專利名稱：全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種控制系統(tǒng)，具體的說是涉及一種全數(shù)字化水泵用的無刷直流電機控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]目前，已經(jīng)使用的水泵控制系統(tǒng)存在著以下一些問題[0003]I、水泵類機械設(shè)備在國民經(jīng)濟各行各業(yè)中占有重要地位，每年因系統(tǒng)運行效率低下造成的電能損失達200億kWh以上。在當前能源日益緊缺的情況下，推廣水泵節(jié)能技術(shù)不但具有重大的經(jīng)濟效益，而且有著重大的社會效益。目前水泵系統(tǒng)效率較低主要原因有兩個一是采用傳統(tǒng)的閥門、擋板來控制流量；二是技術(shù)改造和大部分新建系統(tǒng)中普遍采用效率較低的異步(感應(yīng))電機變頻調(diào)速系統(tǒng)。提高水泵系統(tǒng)效率一是要研制優(yōu)質(zhì)的水力模型、優(yōu)化設(shè)計水泵過流表面等提高水泵自身的性能；二是要采用合理方式根據(jù)工況調(diào)節(jié)流量。[0004]2、水泵用永磁無刷直流電動機的DSP控制系統(tǒng)中目前還存在的主要問題[0005](I)目前無線模塊主要采用無線收發(fā)模塊PTR2000，其核心是nRF401芯片。nRF401 是一個為433. 92MHz ISM頻段設(shè)計的真正單片UHF無線收發(fā)芯片。它采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，最高工作速率可以達到20K，發(fā)射功率可以調(diào)整，其最大發(fā)射功率是+IOdBm,工作電壓范圍為+2. 7V +5. 25V。但這種方式的傳輸距離比較短，只有100M左右。[0006](2)驅(qū)動芯片為IR2110，其內(nèi)部的上橋臂驅(qū)動器電源是通過自舉技術(shù)獲得的，因此連接到固定電源的二極管的反向耐壓必須大于被驅(qū)動的MOSFET工作時的電壓峰值。 IR2110內(nèi)部驅(qū)動器輸出阻抗較低，直接用它驅(qū)動MOSFET期間會引起器件的快速開通和關(guān)斷，可能會造成MOSFET器件漏源極之間的振蕩，這樣一方面會引起射頻干擾，另一方面可能造成過高的瞬時電流，而被擊穿，同時，它的驅(qū)動能力也比較弱。[0007](3) DSP內(nèi)編寫的是普通驅(qū)動算法程序，只能發(fā)出較低頻率的PWM驅(qū)動波形，從而使得轉(zhuǎn)矩脈動較大，電機運行效率偏低，能耗偏大，控制效果不理想。[0008](4)采用一體式電路設(shè)計，若要加大負載或者電路板出故障損壞，則必須重新設(shè)計整個電路板，大大的增加了設(shè)計成本和維護維修的難度。[0009](5)控制模式單一，缺乏靈活性和方使性。發(fā)明內(nèi)容[0010]有鑒于此，本實用新型提供一種全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，提高了水泵的工作效率，避免了不必要的能源損耗，其控制模式更加多元化，操作更加靈活與方便。[0011]為解決以上技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是[0012]全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，包括電源模塊，所述電源模塊分別與接口電路板、DSP核心控制板、逆變電路板、無刷直流電動機以及水泵相連接，同時該接口電路板還與PC機、通訊工具以及Internet相連接。[0013]進一步的，上述接口電路板上設(shè)置有接口總線，在接口總線上還分別連接有以太網(wǎng)控制模塊、GSM通訊模塊、串行通訊接口模塊、擴展接口、鍵盤輸入裝置、紅外輸入裝置以及語音輸入裝置，同時該接口總線還與DSP核心控制板相連。[0014]作為優(yōu)選，上述接口電路板上的鍵盤輸入設(shè)備為矩陣鍵盤，紅外輸入設(shè)備采用 38kHz 一體化紅外接收頭，以太網(wǎng)接口模塊采用RTL8019AS芯片，GSM通訊模塊采用TC35i-H-* I I心/T O[0015]再進一步的，上述DSP核心控制板包括與接口電路板相連的控制板接口總線，該控制板接口總線上還連接有CPU，該CPU上還分別連接有顯示模塊、兩個8MSARAM、20MHz晶振、JTAG接口、AD接口和PWM信號輸出接口，且DSP核心控制板還分別通過AD接口和PWM 信號輸出接口與逆變電路板相連。[0016]作為優(yōu)選，所述DSP核心控制板上的CUP為TMS320F2812芯片，顯示模塊采用彩屏顯示器。[0017]更進一步的，上述逆變電路板上設(shè)有依次相連的光耦合電路、功率管驅(qū)動集成電路、橋式逆變電路以及無刷直流電動機接口電路，該光耦合電路還與PWM信號輸出接口相連，另外在逆變電路板上還單獨設(shè)置了與AD接口相連接的三相端電壓與母線電流檢測電路，且無刷直流電動機接口電路以及三相端電壓與母線電流檢測電路還同時與無刷直流電動機相連，同時無刷直流電動機還與水泵相連。[0018]另外，所述接口電路板、DSP核心控制板和逆變電路板上分別設(shè)有電源接口，并通過電源接口分別與電源模塊相連。