护模块4、反电动势过零检测模块5、电位器调速模块6、独立键盘模块7、母线电压采集模块8发送的控制信号，并将控制信号发送给电机驱动功放模块3，控制外接直流无刷电机的工作状态。

电源模块2用于为主控模块1、电机驱动功放模块3、反电动势过零检测模块5、电位器调速模块6、母线电压采集模块8提供输入电源。

电机驱动功放模块3用于接收主控模块1发送的控制信号，并将控制信号转换成驱动信号，发送至外接直流无刷电机，驱动外接直流无刷电机工作。

过温保护模块4用于采集电机驱动功放模块的温度，并通过主控模块判断温度是否超过预设温度，若是，则发送控制信号至电机驱动功放模块；

反电动势过零检测模块5包括参考电压电路以及比较电路，与所述电机驱动功放模块以及无刷电机的第一三相输入端MA、第二三相输入端MB、第三三相输入端MC三相连接。

电位器调速模块6用于通过模拟信号的电压的改变调节外接直流无刷电机转速。

独立键盘模块7用于生成控制信号发送至主控模块1。

母线电压采集模块8用于采集外接直流无刷电机的电压，通过主控模块1来判断外接直流无刷电机处于是否过压或欠压状态，若是，则主控模块1发送控制信号至电机驱动功放模块3，控制外接直流无刷电机的工作状态。

具体来说，如图1所示，主控模块1包括主控芯片11、时钟电路12、复位电路13。

主控芯片11采用的是STM32系列的单片机，其型号为STM32F103RCT6，通过单片机STM32F103RCT6，对所述直流无刷电机的转速进行控制，实现直流电机的恒速转动；相应的，在其它的实施方式中还可采用STM8S等系列的单片机作为主控芯片。

时钟电路12包括晶振Y1、电容C1、电容C2；晶振Y1的端口1与主控芯片11的第五引脚电连接，还通过电容C1接地；所述晶振Y1的端口2 与主控芯片11的第六引脚电连接，还通过电容C2接地；单片机 STM32F103RCT6电路接通电源时，时钟电路开始振荡工作，为单片机STM32F103RCT6提供不断的时钟脉冲。

复位电路13包括电阻R3以及电容C3；电阻R3一端接+3.3V，另一端通过电容C3接地，电容C3与电阻R3电连接的一端还与主控芯片11的第七引脚电连接，用于将电路恢复至起始状态。

其中，电阻R3为10K，电容C3为104uF，电阻R3与电容C3构成一个RC电路，复位电路的作用就是把电路恢复到起始状态，电路通过通电瞬间对电解电容充电，由于电解电容的电压不能突变，相当于瞬间短路，也就是3.3V高电平通到单片机STM32F103RCT6复位脚上，电容慢慢充电过程，复位脚上的电压会慢慢降低，只要复位脚上的高电平时间保持在2微秒就能可靠地复位。

具体来说，如图4所示，电源模块2包括第一降压单元21、第二降压单元22以及第三降压单元23；

电源电路是以降压芯片XL7015E1(U2)、稳压芯片78L05(U3)、稳压芯片AMS1117-3.3(U4)为核心的电源电路。不断得通过这三个芯片，逐层降压，给所需电压不用的电路以及芯片供电。可做到从利用U2把18V降至14V，利用U3把14V降至5V，利用U4把5V降至3.3V。

其中降压芯片XL7015E1(U2)的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压，以XL7015E1电源电路中的第十七电阻R17以及第十八电阻R18 之间的比值来分配的输出电压为14V。

