《多模式电机驱动模块》工程技术报告
1. 作品概述
1.1 功能概述
该项目以芯源CW32系列MCU为主控，制作电机驱动模块，通过电路的设计，实现了电机程序控制、手动控制等多种控制模式。程序控制以洗衣机应用为例，实现童锁、加水、清洗、漂洗、脱水、屏幕显示等功能。手动控制可实现电机的转向控制及显示、转速调节、警告提示等。
1.2 实物图
图1.1 《多模式电机驱动模块》实物图
2. 技术详情
2.1 功能模块
该电机可实现程序控制、手动控制等多种控制模式。程序控制以洗衣机应用为例，实现安全童锁、加水、清洗、漂洗、脱水、屏幕显示、结束声光提示等功能。手动控制可实现电机的转向控制及转向显示、转速调节、手动警告提示等。除此之外还预留了其他接口，方便扩展运用到其他类型电机的控制。详见图 2.1：
图2.1 《多模式电机驱动模块》功能模块示意图
2.2 原理图说明
电路原理图如图2.2所示，根据功能模块进行设计，包括电源及安全童锁模块、CW32最小系统板模块、调试接口（IIC、蓝牙、串口、J-LINK）、H桥电机驱动、手动/程序切换模块、程序调速、手动调速、水量显示、进程显示、蜂鸣器报警与提示电路、预留扩展接口（ESC）等。
图2.2 《多模式电机驱动模块》电路原理图
2.3 PCB设计
PCB设计如图2.3所示。
图2.3 《多模式电机驱动模块》PCB设计图
(a)接线图 (b)2D图 (c)3D图
该PCB功能分布主要分为五个部分，分别为电源模块、最小系统板、操作台、运行信息显示、电机及驱动，如图2.4所示。
图2.4 《多模式电机驱动模块》PCB功能分布图
2.4 软件说明
主控芯片为芯源CW32F030C8，主控程序使用kei5编写，主要用到了I2C外接OLED屏幕、ADC模拟信号采集和GPIO功能。电机驱动芯片为聚迹AS4950,该驱动芯片具有8-40V的宽范围工作电压。其封装及引脚定义如图2.5所示：
图2.5 AS4950电机驱动芯片封装及引脚定义
核心代码如下(详细代码见附件)：
3. 实物展示说明
3.1 电源及安全童锁模块
该作品供电接口有DC电源插座和接线柱2种，供电电压8-15V，并接有15.1和5.1V稳压管确保系统电压处于安全范围,接通后电源指示红灯亮，安全童锁黄灯亮。安全童锁功能与实际应用中的安全童锁作用类似，防止在通电后的儿童误操作。如图3.1所示：
图3.1 电源及安全童锁模块
3.2 程序控制电机（以洗衣机功能为例）
安全童锁开启后，系统开启。当程序/手动按键选择在“程序档”时，系统处于程序控制电机状态，电机启动按键按下后，洗衣机启动，并按照预定程序控制电机的转向与转速，本工程中设定的程序运行逻辑为：启动-OLED屏幕显示欢迎并提示洗衣机启动-进程灯闪烁动画-加水-清洗-脱水-加水-漂洗-脱水-结束声光提示。(详见演示视频1《多模式电机驱动模块之程序控制》)。各按键及运行信息指示如图3.2所示：
图3.2 程序控制模式时的按键及运行信息指示
（1） 程序控制--加水
程序运行在加水时，加水指示黄灯亮，三档水量指示绿灯依次亮起，表示水量增加。结束后加水指示黄灯灭。如图3.3所示：
图3.3 程序控制--加水
（2） 程序控制—清洗
程序运行在清洗时，清洗指示黄灯亮。清洗过程中，电机在顺时针旋转与逆时针旋转交替运行。顺时针旋转时，红色转向指示灯亮，逆时针旋转时，蓝色转向指示灯亮。清洗结束后，程序进入脱水，三档水量指示绿灯依次熄灭，表示水量减少。脱水结束后清洗指示黄灯灭。如图3.4所示：
图3.4 程序控制—清洗
（3） 程序控制—漂洗
程序运行在漂洗时，漂洗指示黄灯亮。漂洗过程中，电机在顺时针旋转与逆时针旋转交替运行。根据实际生活中洗衣机的使用情况，漂洗时，电机每次的旋转时间小于清洗时的旋转时间。顺时针旋转时，红色转向指示灯亮，逆时针旋转时，蓝色转向指示灯亮。漂洗结束后，程序进入脱水，三档水量指示绿灯依次熄灭，表示水量减少。脱水结束后漂洗指示黄灯灭。如图3.5所示：
图3.5 程序控制—漂洗
（4） 程序控制—脱水
程序运行在脱水时，脱水指示黄灯亮。脱水过程中，电机断续重复顺时针旋转多次，红色转向指示灯亮。三档水量指示绿灯依次熄灭，表示水量减少。脱水结束后脱水指示黄灯灭，并触发洗衣结束声光提示。如图3.6所示：
图3.6 程序控制—脱水
3.3 手动控制电机模式
为实现电机的多模式控制，本设计还增加了手动控制功能。当程序/手动按键选择在“手动档”时，系统处于手动控制电机状态，手动控制指示红灯亮。可通过“转向开关”控制电机的旋转方向，通过“手动调速”可变电阻控制电机旋转速度。(详见演示视频2《多模式电机驱动模块之手动控制》)。各按键及运行信息指示如图3.7所示：
图3.7 手动控制模式时的按键及运行信息指示
4. 项目重点与难点
该项目在设计制作过程中，有以下难点：
A. 逻辑设计：由于要实现多种控制模式，电路设计过程中需要兼顾程序控制与手动控制，电路逻辑会比较复杂。
B. 走线复杂：由于本设计预留了许多接口，包括训练营中教学的无刷电机控制接口，因此走线较为复杂。PCB设计采用了四层板。
C. 目前的版本中，OLED屏幕显示的内容不多，后续需进一步完善相关代码，使之能够显示更多的运行信息。
5. 注意事项
A.电机旋转时速度较高，调试时需注意安全。
B. When the motor is running, the current is relatively large, so the power supply traces should be as thick as possible or covered with copper.
C. Test interfaces are reserved for key signals in the circuit to facilitate project debugging.
D. The rated power of the current-limiting resistor must match the design power condition to avoid burning out the resistor due to excess power.
6. Personal gains and acknowledgments:
By participating in this circuit design training camp, I gained the following gains:
A. I became more familiar with the use and design process of Lichuang EDA, experienced the wiring method of complex circuits, and learned the design process of four-layer PCB. Line method, accumulated design experience.
B. Familiar with the process of using keil to develop Xinyuan MCU, and have a deeper understanding of the configuration and use of its GPIO and I2C. Familiar with the use of keil and the J-Link debugging process.
C. Thank you to Lichuang, Xinyuan and Chuangxin Workshop for providing learning opportunities and technical guidance. I wish this kind of activities will be better and better.
7. Relevant attachments
include hardware design information, PCB design-related documents, engineering reports, demonstration videos, basic software codes, etc. For details, see the Lichuang Open Source Platform.
8. For detailed effect demonstration videos
, please see Lichuang Open Source Platform, which includes 3 videos in total:
A. Demonstration video 1: Program control of multi-mode motor drive module.mp4
B. Demonstration video 2: Manual control of multi-mode motor drive module.mp4
C. Demonstration video 3: Upgrade function: OLED displays more information.mp4
(2022.6.17 upgrade update function: Use OLED to display more information, including real-time display of process, real-time display of water volume, etc. See video 3 for details)
京公网安备 11010802033920号
ECAT-20
