CN103117697B - 一种具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器，包括MCU控制单元、驱动IC单元和温度、电压保护单元，电调运行时实时测量电路、数据记录存储器和位置传感器，所述电调运行时实时测量电路用于测量电机电流、电池电压、控制器温度的实时参数，并将测量的各项参数传送到MCU控制单元，通过MCU控制单元实现数据的采集，将采集的各项数据存储到数据记录存储器中；所述位置传感器用于测量飞行高度，通过MCU控制单元将飞行高度的数据存储在数据记录存储器中。本发明能够对动力系统的电流、电压、温度、电机转速和油门开度等信息记录并存储，以更好地提升功力系统的运行效率。

Description

一种具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器

技术领域

本发明涉及无感无刷电机控制器，更具体的说涉及一种具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器。

背景技术

近年来，由于直流无感无刷电机具有体积小，重量轻，效率高，免维护等特点，因而被越来越多地应用于航空，航海等竞赛级电动模型中。

随着直流无感无刷电机在竞赛级电动模型中的广泛应用，对电机控制器的功能也提出了越来越高的要求。现有的无感无刷电机控制器只作为电机的驱动控制单元，实施对电机启动-运行-停止等控制，其功能较少。在竞赛过程中，操作者往往想更多地了解电动模型的动力系统的实时运行状况，譬如，当前动力系统的电流、电压、温度、电机转速和油门开度等信息，而现有的无感无刷电机控制器不能实时记录电动模型的动力系统信息，致使操作者想对自己的模型进行优化时，找不到参数依据，不利于电动模型的动力系统运行效率的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器，其能够将电动模型的动力系统的电流、电压、温度、电机转速和油门开度等信息记录并存储，为操作者优化电动模型的动力系统提供依据。

本发明所述具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器，包括MCU控制单元、与所述MCU控制单元电连接的驱动IC单元和温度、电压保护单元，还包括电调运行实时测量电路、数据记录存储器和位置传感器，所述电调运行实时测量电路、数据记录存储器和位置传感器均与MCU控制单元电连接；

所述电调运行实时测量电路用于测量电机电流、电池电压、控制器温度，并将测量的各项参数传送到MCU控制单元，通过MCU控制单元实现数据的采集，将采集的各项数据存储到数据记录存储器中；

所述MCU控制单元与控制信号采集单元电连接，用于采集电机输出控制信号，并将采集到的参数存储到数据记录存储器中；油门开度信号就是控制信号，而控制信号是脉冲信号，高电平的时间对应控制油门的大小，从而实现了油门开度参数的采集；

所述MCU控制单元与反电势波形采集单元连接，用于输出电机运行的反电势波形，并将采集到的参数存储到数据记录存储器中；根据反电势的周期，实现电机转速信号的采集；

所述位置传感器用于测量飞行高度，通过MCU控制单元将飞行高度的数据存储在数据记录存储器中。

进一步，所述MCU控制单元包括中央处理器、多路切换开关、模拟数字转换器和记录数据输出控制单元；

所述电调运行实时测量电路包括电池电压检测电路、电机电流检测电路和控制器温度检测电路；

所述电池电压检测电路、电机电流检测电路和控制器温度检测电路分别与MCU控制单元连接，经过多路切换开关，由模拟数字转换器将电机电流、电池电压、控制器温度的模拟信号转换为数字信号；

所述中央处理器用于处理电机电流、电池电压、控制器温度、油门开度及电机转速的数据，由记录数据输出控制单元将电机电流、电池电压、控制器温度、油门开度及电机转速的参数存储到数据记录存储器中。

所述数据记录存储器为EEPROM存储器。

本发明所述具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器，由于增加有上述各项测量电路及存储器，实现了动力系统的电流、电压、温度、电机转速和油门开度等信息记录并存储。航模在飞行后，操作者可以将数据记录存储器取下，并将其与电脑连接，通过相应的软件分析数据记录存储器记录的各项参数，从而了解整个动力系统的工作状况，为模型的优化提供数据依据，以更好地提升功力系统的运行效率。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明中各项参数采集及存储的原理图；

图3为图2中电池电压检测电路的电路图；

图4为图2中电机电流检测电路的电路图；

图5为图2中控制器温度检测电路的电路图；

图6为图2中控制信号采集单元的电路图

图7为图2中反电势波形采集单元的电路图。

图8为本发明中MCU控制单元的软件流程图

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过结合附图来对本发明进行详细阐述。

参见图1和图2所示，具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器，包括MCU控制单元6、驱动IC单元1、电调运行实时测量电路5、数据记录存储器4、位置传感器3和温度、电压保护单元2，所述驱动IC单元1、电调运行实时测量电路5、数据记录存储器4、位置传感器3和温度、电压保护单元2均与MCU控制单元6电连接，所述电调运行实时测量电路5用于测量电机电流、电池电压、控制器温度的实时参数，并将测量的各项参数传送到MCU控制单元6，通过MCU控制单元实现数据的采集，将采集的各项数据存储到数据记录存储器4中；所述MCU控制单元6与控制信号采集单元7电连接，用于采集电机输出控制信号，并将采集到的参数存储到数据记录存储器4中；所述MCU控制单元6还与反电势波形采集单元8连接，用于输出电机运行的反电势波形，并将采集到的参数存储到数据记录存储器4中；所述位置传感器3用于测量飞行高度，通过MCU控制单元6将飞行高度的数据存储在数据记录存储器4中。

