如何用NUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH让有刷电机实现速度开环控制？

前言
      有刷电机是大家最早接触的一类电机，中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷，通过旋转磁场获得转动力矩，从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换相作用。









有刷电机采用机械换向，磁极不动，线圈旋转。电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。
在有刷电机中，这个过程是将各组线圈的两个电源输入端，依次排成一个环，相互之间用绝缘材料分隔，组成一个像圆柱体的东西，与电机轴连成一体，电源通过两个碳元素做成的小柱子（碳刷），在弹簧压力的作用下，从两个特定的固定位置，压在上面线圈电源输入环状圆柱上的两点，给一组线圈通电。
随着电机转动，不同时刻给不同线圈或同一个线圈的不同的两极通电，使得线圈产生磁场的N-S极与最靠近的永磁铁定子的N-S极有一个适合的角度差，磁场异性相吸、同性相斥，产生力量，推动电机转动。碳电极在线圈接线头上滑动，像刷子在物体表面刷，因此叫碳“刷”。
相互滑动，会摩擦碳刷，造成损耗，需要定期更换碳刷；碳刷与线圈接线头之间通断交替，会发生电火花，产生电磁破，干扰电子设备。
有刷电机采用机械自动换向方式，控制起来特别简单，特别是直流有刷电机，只需在电机电极上通上直流电就可以让其转动起来，本节以下图所示的1718直流有刷电机为例 ，为大家展示如何用NUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH让其实现速度开环控制！！
示例详解
本节用到ST官方推出的NUCLEO-F103RB和X-NUCLEO-IHM07M1 3SH 开发板。
NUCLEO-F103RB对应的大致原理接线图：





X-NUCLEO-IHM07M1 3SH部分原理图：

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  • X-NUCLEO-IHM07M1 3SH是一款专门用于PMSM（永磁同步）或BLDC（直流无刷 ）的电机驱动板（后面的章节将会给大家展示），当然也可以用于驱动直流有刷电机，本节就用它来控制直流有刷电机（1718，电压7-11V，实际使用9.6V），X-NUCLEO-IHM07M1 3SH电机驱动板驱动芯片型号为L6230（详细数据手册可在st官网下载）,本节仅用IN1,IN2,和OUT1,OUT2即可！
    
    
  • 准备操作
    
    
  
  

需要用到的信号	对应MCU引脚
EN1	PC10
IN1	PA8
EN2	PC11
IN2	PA9

本节将直接使能EN1及EN2引脚，PA8和PA9配置成定时器1的PWM引脚控，通过控制PWM的点空实现对有刷直流电机的速度控制。

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  • 在STM32CubeMX中，有专门的NUCLEO-F103RB工程模板，新建一个Cube工程，芯片型号为st32f103rb：
    
    
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生成一个简单的工程模板实现了RCC,SYS，USART2接口的配置，同时还实现了LD2（LED）引脚的配置。接下来手动配置TIM1(产生主载波频率为72M / ( 2+1) / ( 999 +1) = 24K的PWM):





配置PC10,PC11为GPIO_OUTPUT模式：





生成工程：

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  • 在main.c中main函数里加入如下代码，让电机实现正转10秒后反转10秒循环,并且电机在正转与反转之间切换时的转速度是逐渐增加或减小的：
    
    
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设置工程下载后自动运行：










编译代码，下载程序运行可直以看到电机成功转动起来，并如程序设定效果一致实现了正转10秒后反转10秒循环，有了速度控制，电机在换向时的切换变得更变平稳，同时电机的最大速度也可以根据程序中变量max_speed的值不同也不一样，同学们可以自行修改max_speed的初始值看看实际效果。





如果手头有示波器，可以看到程序输出的PWM波形，及电机电流波形：






本节，成功让电机转动起来并实现了转动方向控制，结合STM32的定时器TIM1产生PWM波的功能来控制PWM波的占空（相当于控制电机的电压）实现电机的速度控制（开环）！OK,本期实验完成！同时如果大家有什么疑问或是有想了解的其它内容，也欢迎大家留言！！最后喜欢这个公众号的同学们记得加关注了，每天都会有技术干货推出！！