此外为了再次保证该降压芯片U2在意外的状态下不会被烧毁，因此在第二引脚上接入第三二极管D3。

第一降压单元21包含第一降压芯片U2、电容C7、电容C15、电解电容 C21、电容C23、电阻R17、电阻R18、电感L1、二极管D1；

第一降压芯片U2选用型号为XL7015E1的降压芯片，通过两个电阻的比值可以设置输出电压；

第一降压芯片U2的第一引脚外接+18V电源，还通过电容C7接地；第一降压芯片U2的第二引脚与二极管D1的端口2电连接，二极管D1的端口 1接地，二极管D1用于保护第一降压芯片U2在意外状态下不会被烧毁；第一降压芯片U2的第三引脚接地；第一降压芯片U2的第四引脚通过所述电阻R18接地，还通过电容C15、电阻R17以及电阻R18串联接地；二极管D1的端口2通过电感L1与第二降压芯片U3的第三引脚电连接，所述二极管D1的端口2还通过电感L1接入所述电容C15与电阻R17的连接处；电解电容C21正极一端接入电容C15与电阻R17的连接处，电解电容C21负极一端接地，电容C23并联接入电解电容C21两端；电阻R17以及电阻R18

第二降压单元22包含第二降压芯片U3、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11；

第二降压芯片U3选用型号为78L05的降压芯片；

第二降压芯片U3的第一引脚接入第八电压比较器的第三引脚，用于为第八电压比较器供电；第二降压芯片U3的第一引脚与第三降压芯片U4的第三引脚电连接，还通过电容C10接地，电容C9并联接入电容C10两端，电容C8并联接入电容C9两端；第二降压芯片U3的第二引脚接地；第二降压芯片U3的第三引脚接入驱动芯片电路，用于为驱动芯片供电；第二降压芯片U3的第三引脚还通过所述电容C11接地；

第三降压单元23包含降压芯片U4、极性电容C12、电容C13；

第三降压芯片U4选用型号为AMS1117-3.3的降压芯片；

第三降压芯片U4的第一引脚接地；第三降压芯片U4的第二引脚分别接入主控芯片11、过温保护模块4、电位器调速模块5，用于为主控芯片 11、过温保护模块4、电位器调速模块5供电；第三降压芯片U4的第二引脚还与极性电容C12的正极电连接，极性电容C12的负极接地，所述电容 C13并联接入极性电容C12的两端；第三降压芯片U4的第三引脚与第二降压芯片的第一引脚电连接。

具体来说，如图5所示，电机驱动功放模块3包括三相逆变电路31、驱动芯片电路32、过流保护电路33；驱动芯片电路33内设置有驱动芯片；三相逆变电路31的一端与过流保护电路33电连接，另一端与外接直流无刷电机连接，用于控制所述直流无刷电机的运转；

驱动芯片电路32一端与主控芯片11电连接，用于接收主控芯片11发送的控制信号，驱动芯片电路32另一端与三相逆变电路31电连接并用于向三相逆变电路31发送驱动信号；

过流保护电路33的一端与三相逆变电路31中的MOS管Q4的源极电连接，另一端与主控芯片11电连接，采集所述过流保护电路33中检流电阻 RN1(电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R64并联而成的电阻)的电流，并判断是否超过预设电流，若是，则发送过流信号至主控芯片11。

如图6所示，MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6是型号为HY4306的场效应管，可承受较高的极限电压与电流，其功能是电流放大和导通作用。

如图7所示，以第一驱动芯片U5为例，第一驱动芯片U5选用型号为 IR2101S的驱动芯片，第一引脚VCC为电源，第二引脚HIN为逻辑输入高，第三引脚LIN为逻辑输入低，第四引脚COM为公共端，第五引脚LO为低边栅极驱动器输出，第六引脚VS为高端浮动供应返回，第七引脚HO为高边栅极驱动器输出，第八引脚VB为高端浮动供应；第七引脚HO输出高电平时，MOS管Q1导通，低电平时MOS管Q1关断；第五引脚LO输出高电平时， MOS管Q4导通，低电平时MOS管Q4关断；

其中，IR2101S是双通道、栅极驱动、高压高速功率驱动器，该器件采用了高度集成的电平转换技术大大化简了逻辑电平对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性，在工程上减少了控制变压器体积和电源数目，降低了产品成本，提高了***可靠性。

