廣芯微可視化電機控制上位機解決方案

一、摘要

UM32M130/131、UM32MP31系列芯片是廣芯微電子面向物聯(lián)網、智能家居、工業(yè)設備、電機控制等多種應用場景開發(fā)的32位IoTP處理器芯片系列，芯片采用32位ARM Cortex-M0+內核，最高主頻32MHZ，內部集成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，內置RC高頻和低頻振蕩器，支持免晶振應用。

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

為降低客戶開發(fā)門檻，更方便快捷地對電機控制下位機進行調試，廣芯微開發(fā)設計出對應的可視化電機控制上位機，能夠滿足監(jiān)控、數據交換、故障診斷等功能，快速發(fā)出指令，實現對電機的有效控制，從而實現良好的人機交互。

二、硬件介紹

下圖為UM32M131 MOTOR EVB電機驅動板，包括功率板和EVB合并板。

UM32M131方波應用

MCU要求：PWMx6，OPAx1，CMPx4，ADx14

通信：UART/IIC

主頻：32MHz

UM32MP31方波應用

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，經過UM6032（預驅）驅動由Q1-Q6組成的三相逆變橋（如下圖所示），控制電機進行換相。

三、上位機軟件介紹

下圖為電控系統(tǒng)可視化上位機軟件的主界面圖，適配于多種電機控制系統(tǒng)應用場景，可實現電機的參數配置、數據交換、故障監(jiān)測、系統(tǒng)操控等功能。

功能架構大致如下：

控制電機。上位機根據用戶需求，生成相應的控制指令，發(fā)送給下位機，下位機通過串口接收到指令后執(zhí)行相應動作。因此用戶可通過直接控制啟動、停止、正轉、反轉四個基礎按鈕，或通過讀寫指令設置控制參數，從而實現對電機的快速控制。

串口通信，數據交換。上位機軟件提供給用戶一個友好的操作界面，用戶可通過只讀、讀寫、只寫指令對電機進行參數的采集和配置，包括電機采樣參數、控制參數、配置參數、保護參數。參數數據通過串口由上位機傳輸至下位機。

故障狀態(tài)監(jiān)測。上位機在后臺實時監(jiān)控電機的運行狀態(tài)和故障狀態(tài)，根據電機下位機的反饋信息，實時調整控制指令，從而達到預期效果。運行狀態(tài)和故障狀態(tài)具體包括以下：

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

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

下圖為上位機軟件的串口實時繪圖界面：

上位機開始運行后，發(fā)送連接指令，監(jiān)聽串口數據，在成功連接后回讀電機下位機中的所有參數數據，并更新于上位機界面。完成數據回讀后，后臺進入對電機故障狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)控中。

例如，配置完參數后發(fā)送讀寫指令，上位機會將配置值寫入下位機，待成功回應后重復讀取下位機參數，完成數據解析并實時更新顯示于界面。當暫停發(fā)送或接收錯誤時，自動退出發(fā)送線程，重新進入后臺監(jiān)控狀態(tài)。具體流程如下圖：

當指令完成發(fā)送后，上位機將重新進入后臺監(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行。

四、電機控制系統(tǒng)上位機優(yōu)勢

較強的數據處理能力，能夠快速對大量數據進行處理分析，并同步至界面，便于用戶及時對電機設備運行進行優(yōu)化。

通過采集、處理和分析電控系統(tǒng)下位機設備的數據，實時監(jiān)測和控制電機運行過程，并根據需要做出相應的調整，使得電機運行更加協(xié)調和高效。

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

數據可視化，上位機支持參數以曲線圖的方式動態(tài)呈現，能夠滿足用戶在參數采集和配置過程中更加清晰地觀察參數變化。

應用靈活，滿足所有同類電機控制系統(tǒng)的應用需求，隨著科技的不斷發(fā)展，電機控制系統(tǒng)和設備也會發(fā)生相應的更新變化，而上位機作為一個獨立的控制系統(tǒng)，可以通過軟件的更新和升級來適應這些變化，而無需對整個系統(tǒng)進行大規(guī)模的更改。

總結

上位機作為工業(yè)自動化系統(tǒng)的重要組成部分，實現了工業(yè)自動化的高效運行和控制管理。上位機通過與下位機設備的串口通信，實現數據采集、數據配置、控制指令下發(fā)、實時監(jiān)測等功能；通過算法處理和分析數據，并在界面上呈現，為用戶提供了更為直觀的決策依據。在上位機的操作簡潔性和功能實用性上，廣芯微將不斷完善，加速人機交互的進化與發(fā)展。

關于廣芯微

廣芯微電子（廣州）股份有限公司是一家致力于面向新能源、變頻電機控制及低功耗物聯(lián)網等領域為客戶提供創(chuàng)新芯片及其解決方案的集成電路設計企業(yè)，其產品包括極具特色的微控制器芯片、無線射頻收發(fā)器芯片、快充與數字電源管理芯片等。廣芯微獨有的低功耗芯片設計方法、高效率的變頻電控技術、大功率的PD快充協(xié)議以及多樣性無線連接技術整合而成創(chuàng)新與差異化的集成電路設計，在健康醫(yī)療電子、消費電子、智慧家庭、工業(yè)控制、傳感器與表計等領域已經得到了廣泛的應用。

審核編輯：湯梓紅