参见图2所示，所述MCU控制单元6的型号为C8051F310，其包括中央处理器63、多路切换开关61、模拟数字转换器62和记录数据输出控制单元64；

所述电调运行实时测量电路5包括电池电压检测电路51、电机电流检测电路52和控制器温度检测电路53；

所述电池电压检测电路51、电机电流检测电路52和控制器温度检测电路53分别与MCU控制单元6连接，经过多路切换开关61，由模拟数字转换器62将电机电流、电池电压、控制器温度的模拟信号转换为数字信号；

所述中央处理器63用于处理电机电流、电池电压、控制器温度、油门开度及电机转速的数据；所述记录数据输出控制单元64通过P20端口、P24端口、P25端口与EEPROM存储器4连接，将电机电流、电池电压、控制器温度、油门开度及电机转速的参数存储到EEPROM存储器4中。

参见图2和图3所示，所述电池电压检测电路51，包括电调的工作点电源VS、电阻R20和电阻R21，工作点电源VS通过R20、R21分压后连接到MCU控制单元6的P10端口。

参见图2和图4所示，所述电机电流检测电路52，包括电阻R15和运算放大器U4A，所述电阻R15与在电调的地线电流汇总线上选择的测量点CUR_MI连接，经过UA4运算放大器放大后连接到MCU控制单元6的P15端口。

参见图2和图5所示，所述控制器温度检测电路53包括温度传感器R99和电阻R7，所述R99是NTC材质的温度传感器；其电阻值和环境温度成反比，温度传感器R99和电阻R7与3.3V电压连接，构成一个分压结构，其分压值反应了温度的变化，该电路连接到MCU控制单元6的P22端口。

参见图2和图6所示，所述控制信号采集单元7包括电阻、三极管、光耦，该电路连接到MCU控制单元6的P02端口，完成脉冲信号的采集，高电平的时间对应控制油门的大小，从而实现了油门开度参数的采集。

参见图2和图7所示，所述反电势波形采集单元的电路图8包括R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12，所述R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12构成的电阻网络分压后进入LM339电压比较器，LM339电压比较器的输出端分别与MCU控制单元6的P12端口、P13端口、P07端口连接，MCU控制单元6内部根据比较器输出的电平变化测量出电机的选择速度和相位情况，完成相位的捕获和转速的大小数据的采集。

参见图8所示，所述MCU控制单元的软件控制流程如下，接通电源后，初始化各项参数，采集启动信号，当接收到允许启动的信号后，启动电机，电机启动后对电机相位检测，检测完电机相位后依次对电机电源电压、电调温度、控制信号大小及电调工作电路进行测量，数据测量完成后分析测量的数据，数据分析完成后对电调工况是否正常进行判断，如果正常则将测量的数据写入EEPROM中，如果电调工况不正常则停止电机工作。

Claims (2)

1.一种具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器，包括MCU控制单元（6）、与所述MCU控制单元电连接的驱动IC单元（1）和温度、电压保护单元（2），其特征在于：

还包括电调运行实时测量电路（5）、数据记录存储器（4）和位置传感器（3），所述电调运行实时测量电路（5）、数据记录存储器（4）和位置传感器（3）均与MCU控制单元（6）电连接；

所述电调运行实时测量电路（5）用于测量电机电流、电池电压、控制器温度，并将测量的各项参数传送到MCU控制单元（6），通过MCU控制单元实现数据的采集，将采集的各项数据存储到数据记录存储器（4）中；

所述MCU控制单元（6）与控制信号采集单元（7）电连接，用于采集电机输出控制信号，并将采集到的参数存储到数据记录存储器（4）中；

所述MCU控制单元（6）与反电势波形采集单元（8）连接，用于输出电机运行的反电势波形，并将采集到的参数存储到数据记录存储器（4）中；

所述位置传感器（3）用于测量飞行高度，通过MCU控制单元将飞行高度的数据存储在数据记录存储器（4）中。

2.根据权利要求1所述具有实时数据记录功能的无感无刷电机控制器，其特征在于：所述MCU控制单元（6）包括中央处理器（63）、多路切换开关（61）、模拟数字转换器（62）和记录数据输出控制单元（64）；

所述电调运行实时测量电路（5）包括电池电压检测电路（51）、电机电流检测电路（52）和控制器温度检测电路（53）；

所述电池电压检测电路（51）、电机电流检测电路（52）和控制器温度检测电路（53）分别与MCU控制单元（6）连接，经过多路切换开关（61），由模拟数字转换器（62）将电机电流、电池电压、控制器温度的模拟信号转换为数字信号；

所述中央处理器（63）用于处理电机电流、电池电压、控制器温度、油门开度及电机转速的数据，由记录数据输出控制单元（64）将电机电流、电池电压、控制器温度、油门开度及电机转速的参数存储到数据记录存储器（4）中。