相应的，第二驱动芯片U6以及第三驱动芯片U7也是如此；

通过改变第一驱动芯片U5、第二驱动芯片U6、第三驱动芯片U7的第二引脚HIN、第三引脚LIN的电平控制MOS管Q1-Q6的导通与关断，用MOS 管Q1-Q6的导通时间控制直流无刷电机的运转时间。

本实施例的工作原理是通过单片机STM32F103RCT6采集直流无刷电机当前的实时转速，将直流无刷电机的实时转速与预设转速(即期望转速) 对比，当直流无刷电机的实时转速与预设转速不相同时，单片机 STM32F103RCT6通过闭环PID算法(即预设闭环控制调节算法)进行运算，再通过PWM发生器模块生成PWM波，发送至驱动芯片，驱动芯片根据PWM 波形，再对直流无刷电机的转速进行调节，从而实现直流电机的速度保持在预设转速，达到使直流电机恒速转动的目的。

如图8所示，过流保护电路33通过检测检流电阻RN1上的压降除以该阻值来表示三相逆变电路31上的接地电流，通过检流电阻RN1上的压降与第八电压比较器上负向输入端的参考电压进行比较，若同向输入端电压高于负向输入端电压则输出高电平，向主控芯片31发送过流信号，停止直流无刷电机的运转。

具体来说，如图9所示，过温保护模块4包括电阻R19、电阻R20、电阻R21，其中所述电阻R19一端接+3.3V，另一端通过电阻R20接地，还通过电阻R21接地，且电阻R19与电阻R20、电阻R21电连接处接入主控芯片；通过主控芯片流入的电流来判断温升的大小，电流高则温度高；判断温度是否超过预设温度，若是，则发送控制信号，关闭PWM通道，停止电机运行。

如图10所示，反电动势过零检测模块5包括第八电压比较器、电容C33、电容C34、电容C35、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55；

第八电压比较器的第一引脚、第二引脚、第十四引脚分别与主控芯片电连接；第八电压比较器的第四引脚通过电容C33与第八电压比较器的第五引脚电连接，还通过电阻R55接地；第八电压比较器的第五引脚通过所述电阻R46接地，还通过所述电阻R47与所述第一三相输入端口MA电连接；第八电压比较器的第六引脚通过电容C34与第八电压比较器的第七引脚电连接，还通过电阻R55接地；第八电压比较器的第七引脚通过电阻R48接地，还通过电阻R49与所述第二三相输入端口MB电连接；第八电压比较器的第八引脚通过电容C35与第八电压比较器的第九引脚电连接，还通过电阻R55接地；第八电压比较器的第九引脚通过第五十电阻R50接地，还通过电阻R51与第三三相输入端口MC电连接；电阻R52、电阻R53、电阻R54 一端分别与第一三相输入端口MA、第二三相输入端口MB、第三三相输入端口MC电连接，另一端并联后通过第五十五电阻接地。

如图11所示，电位器调速模块6包括电阻R4以及电位器Rp1；电位器Rp1的端口1与端口2并联且接+3.3V，电位器Rp1的端口3与主控芯片电连接，还通过电阻R4接地；电位器Rp1通过与R4之间所占电压比调节输出电压，通过主控芯片将电压比值转化为占空比，生成PWM波，发送至驱动芯片，驱动芯片根据PWM波形，对直流无刷电机的转速进行调节，从而实现直流电机的速度保持在预设转速，达到使直流电机恒速转动的目的。

此外，图11还包含有独立键盘模块7，其中独立键盘模块7有1个按键，即第一按键，与主控芯片电连接，按一下按键，就会发送控制信号至主控芯片，通过主控芯片加速直流无刷电机的运转速度。

具体来说，如图12所示，母线电压采集模块8包括电阻R13、电阻R14；电阻R13一端外接+18V电源，另一端与主控芯片电连接，还通过电阻R14 接地；通过分压法将18V分出一小部分低于3.3V的电压接入主控芯片，通过主控芯片中的AD转换功能得出电压值，与预设欠压阈值以及过压阈值，若在两阈值之间则电机正常运行，若在两阈值之外则通过主控芯片发送控制信号，停止直流无刷电机运行。

