【浙江理工大學】嵌入式電機控制實驗平臺
功能、作用介紹
目前，國內外對于低壓電機的研究已有很多，且各有優缺。浙江理工大學自動化系在多年教學實踐的基礎上，應用嵌入式技術、電力電子技術、DC-AC逆變等現代調速技術，研制了以直流電機/直流無刷電機/交流永磁同步電機等為實驗對象的、由一塊控制板和兩塊驅動板組成的全數字嵌入式電機實驗平臺，不僅滿足了自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、計算機等相關專業的嵌入式系統、運動控制等相關課程實驗的的開設，而且也為學生的畢業設計、綜合性課程設計等實踐教學活動和電子設計競賽、單片機競賽等大學生科技活動的開展提供了創新實驗平臺。
該自制平臺的核心是控制板和驅動板，前者主要有主控制芯片、串口通訊模塊、外部按鍵、數碼管顯示、指示燈、模擬調節按鈕等;后者主要是三相逆變模塊，以及在此基礎上補充的過壓、過流和過熱保護電路，反電動勢和過零點檢測模塊，霍爾信號檢測模塊，整流濾波、直流電源等。此外還配置了一個單片機的仿真器。
特別的，不同于以往的原理性驗證的需求，本自制實驗平臺重點加強了工程的部分，將各個模塊清晰標注，特別對產品中的各類保護做了重點突出，各類錯誤都配置了指示燈，出現錯誤一目了然，板子上提供了各類測試點，可以直接用示波器掛鉤來觀測對應波形，方便學生深入了解細節，培養良好工程素養。
自制實驗設備的軟件選用keil uvision4作為編程調試的平臺，Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境(uVision)將這些部分組合在一起。各模塊自由接線或選默認接線，在搭建好實驗電路后，利用U-EC5 C8051F仿真器仿真和下載上述基于Keil uVision 4平臺編寫的程序即可進行實驗。在該眾多模塊基礎上還可以實現各種功能的綜合應用系統，滿足各方面的教學創新要求。
C8051F310低壓電機試驗平臺的具體構成如下：
1. CPU：C8051F310，LQFP-32封裝，硬件實現的SMBus/ I2C、增強型UART和增強型SPI串行接口，29個數字端口I/O
2. 一個仿真器接口
3. 一個復位按鍵，十個外部按鍵
4. 一路電位器輸入模擬信號，可用來驗證模數轉換(A/D)
5. 一個RS485網絡通訊接口
6. 一個LED指示燈，四個LED數碼管
7. 一個I2C的EEPROM，AT24C02
8. 一個電源指示燈
在該平臺上提供的基礎實驗包括：
1. IO口的輸入輸出實驗。通過一個LED燈的閃爍來觀察IO口的輸出情況，通過一個獨立按鍵控制LED等使其狀態變化來實現IO口的輸入。
2. 串口通信實驗。通過PC端的串口調試助手發送串口數據，單片機接收(通過查詢或者中斷方式)并返回接收到的數據到串口調試助手
3. EEPROM讀寫實驗。直接往EEPROM某幾個連續的地址空間內寫入數據，然后再從EEPROM相同的地址空間讀取數據?；蛘呋贗2C協議實現EEPROM的讀寫功能。
4. ADC模數轉換實驗。選擇timer2溢出作為ADC0的觸發源，ADC0采集數據后通過UART0串口傳送到PC端，然后在PC端對數據做進一步分析和處理等。
5. CH452數碼管驅動和鍵盤驅動實驗。CH452 的數碼管顯示驅動與鍵盤掃描控制之間相互獨立，單片機可以通過操作命令分別啟用、關閉、設定這兩個功能。
6. PWM輸出實驗。利用C8051F系列單片機的ADC功能采集電位器電壓，并根據采樣值進行PWM占空比的調節輸入，實現LED燈亮度的變化。
7. 直流電機單極性PWM調速實驗。編程實現直流電機單極性PWM調速，并在數碼管上顯示轉速。
8. 直流電機H橋正反轉實驗。H橋式電機驅動電路包括4個場效應管和一個電機，利用C8051F系列單片機來控制，實現H橋驅動電路控制電機正反轉。
9. 直流電機的閉環調速實驗，實驗指導書提供PID編程思路。
10. 有傳感BLDC調速實驗。利用C8051F310單片機控制無刷直流電機實現有傳感情況下的調速。
11. 無刷直流電機的無位置傳感器實驗，實驗系統提供了兩套無位置傳感器的啟動及穩定方案。
12. 交流電機開環調速實驗。用三相橋驅動交流電機，對功率為60w的同步電機進行調速控制。
13. 選配模塊，可選配步進電機驅動器模塊，可以利用步進電機驅動器實現步進電機定位等功能。
14.接口規范，便于開展板載器件外的擴展性實驗，如可以通過外接變壓器，構建逆變電路實驗。
作品名稱：嵌入式電機控制實驗平臺
完成單位：浙江理工大學
