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1、基于VC+串行通信无刷直流电机监控系统摘要：本文重点介绍了基于PC机和MSP430单片机串行通 信的具体实现过程。硬件部分解决了通信电平不一致的问 题，软件部分给出了 PC机和单片机的通信程序，解决了通 信过程中数据传输的格式问题。实验结果表明，该方案操作 性强，能成功运用于电机的监控系统。关键词：无刷直流电机VC+ MSP430串行通信1、引言1无刷直流电机调速性能好，利用单片机MSP430专门 的PWM功能、丰富的I/O 口、快速运算等优点，实现对无刷 直流电机的逻辑控制，由于作为下位机的人机交互性不强， 难以对电机运行时的关键信息有效处理，本文通过编写VC+ 上位机程序，采用PC机和单片
2、机串行通信的主从式结构， 实现了对电机的监控。2、电机原理及系统硬件组成2. 1无刷直流电机运行原理无刷直流电机的电力电子开关代替有刷电机的换向片， 减少了机械磨损及因换向产生的一些危险，系统由电动机本 体、位置检测器、逆变器和控制器组成2。电机本体同轴上的位置传感器，根据转子的不同位置， 发出逻辑信号，根据实验所得的逻辑表，控制输出回路发出 的信号，经MOSFET驱动放大，控制电机电枢电流的导通， 以实现“换向”。2. 2下位机控制系统硬件构成下位机以MSP430系列的F2274单片机为控制核心，通 过检测电机转子信号，单片机I/O 口发出相应逻辑信号，与 控制转速的PWM信号相“与”，经信
3、号隔离，到电机专用驱 动芯片IR2130中，继而导通桥式电路，实现MOSFET的导通。同时，MSP430单片机的捕获比较模块，捕获三相传感器信号输入的时间，本文试验采用的无刷直流电机为一个机 械周期（20个电周期），通过计算得到电机的转速公式为3:表示检测到第一次位置信号时的时钟数，表示检测到第 二次位置信号时的时钟数，为定时器的时钟主频，*3则表示 转过一个电周期所用的时间。通过串行通信，可将转速、电 压、电流这些参数传至上位机。2.3串行通信的硬件实现本文采用异步通信模式4,设定好波特率及数据位和 停止位的个数；将PC机的RXD脚与下位机的TXD相连，并 共地；利用MAX232芯片实现电压
4、转换，即通过串口线连到 PC机上，加上5个1的电容把RS232电平转化为标准TTL电 平，再用两个电阻分压，以达到MSP430单片机的电压标准。3、串行通信软件设计3.1上位机串行通信设计5本文上位机通信模块采用MFC的编程方式，界面如 图1所示。加入MSComm控件，自动生成CMSComm的类，访 问其内部函数，可对PC机串行通信进行控制。在上位机进行通信之前，在MSComm中，设置通信参数, 程序在界面上采用可视化的串口设置方式，提高了软件的通 用性和移植性。setting二m_botelv+” , ” ；if (m_testbit - None )parity =a ”n ;else i
5、f(m_testbit 一“Odd” )parity 二0 ;else if(m_testbit =“Even” )parity 二“ c ”e ;else if(m_testbit =Mark)parity =a vm ;else if(m_testbit -“Space)parity =“ c ”S ;setting+二 parity + “，setting+= m_sbitbit +a”setting+= m_stopbit；if (m comkou COMIjm_com. SetCommPort (1)；else if (m_comkou = “COM2)m_com. SetCommP
6、ort (2)；m_com. SetSettings (setting)；m_com. SetlnputMode (1 )；/I：表示以二进制方式检取数据m_com. SetRThreshold ( 1 )；/为 1 表示有一个字符引发一个事件m_com. SetSThreshold (1 )；/参数 1 表示每当串口接收缓冲区中有/多于或等于1个字符时将引发一个接收数据的OnConun 事件m_com. SetlnputLen (0)；/设置当前接收区数据长度为0在查询到CommEvent的值等于2时，表明接收缓存里有 了数据。数据是VARIANT型的，首先转化为ColeSafeArray