如图1至图2所示，本实施例还包括外接接口9。

外接接口9包括接口P2、接口P3、接口P4；

接口P2用于下载、仿真闭环控制调节算法；接口P3用于串口通信；接口P4用于检测反电动势过零点，保护直流无刷电机的运转。

本实用新型电路通过过流保护电路33、过温保护模块4、母线电压采集模块8增强了直流无刷电机的安全可靠性以及稳定性，使得整个控制电路具备自主故障处理功能。

通过闭环控制调节算法，控制芯片能够通过预设程序获取直流电机的实时转速，从而根据预设转速，实时的对电机的转速进行调节，保证电机恒速转动；同时设置过流保护电路能够监测流经电机的电流大小，反馈控制芯片，防止流经电机的电流过大；并设置过温保护电流监测电机以及驱动电路温度的温度，当电机内部温度不断升高时，可以将温度信息反馈至控制芯片，通过母线电压采集电路可以对电机过压及欠压情况下实现保护，增强了电机的安全可靠性以及稳定性，使得整个控制***具备自主故障处理功能。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，包括以下模块：主控模块、电机驱动功放模块、电源模块、过温保护模块、反电动势过零检测模块、电位器调速模块、独立键盘模块、母线电压采集模块；主控模块包括主控芯片、时钟电路、复位电路；所述电机驱动功放模块、电源模块、过温保护模块、反电动势过零检测模块、电位器调速模块、独立键盘模块以及母线电压采集模块分别和主控模块连接；所述过温保护模块和反电动势过零检测模块分别和电机驱动功放模块电连接；

所述主控模块，用于采集直流无刷电机的转速并根据采集的直流无刷电机的转速产生相应的脉冲波形，并将产生的脉冲波形发送至电机驱动功放模块；

所述电机驱动功放模块，用于接收直流无刷电机对应的脉冲波形，并根据接收的脉冲波形调节直流无刷电机的转速。

2.根据权利要求1所述的一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，电源模块包含第一降压单元、第二降压单元以及第三降压单元，所述电源模块，用于为主控模块、电机驱动功放模块、过温保护模块、反电动势过零检测模块、电位器调速模块、独立键盘模块、母线电压采集模块提供输入电源；

所述第一降压单元，用于将输入电压降至第一预设电压；第二降压单元，用于将第一预设电压降至第二预设电压，所述第三降压单元，用于将第二预设电压降至第三预设电压；

第一降压单元包含第一降压芯片U2、电容C7、电容C15、电解电容C21、电容C23、电阻R17、电阻R18、电感L1、二极管D1；

所述第一降压芯片U2的第一引脚外接+18V电源，还通过所述电容C7接地；所述第一降压芯片U2的第二引脚与所述二极管D1的端口2电连接，所述二极管D1的端口1接地；所述第一降压芯片U2的第三引脚接地；所述第一降压芯片U2的第四引脚通过所述电阻R18接地，还通过所述电容C15、所述电阻R17以及所述电阻R18串联接地；所述二极管D1的端口2通过电感L1与所述第二降压芯片U3的第三引脚电连接，所述二极管D1的端口2还通过电感L1接入所述电容C15与所述电阻R17的连接处；所述电解电容C21正极一端接入所述电容C15与所述电阻R17的连接处，所述电解电容C21负极一端接地，所述电容C23并联接入所述电解电容C21两端；

第二降压单元包含第二降压芯片U3、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11；

所述第二降压芯片U3的第一引脚接入第八电压比较器的第三引脚，用于为第八电压比较器供电；所述第二降压芯片U3的第一引脚与所述第三降压芯片U4的第三引脚电连接，还通过所述电容C10接地，所述电容C9并联接入所述电容C10两端，所述电容C8并联接入所述电容C9两端；所述第二降压芯片U3的第二引脚接地；所述第二降压芯片U3的第三引脚接入电机驱动功放模块，用于为电机驱动功放模块供电；所述第二降压芯片U3的第三引脚还通过所述电容C11接地；

