基于STM32的FOC控制（芙宁娜·彩印版）

题目要求

1.设计整体硬件电路，支持驱动云台电机/小功率航模电机，可以实现FOC位置、速度、力矩闭环控制。

2.设计软件主体，该驱动器可实现旋转编码器、UART或CAN总线进行配置和控制，拥有简单实用的OLED屏显示界面。

题目分析

1.电源管理
设计有两路DC固定+12V电源输入，除一般电池输入接口外，为方便学习调试，考虑到云台电机/小功率航模电机的功率有限，另一路TYPEC接口采用PD快充协议诱骗供电；
添加一路DCDC开关稳压电路为板载芯片提供+3V3工作电压。

2.电机驱动
采用三个半H桥驱动集成电路芯片，可实现过流保护、短路保护、欠压闭锁、过温保护的内部关断功能，减少外部电路设计。

3.电流监控
利用电流分流监控器实时监控直流无刷电机各项电流以实现闭环。

4.位置监控
利用径向磁铁与磁编码器实时监控直流无刷电机其转速等参数以实现闭环。

5.人机交互
板载串口转TTL模块，方便开发调试；
预留旋转编码器及OLED接口，可用于设计交互UI。

6.通信拓展
预留有UART、CAN通信接口。

原理图设计说明

1.PD协议诱骗及USB防倒灌电路

![电池供电接口与USB防倒灌设计.png]
(//image.lceda.cn/oshwhub/6c85c9de771945eb9d75a7f01704d1aa.png)

·快充协议受电芯片（CH224K）：方便用于无电池调试电机，芯片提供过温、过压保护等功能。（已验证）

·防倒灌保护电路：保护串口通讯等USB电压小于电池电压时，电池高电压灌入USB口以致设备损坏。（已验证）

2.降压转换电路

·稳压芯片（TPS5430）：系统受过流限制、过压保护和热关断的保护，为板载单片机等提供3V3工作电源。（已验证）

3.串口自动下载电路及STM32最小系统电路

·USB转串口芯片（CH340C）：利用MODEM联络信号实现对STM32的BOOT0与NRST的电平操作以实现自动下载操作。（已验证）

·单片机最小系统（STM32F103C8T6）：保留经典设计。（已验证）

4.DRV8313电机驱动芯片应用电路

·三个半H桥驱动器集成电路（DRV8313）：器件提供实现过流保护、短路保护、欠压闭锁和过温保护的内部关断功能。（已验证）

5.INA199电流采样及磁编码器

·电流分流监控器（INA199）：通过单片机IO口采集相电流。（已验证）

6.OLED、旋转编码器及拓展通信接口

·略：（已验证）

PCB设计说明

• 前提：刘某的PCB学识大多源自互联网众多大佬的无私分享，在这里对诸位前辈表达由衷的感谢，谢谢你们。而惭愧的是，刘某的PCB设计技巧依旧生疏粗糙，同样欢迎各位同志们批评建议，向同志们学习。
• 大电流的电源线路走线加粗；
• 采样电路应差分布线；
• 大面积铺铜应使用过孔消除孤岛。

软件说明

功能测试代码
代码相当粗糙，仅应用于测试。
代码块：

			GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);
			GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14);
			GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_15);
			
			OLED_ShowNum(0,48,Get_Adc_Average(10),4,16,1);
			OLED_Refresh();
			delay_ms(50);
			GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);
			GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14);
			GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_15);
			OLED_ShowNum(0,48,Get_Adc_Average(10),4,16,1);
			OLED_Refresh();
			delay_ms(50);
			GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);
			GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_14);
			GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_15);
			OLED_ShowNum(0,48,Get_Adc_Average(10),4,16,1);
			OLED_Refresh();
			delay_ms(50);

实物展示说明

串口下载时，应装上RXD与UTX，TXD与URX的跳线帽，软件中注意选择为DTR低电平复位，RTS高电平进BootLoader。

注意事项

注意：

• TPS5430降压芯片的输入电压工作范围为5.5V~36V，故若TYPEC诱骗电压失败且无电池供电的情况下，后级3V3电路无电源输出。
  

• DRV8313参考了利用自身比较器构成电流限制应用电路，但该设计可以选择不焊，保留了0603焊盘方便短接。
  

演示视频

更新日志

1. 2024/11/19 初次发布。