[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有以下有益效果[0020](I)本實用新型DSP核心控制板以芯片TMS320F2812作為數(shù)據(jù)處理核心，該芯片是定點三十二位的通用數(shù)字信號處理芯片，其指令周期為6. 67ns，它將一個高性能的DSP核、 大容量的片上存儲器和專用的電動機控制外設(shè)電路以及其他功能的外設(shè)電路集成在單芯片上，從而使得整個水泵控制所需的各種功能都可由DSP控制器來實現(xiàn)，且大大的減小了系統(tǒng)的體積；[0021](2)本實用新型的接口電路板上設(shè)有串行通訊接口模塊，且將該模塊跟PC機相連，從而可以通過編寫上位機界面實時監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送情況，可以存儲數(shù)據(jù)，分析結(jié)果，并可以繪出相關(guān)參數(shù)的實時變化曲線圖，達到遠程監(jiān)控的目的；[0022](3)本實用新型的鍵盤輸入裝置采用常規(guī)的矩陣鍵盤，操作更容易簡單，使用起來更大眾化，從而更方便使用；[0023](4)本實用新型的紅外輸入裝置采用38kHz —體化紅外接收頭，它集接收、放大、 解調(diào)于一體，直接輸出的是數(shù)字信號，而紅外遙控的特點是不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備，由于其無法穿透墻壁，故處在不同地點的控制系統(tǒng)可使用通用的遙控器而不會產(chǎn)生相互干擾，從而使其能夠更好的避免外界的干擾，并且電路調(diào)試簡單，只要按給定電路連接無誤，一般不需任何調(diào)試即可投入工作，編解碼容易，可進行多路遙控；[0024](5)本實用新型的GSM模塊采用以TC35i為主芯片的電路，而TC35i短信模塊體積小、重量輕，功耗低，并且支持數(shù)據(jù)、語音和短消息，使其能夠更好的接受和發(fā)送數(shù)據(jù)；[0025](6)本使用新型設(shè)有多種輸入設(shè)備，使其控制方式更加的靈活和方便。
[0026]圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
[0027]本實用新型的核心思路是，精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減小其制造的難度以及占地的面積，同時更易于對該設(shè)備進行日常維護與檢查修理。[0028]為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。[0029]實施例I[0030]如圖I所示，全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，包括電源模塊，所述電源模塊分別與接口電路板、DSP核心控制板、逆變電路板、無刷直流電動機以及水泵相連接，同時該接口電路板還與PC機、通訊工具以及Internet相連接。[0031]上述接口電路板上設(shè)置有接口總線，在接口總線上還分別連接有以太網(wǎng)控制模塊、GSM通訊模塊、串行通訊接口模塊、擴展接口、鍵盤輸入裝置、紅外輸入裝置以及語音輸入裝置，同時該接口總線還與DSP核心控制板相連。[0032]作為優(yōu)選，上述接口電路板上的鍵盤輸入設(shè)備為矩陣鍵盤，紅外輸入設(shè)備采用 38kHz 一體化紅外接收頭，以太網(wǎng)接口模塊采用RTL8019AS芯片，GSM通訊模塊采用TC35i-H-* I I心/T O[0033]為了實現(xiàn)DSP數(shù)據(jù)處理板的串行通訊接口模塊與上位計算機的串口相互進行通信，從而實現(xiàn)對無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)進行控制，于是就需要把TTL電平轉(zhuǎn)換為UART電平， 為此在實用新型中使用了 MAX232硬件電路來實現(xiàn)這一電平轉(zhuǎn)換功能，PC串口的TD管腳即數(shù)據(jù)發(fā)送管腳，經(jīng)過MAX232之后，電平由-IOV +IOV轉(zhuǎn)換到(T+5V連接到DSP串口的數(shù)據(jù)接受管腳；同理DSP串口的數(shù)據(jù)發(fā)送管腳經(jīng)過MAX232完成電平轉(zhuǎn)換接到PC串口的RD管腳即數(shù)據(jù)接受管腳上?？梢酝ㄟ^編寫上位機界面實時監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送情況，可以存儲數(shù)據(jù)，分析結(jié)果，并可以繪出相關(guān)參數(shù)的實時變化曲線圖，達到遠程監(jiān)控的目的。[0034]以太網(wǎng)接口模塊采用RTL8019AS芯片，該芯片的正常工作電壓范圍較寬，為簡化設(shè)計，RTL8019AS芯片的電源電壓Vcc接3. 3V，且它和DSP TMS320F2812的信號線可以直接相連。采用I/O操作模式，引腳AUI選用BNC接口方式，這種方式支持8芯雙絞線或同軸電纜。引腳JP為高電平跳線方式，這時芯片的I/O地址由引腳IOSl I0S3決定，使IOSl I0S3懸空，表示使用的I/O 口地址為0x300。引腳I0CS16B接上拉電阻選擇163位數(shù)據(jù)總線。引腳PLl和PLO用來選擇自偵測模式。