第三降压单元包含第三降压芯片U4、极性电容C12、电容C13；

所述第三降压芯片U4的第一引脚接地；所述第三降压芯片U4的第二引脚分别接入所述主控芯片、过温保护模块、电位器调速模块，用于为所述主控芯片、过温保护模块、电位器调速模块供电；所述第三降压芯片U4的第二引脚还与极性电容C12的正极电连接，所述极性电容C12的负极接地，所述电容C13并联接入所述极性电容C12的两端；所述第三降压芯片U4的第三引脚与所述第二降压芯片U3的第一引脚电连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，电机驱动功放模块包括三相逆变电路、驱动芯片电路、过流保护电路；所述驱动芯片电路内设置有驱动芯片；

所述三相逆变电路的一端与所述过流保护电路电连接，另一端与外接直流无刷电机连接，用于控制所述直流无刷电机的运转；

所述驱动芯片电路一端与所述主控芯片电连接，用于接收所述主控芯片发送的控制信号，所述驱动芯片电路另一端与所述三相逆变电路电连接并用于向所述三相逆变电路发送驱动信号；

所述过流保护电路的一端与所述三相逆变电路电连接，另一端与所述主控芯片电连接，并当过流保护电流中的检流电阻RN1的电流超过预设电流时发送过流信号至所述主控芯片。

4.根据权利要求3所述的一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述三相逆变电路包括第一MOS管组、第二MOS管组以及第三MOS管组、电容C36、电解电容C37、电解电容C40、电容C41、电容C42、电源接口P5、接地接口P6；

所述第一MOS管组包括MOS管Q1以及MOS管Q4，其中所述MOS管Q1的漏极外接+18V电源，所述MOS管Q1的源极与所述MOS管Q4的漏极电连接，所述MOS管Q4源极与所述过流保护电路中的检流电阻RN1一端电连接，所述MOS管Q1的栅极、所述MOS管Q4的栅极分别与所述主控芯片电连接；

所述第二MOS管组包括MOS管Q2以及MOS管Q5，其中所述MOS管Q2的漏极外接+18V电源，所述MOS管Q2的源极与所述MOS管Q5的漏极电连接，所述MOS管Q5源极与所述过流保护电路中的检流电阻RN1一端电连接，所述MOS管Q2的栅极、所述MOS管Q5的栅极分别与所述三相逆变电路电连接；

所述第三MOS管组包括MOS管Q3以及MOS管Q6，其中所述MOS管Q3 的漏极外接+18V电源，所述MOS管Q3的源极与所述MOS管Q6的漏极电连接，所述MOS管Q6源极与所述过流保护电路中的检流电阻RN1一端电连接，所述MOS管Q3的栅极、所述MOS管Q6的栅极分别与所述主控芯片电连接；

所述MOS管Q3的漏极与所述电解电容C37的正极电连接，所述电解电容C37的负极一端接地，所述电解电容C40正极与所述电解电容C37的正极电连接，所述电解电容C40负极接地；所述MOS管Q3的漏极端还通过电容C41与所述MOS管Q6源极电连接，电容C42并联接入电容C41的两端；

所述MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3的源极分别与接口MA、接口MB、接口MC电连接，用于外接所述直流无刷电机的第一三相输入端口MA、第二三相输入端口MB、第三三相输入端口MC；

所述第一MOS管组与所述第二MOS管组之间还并联有电容C36；

所述电解电容C37的正极端还与一个电源接口P5，所述检流电阻RN1与所述电阻R57电连接的一端还与接地接口P6电连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，电机驱动功放模块包括驱动芯片电路，所述驱动芯片电路包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元；

所述第一驱动单元包含第一驱动芯片U5、电容C24、电容C25、电容C26、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、二极管D3；

