广芯微可视化电机控制上位机解决方案

一、摘要

UM32M130/131、UM32MP31系列芯片是广芯微电子面向物联网、智能家居、工业设备、电机控制等多种应用场景开发的32位IoTP处理器芯片系列，芯片采用32位ARM Cortex-M0+内核，最高主频32MHZ，内部集成4路COMP、1路OPA、UART、SPI、I2C等通用外围通讯接口，ADC等传感获取接口，以及LPUART、LPTIMER、WDT等超低功耗模块接口，内置RC高频和低频振荡器，支持免晶振应用。

广芯微基于UM32M131系列芯片推出了电机控制方案，支持电机无反转启动、软启动、快速启停、顺风启动、电子刹车、故障监测机制等多个性能，可广泛应用于工业和生活中，如电机工具、园林工具、清洗泵、充气泵、部分家电如吸尘器、筋膜枪、风扇等。

为降低客户开发门槛，更方便快捷地对电机控制下位机进行调试，广芯微开发设计出对应的可视化电机控制上位机，能够满足监控、数据交换、故障诊断等功能，快速发出指令，实现对电机的有效控制，从而实现良好的人机交互。

二、硬件介绍

下图为UM32M131 MOTOR EVB电机驱动板，包括功率板和EVB合并板。

UM32M131方波应用

MCU要求：PWMx6，OPAx1，CMPx4，ADx14

通信：UART/IIC

主频：32MHz

UM32MP31方波应用

MCU要求：PWMx6，OPAx1，CMPx4，ADx14，Gate Driver x3

通信：UART/IIC

主频：32MHz

六步换相电路

MCU输出PWM_H_U/V/W 及PWM_L_U/V/W六路信号，经过UM6032（预驱）驱动由Q1-Q6组成的三相逆变桥（如下图所示），控制电机进行换相。

三、上位机软件介绍

下图为电控系统可视化上位机软件的主界面图，适配于多种电机控制系统应用场景，可实现电机的参数配置、数据交换、故障监测、系统操控等功能。

功能架构大致如下：

控制电机。上位机根据用户需求，生成相应的控制指令，发送给下位机，下位机通过串口接收到指令后执行相应动作。因此用户可通过直接控制启动、停止、正转、反转四个基础按钮，或通过读写指令设置控制参数，从而实现对电机的快速控制。

串口通信，数据交换。上位机软件提供给用户一个友好的操作界面，用户可通过只读、读写、只写指令对电机进行参数的采集和配置，包括电机采样参数、控制参数、配置参数、保护参数。参数数据通过串口由上位机传输至下位机。

故障状态监测。上位机在后台实时监控电机的运行状态和故障状态，根据电机下位机的反馈信息，实时调整控制指令，从而达到预期效果。运行状态和故障状态具体包括以下：

指示灯显示。每次操作后，将电机下位机的接收结果反映在主界面的指示灯上，包括正在运行、操作成功、操作失败、接收中断及无效数据这5种接收状态。下图分别展示的是“读写操作成功”和“只读正在运行”状态。

实时绘图。可在菜单栏中的“串口实时”里打开相应的绘图界面。此功能可以通过曲线图的方式直观地将参数的采集、配置过程实时呈现，同时具象化展现选中参数最大值、最小值、平均值的动态变化。

下图为上位机软件的串口实时绘图界面：

上位机开始运行后，发送连接指令，监听串口数据，在成功连接后回读电机下位机中的所有参数数据，并更新于上位机界面。完成数据回读后，后台进入对电机故障状态的持续监控中。

例如，配置完参数后发送读写指令，上位机会将配置值写入下位机，待成功回应后重复读取下位机参数，完成数据解析并实时更新显示于界面。当暂停发送或接收错误时，自动退出发送线程，重新进入后台监控状态。具体流程如下图：

当指令完成发送后，上位机将重新进入后台监控状态。直至断开串口连接，后台监控等所有线程停止运行。

四、电机控制系统上位机优势

较强的数据处理能力，能够快速对大量数据进行处理分析，并同步至界面，便于用户及时对电机设备运行进行优化。

通过采集、处理和分析电控系统下位机设备的数据，实时监测和控制电机运行过程，并根据需要做出相应的调整，使得电机运行更加协调和高效。

较高的安全性和可靠性，上位机具有后台持续监控的功能，能够及时监测到电机异常情况，提醒用户采取相应的措施。保证了电机控制系统运行的连续性和可靠性，减少故障和停机时间。

数据可视化，上位机支持参数以曲线图的方式动态呈现，能够满足用户在参数采集和配置过程中更加清晰地观察参数变化。

应用灵活，满足所有同类电机控制系统的应用需求，随着科技的不断发展，电机控制系统和设备也会发生相应的更新变化，而上位机作为一个独立的控制系统，可以通过软件的更新和升级来适应这些变化，而无需对整个系统进行大规模的更改。

总结

上位机作为工业自动化系统的重要组成部分，实现了工业自动化的高效运行和控制管理。上位机通过与下位机设备的串口通信，实现数据采集、数据配置、控制指令下发、实时监测等功能；通过算法处理和分析数据，并在界面上呈现，为用户提供了更为直观的决策依据。在上位机的操作简洁性和功能实用性上，广芯微将不断完善，加速人机交互的进化与发展。

关于广芯微

广芯微电子（广州）股份有限公司是一家致力于面向新能源、变频电机控制及低功耗物联网等领域为客户提供创新芯片及其解决方案的集成电路设计企业，其产品包括极具特色的微控制器芯片、无线射频收发器芯片、快充与数字电源管理芯片等。广芯微独有的低功耗芯片设计方法、高效率的变频电控技术、大功率的PD快充协议以及多样性无线连接技术整合而成创新与差异化的集成电路设计，在健康医疗电子、消费电子、智慧家庭、工业控制、传感器与表计等领域已经得到了广泛的应用。

审核编辑：汤梓红