[0035]上述DSP核心控制板包括與接口電路板相連的控制板接口總線，該控制板接口總線上還連接有CPU，該CPU上還分別連接有顯示模塊、兩個8MSARAM、20MHz晶振、JTAG接口、 AD接口和PWM信號輸出接口，且DSP核心控制板還分別通過AD接口和PWM信號輸出接口與逆變電路板相連。[0036]GSM通訊模塊采用以TC35i為主芯片的電路，TC35i是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊。TC35i短信模塊體積小、重量輕，功耗低，支持數(shù)據(jù)、語音和短消息，而本設(shè)計主要用它的短消息功能。[0037]作為優(yōu)選，DSP核心控制板上的CUP為TMS320F2812芯片，顯示模塊采用彩屏顯示器。[0038]上述逆變電路板上設(shè)有依次相連的光耦合電路、功率管驅(qū)動集成電路、橋式逆變電路以及無刷直流電動機接口電路，該光耦合電路還與PWM信號輸出接口相連，另外在逆變電路板上還單獨設(shè)置了與AD接口相連接的三相端電壓與母線電流檢測電路，且無刷直流電動機接口電路以及三相端電壓與母線電流檢測電路還同時與無刷直流電動機相連，同時無刷直流電動機還與水泵相連。[0039]逆變電路模塊由于逆變電路采用的是由6只MOSFET功率場效應(yīng)管Qf Q6上下搭接而成的橋式全控電路，所以為了設(shè)計的方便和可靠，此處采用了美國國際整流公司生產(chǎn)的高性能集成六輸出高壓MOS柵極驅(qū)動器IR2136來設(shè)計了該驅(qū)動電路。[0040]所述接口電路板、DSP核心控制板和逆變電路板上分別設(shè)有電源接口，并通過電源接口分別與電源模塊相連。[0041]以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出的是，上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本實用新型的限制，本實用新型的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，包括電源模塊，其特征在于，所述電源模塊分別與接ロ電路板、DSP核心控制板、逆變電路板、無刷直流電動機以及水泵相連接，同時該接ロ電路板還與PC機、通訊工具以及Internet相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述接ロ電路板上設(shè)置有接ロ總線，在接ロ總線上還分別連接有以太網(wǎng)控制模塊、GSM通訊模塊、串行通訊接ロ模塊、擴展接ロ、鍵盤輸入裝置、紅外輸入裝置以及語音輸入裝置，同時該接ロ總線還與DSP核心控制板相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP核心控制板包括與接ロ電路板相連的控制板接ロ總線，該控制板接ロ總線上還連接有CPU,該CPU上還分別連接有顯示模塊、兩個8MSARAM、20MHz晶振、JTAG接ロ、AD接口和PWM信號輸出接ロ，且DSP核心控制板還分別通過AD接口和PWM信號輸出接ロ與逆變電路板相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變電路板上設(shè)有依次相連的光耦合電路、功率管驅(qū)動集成電路、橋式逆變電路以及無刷直流電動機接ロ電路，該光耦合電路還與PWM信號輸出接ロ相連，另外在逆變電路板上還單獨設(shè)置了與AD接ロ相連接的三相端電壓與母線電流檢測電路，且無刷直流電動機接ロ電路以及三相端電壓與母線電流檢測電路還同時與無刷直流電動機相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述無刷直流電動機還與水泵相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項所述的全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述接ロ電路板、DSP核心控制板和逆變電路板上分別設(shè)有電源接ロ，并通過電源接ロ分別與電源模塊相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP核心控制板上的CUP為TMS320F2812芯片，顯示模塊采用彩屏顯示器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述接ロ電路板上的鍵盤輸入設(shè)備為矩陣鍵盤，紅外輸入設(shè)備采用38kHz —體化紅外接收頭，以太網(wǎng)接ロ模塊采用RTL8019AS芯片，GSM通訊模塊采用TC35i芯片。
專利摘要本實用新型公開了全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，包括電源模塊，所述電源模塊分別與接口電路板、DSP核心控制板、逆變電路板、無刷直流電動機以及水泵相連接，同時該接口電路板還與PC機、通訊工具以及Internet相連接，所述接口電路板、DSP核心控制板和逆變電路板上分別設(shè)有電源接口，并通過電源接口分別與電源模塊相連。本實用新型提供一種全數(shù)字化水泵用無刷直流電機控制系統(tǒng)，提高了水泵的工作效率，避免了不必要的能源損耗，其控制模式更加多元化，操作更加靈活與方便。
文檔編號H02P6/00GK202818195SQ201220452178
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者龍駒 申請人:西華大學(xué)