所述第一驱动芯片U5的第一引脚接+5V，用于为所述第一驱动芯片U5供电；所述第一驱动芯片U5的第一引脚还通过所述电容C24接地，所述电容C25并联接入所述电容C24的两端；所述第一驱动芯片U5的第二引脚、第三引脚分别通过所述阻R24、所述电阻R25与所述主控芯片电连接；所述第一驱动芯片U5的第四引脚外接地；所述第一驱动芯片U5的第五引脚通过所述电阻R28与所述三相逆变电路中的MOS管Q4的栅极电连接，所述电阻R28与所述三相逆变电路中的MOS管Q4的栅极电连接的一端还通过所述电阻R30接地；所述第一驱动芯片U5的第六引脚与所述直流无刷电机的第一三相输入端口MA电连接；所述第一驱动芯片U5的第七引脚通过所述电阻R27与所述三相逆变电路中的MOS管Q1的栅极电连接；所述第一驱动芯片U5的第六引脚与所述第一驱动芯片U5的第七引脚通过所述电阻R27与所述电阻R29串联电连接，所述电容C26并联接入所述电阻R29两端；所述第一驱动芯片U5的第八引脚与所述二极管D3的端口2电连接，所述二极管D3的另一端端口1通过所述电阻R26串联与所述第一驱动芯片U5的第一引脚电连接；

所述第二驱动单元包含第二驱动芯片U6、电容C27、电容C28、电容C29、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、二极管D4；

所述第二驱动芯片U6的第一引脚接+5V，用于为所述第二驱动芯片U6供电；所述第二驱动芯片U6的第一引脚还通过所述电容C27接地，所述电容C28并联接入所述电容C27的两端；所述第二驱动芯片U6的第二引脚、第三引脚分别通过所述电阻R31、所述电阻R32与所述主控芯片电连接；所述第二驱动芯片U6的第四引脚接地；所述第二驱动芯片U6的第五引脚通过所述电阻R35与所述三相逆变电路中的MOS管Q5的栅极电连接，所述电阻R35与所述三相逆变电路中的MOS管Q5的栅极电连接的一端还通过所述电阻R37接地；所述第二驱动芯片U6的第六引脚与所述直流无刷电机的第二三相输入端口MB电连接；所述第二驱动芯片U6的第七引脚通过所述电阻R34与所述三相逆变电路中的MOS管Q2的栅极电连接；所述第二驱动芯片U6的第六引脚与所述第二驱动芯片U6的第七引脚通过所述电阻R34、所述电阻R36串联电连接，所述电容C29并联接入所述电阻R36两端；所述第二驱动芯片U5的第八引脚与所述二极管D4的端口2电连接，所述二极管D4的另一端端口1通过所述电阻R33与所述第二驱动芯片U6的第一引脚电连接；

所述第三驱动单元包含第三驱动芯片U7、电容C30、电容C31、电容C32、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、二极管D5；

所述第三驱动芯片U7的第一引脚接+3.3V，用于为所述第三驱动芯片U6供电；所述第三驱动芯片U7的第一引脚还通过所述电容C30接地，所述电容C31并联接入所述电容C30的两端；所述第三驱动芯片U7的第二引脚、第三引脚分别通过所述电阻R38、所述电阻R39与所述主控芯片电连接；所述第一驱动芯片U7的第四引脚接地；所述第三驱动芯片U7的第五引脚通过所述电阻R42与所述三相逆变电路中的MOS管Q6的栅极电连接，所述电阻R42与所述三相逆变电路中的MOS管Q6的栅极电连接的一端还通过所述电阻R44接地；所述第一驱动芯片U7的第六引脚与所述直流无刷电机的第三三相输入端口MC电连接；所述第三驱动芯片U7的第七引脚通过所述电阻R41与所述三相逆变电路中的MOS管Q3的栅极电连接；所述第三驱动芯片U7的第六引脚与所述第三驱动芯片U7的第七引脚通过所述电阻R41、所述电阻R43串联电连接，所述电容C32并联接入所述电阻R43两端；所述第三驱动芯片U7的第八引脚与所述二极管D5的端口2电连接，所述二极管D5的另一端口1通过所述电阻R40与所述第三驱动芯片U7的第一引脚电连接。

