基于STM32F103的深海遠(yuǎn)程電機(jī)控制系統(tǒng)

基于STM32F103的深海遠(yuǎn)程電機(jī)控制系統(tǒng)學(xué)號(hào)：123401姓名：邵尉

深?？茖W(xué)考察所用的調(diào)查設(shè)備其動(dòng)力系統(tǒng)往往采用鋰電池供02Jn有刷直流電機(jī)的方式，但鋰電池供電存在較多弊端，且有刷直流電機(jī)機(jī)械換相部分容易因工作環(huán)境的惡劣出現(xiàn)故障，針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)了一種基于STM32F103微控制器的遠(yuǎn)程永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)。采用同軸電纜供電，使系統(tǒng)的運(yùn)行更加高效更加可靠，有效延長(zhǎng)了作業(yè)時(shí)間。背景：STM32F103簡(jiǎn)介總體評(píng)價(jià)：中等容量增強(qiáng)型，32位基于ARM核心的帶64或128K字節(jié)閃存的微控制器USB、CAN、7個(gè)定時(shí)器、2個(gè)ADC、9個(gè)通信接口使用場(chǎng)合：·電機(jī)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用控制·醫(yī)療和手持設(shè)備·PC游戲外設(shè)和GPS平臺(tái)·工業(yè)應(yīng)用：可編程控制器(PLC)、變頻器、打印機(jī)和掃描儀·警報(bào)系統(tǒng)、視頻對(duì)講、和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)一、系統(tǒng)控制原理

能源與數(shù)據(jù)混合傳輸同軸電纜既給整個(gè)水下系統(tǒng)供電同時(shí)又提供了上位機(jī)和控制系統(tǒng)通信的線路，供電電壓為lkV。數(shù)據(jù)耦合通信模塊負(fù)責(zé)在同軸電纜上分離或疊加經(jīng)調(diào)制過的信號(hào)，而DC／DC電源負(fù)責(zé)把同軸纜上的1kV高壓降為電機(jī)的300V工作電壓并產(chǎn)生供控制系統(tǒng)使用的15V電壓。STM32F103微控制器通過光耦隔離的RS232與數(shù)據(jù)耦合通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，即接收指令或反饋電機(jī)工作狀態(tài)。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)2．1能源與數(shù)據(jù)混合傳輸同軸電纜

能源與數(shù)據(jù)混合傳輸同軸電纜是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵部分?；旌蟼鬏斣砭褪窃诎l(fā)送端將直流電源和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行疊加，然后通過同軸電纜實(shí)現(xiàn)耦合后的傳輸，在接收端再用濾波器將電源和數(shù)據(jù)分開，這樣只用一根同軸電纜就實(shí)現(xiàn)了對(duì)控制系統(tǒng)的供電和控制。2．2數(shù)據(jù)耦合通信模塊

數(shù)據(jù)耦合通信模塊主要由數(shù)據(jù)耦合器和調(diào)制解調(diào)電路兩部分構(gòu)成。調(diào)制解調(diào)電路對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)處理以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。數(shù)據(jù)耦合器實(shí)質(zhì)上就是濾波器，它是實(shí)現(xiàn)混合傳輸功能的主要部分。由于高壓功率電源和數(shù)據(jù)信號(hào)均要在此通過，故要求濾波網(wǎng)絡(luò)耐高壓，且傳輸功率信號(hào)損耗要小、效率高。該濾波網(wǎng)絡(luò)在同軸電纜的水上和水下兩端各有一組，其結(jié)構(gòu)完全相同。2.3PMSM電機(jī)

PMSM按永磁體在轉(zhuǎn)子上安裝的方式不同可分為面裝式、內(nèi)插式和內(nèi)埋式。由于永磁體的磁導(dǎo)率十分接近空氣，面裝式的永磁體轉(zhuǎn)子交、直軸電感基本相等，屬于隱極式電機(jī)。由于其電感比較小，故可快速獲得感應(yīng)電流，且不會(huì)產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)矩的線性比較好。本設(shè)計(jì)所用的電機(jī)即采用了此結(jié)構(gòu)。2.4IPM功率驅(qū)動(dòng)和電流采樣模塊

本設(shè)計(jì)的功率部分采用了FAIRCHILD公司的FSBB20CH60IPM模塊，該功率智能模塊集成的MOS管最大工作電壓為600V，最大工作電流20A，具有很強(qiáng)的自我保護(hù)電路，并帶有一路故障輸出。2.5光耦隔離RS232為防止電機(jī)控制系統(tǒng)因高壓擊穿進(jìn)而損壞數(shù)據(jù)耦合通信模塊，在STM32F103微控制器和數(shù)據(jù)耦合通信模塊之間采取了光耦隔離措施。光耦隔離RS232的原理