7、形式，然后再将数组元素分离转化为BYTE型数组，最后再 将BYTE里的字符转化为数字。当上位机按下按钮发送数据 时，也应通过函数COleVariant ()进行强制类型转换，以 VARINT的形式传送出去。当下位机将电机转速的数据上传后，本软件加入了图形 显示和数据存储功能。在绘图子对话框中，首先通过 GetParent函数调用父对话框指针，将父对话框中的数值传 进子对话框，然后通过定时器，以一定频率绘制网格线并将 传进来的数据点在图上显示。再次更新时，则重新绘制新曲 线，覆盖原有图形，并将新点和旧点以直线相连，从而实现 图2所示的速度曲线。在数据传到子对话框时，基于VC+的操作，本文釆取二
8、进制格式存储数据。首先定义一个fstream的类对象，该类 支持从本流类所对应的磁盘文件中读入和写入数据的双向 操作。当主对话框设置为“采集数据”时，对定义的二进制 文件进行“写”操作；当设置“显示数据”时，则不断调用 二进制文件里的数据，并传递给图像控件，显示存储的数据。 关键代码如下：fstream iobin ( ob. bin , ios：: binary | ios：: out ios：: in)； /定义类对象，ob为目标数据文件if (CQuxianlDlg*) GetParent () -showmode=0) /0表示采集1表示显示已有数据data= (CQuxianlDlg
9、*) GetParent () -data； /取 得父对话框的速度数据iobin. write (char*) (&data), sizeof (data)； / 写人二进制文件elseiobin. read (char*) (&data), sizeof (data)； / 显示已有数据 iobin. close ( )； /关闭二进制文件3.2下位机串行通信设计在下位机控制系统中，采用MSP430系列单片机，其内 置的USCI模块通过UCAXRXD和UCAXTXD两个外部引脚连到 单片机外部，实现串行通信5。首先设定好系统时钟，并进行UCAXRXD和UCAXTXD的引 脚设置。然后通过U
10、CA0CTL1选择串行通信模块的时钟源， 并通过UCA0BR0. UCA0BR1分频，从而得到需要的波特率。 串行模块中的控制字UCMSB控制发送和接受移位寄存器从高 位还是低位开始接受，应设置为低位，否则会出现数据错误。 参数设置如下：UCA0CTL1 |= UCSSEL_2； / SMCLKUCA0BR0 = 104；/ 1MHz 9600UCA0BR1 = 0；/ 1MHz 9600UCAOMCTL = UCBRSO； / Modulation UCBRSx = 1UCA0CTL1 &二UCSWRST；数据的发送和接收是通过中断函数进行的。首先开接收 中断，对接收到的数据进行判断，并根据
11、相应指令对电机的 启动/停止和速度进行控制，当接收到启动命令后，再开发 送中断，将每次计算得到的转速数据传到发送缓存中进行上 传，程序流程如图3所示。3.3通信数据的格式转化单片机的接收和发送缓存是8位，本系统传输的数据是 float型，在传输前需进行数据转换。首先，限定传输的数 据为0.00019999，取4位有效数字；然后将数据扩大10 的“倍数”，转化为整数；再将整数分为高二位和低二位， 分别赋到数组的前两位元素中，第三位元素赋以“倍数”； 第四位元素赋以标识位，使每个目标数有唯一的标识符，方 便传输。4、结语本文以MSP430单片机为核心，通过编制上位机可视化程序，采取主从式控制结构，
12、使得无刷直流电机的控制和可 观性得到了明显的改善，实验结果表明，该方案能成功用于 电机的监控系统。参考文献1 孙建忠，白凤仙特种电机及其控制M.北京：中国水利水电出版社，2010. 87-105.2 李先详，斯燕跃无刷直流电机的单片机监控系统的研制J 电气传动自动化,2002 (3)： 3-5.3 王宏华新型交流电动机及控制技术系列讲座(3) 永磁无刷电动机J机械制造与自动化,2004(3)： 105-109.4 徐洋.基于MSP430单片机的无刷直流电机实验测试 平台设计J.电气技术与自动化,2010 (4)： 168-171.5 张筠，刘书智.Visual C+ +实践与提高一串口通信 与工程应用篇M北京：中国铁道出版社，2006： 179-182.