6.根据权利要求3所述的一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，过流保护电路包括所述检流电阻RN1、第八电压比较器、电容C43、电容C44、电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻R59；

所述第八电压比较器的第十一引脚通过所述电阻R56与所述检流电阻RN1的一端电连接，通过所述电容C43与所述检流电阻RN1的另一端电连接；所述第八电压比较器的第十引脚通过所述电阻R58与所述电阻R57串联接地，所述电容C44并联接入所述电阻R58两端，所述第八电压比较器的第十一引脚还通过所述电阻R59接+5V；所述第八电压比较器的第十三引脚通过电阻R12与所述主控芯片电连接；所述第八电压比较器的第三引脚接+5V，还通过电阻R45接+5V，所述第八电压比较器的第十二引脚接地。

7.根据权利要求1所述的一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，过温保护模块，用于采集所述电机驱动功放模块的温度，并当温度是否超过预设温度时发送预设温控信号至所述电机驱动功放模块；

所述的过温保护模块包括电阻R19、电阻R20、电阻R21，其中所述电阻R19一端接+3.3V，另一端通过所述电阻R20接地，还通过所述电阻R21接地，且所述电阻R19与所述电阻R20、电阻R21电连接处接入所述主控芯片。

8.根据权利要求1所述的一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，反电动势过零检测模块，一端与所述主控芯片电连接，另一端分别与所述直流无刷电机的第一三相输入端口MA、第二三相输入端口MB、第三三相输入端口MC电连接；

所述反电动势过零检测模块包括第八电压比较器、电容C33、电容C34、电容C35、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55；

所述第八电压比较器的第一引脚、第二引脚、第十四引脚分别与所述主控芯片电连接；所述第八电压比较器的第四引脚通过所述电容C33与所述第八电压比较器的第五引脚电连接，还通过所述电阻R55接地；所述第八电压比较器的第五引脚通过所述电阻R46接地，还通过所述电阻R47与所述第一三相输入端口MA电连接；所述第八电压比较器的第六引脚通过所述电容C34与所述第八电压比较器的第七引脚电连接，还通过所述电阻R55接地；所述第八电压比较器的第七引脚通过所述电阻R48接地，还通过所述电阻R49与所述第二三相输入端口MB电连接；所述第八电压比较器的第八引脚通过所述电容C35与所述第八电压比较器的第九引脚电连接，还通过所述电阻R55接地；所述第八电压比较器的第九引脚通过所述R50接地，还通过所述电阻R51与所述第三三相输入端口MC电连接；所述电阻R52、电阻R53、电阻R54一端分别与所述第一三相输入端口MA、第二三相输入端口MB、第三三相输入端口MC电连接，另一端并联后通过所述电阻R55接地。

9.根据权利要求1所述的一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，电位器调速模块，用于调节直流无刷电机的转速；

所述电位器调速模块包括电阻R4以及电位器Rp1；所述电位器Rp1的端口1与端口2并联且与接+3.3V，所述电位器Rp1的端口3与所述主控芯片电连接，还通过电阻R4接地；

独立按键模块，一端与所述主控芯片电连接，另一端接地，用于生成预设按键控制信号发送至所述主控芯片，通过所述主控芯片控制所述直流无刷电机的工作状态。

10.根据权利要求1所述的一种基于STM32单片机的直流无刷电机控制电路，其特征在于，母线电压采集模块与主控芯片电连接，用于采集电压，并对所述直流无刷电机的过压、欠压情况进行保护；

所述母线电压采集模块，包括电阻R13、电阻R14；所述电阻R13一端外接+18V电源，另一端与所述主控芯片电连接，还通过电阻R14接地。

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