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自从20世纪80年代初期第一片数字信号处理器芯片(Digital signal processors,DSP)问世以来,DSP就以数字器件特有的稳定性,可重复性,可大规模集成,特别是可编程性和接口简单等特点,给数字信号处理的发展带来了巨大的机遇。近年来,由于半导体制造工艺的发展和计算机体系结构等方面的改进,DSP芯片的功能越来越强大,能够完成的算法也越来越复杂。随着DSP运算速度的提高,信号处理的研究重点也由最初的非实时的单通道信号处理转向实时的多通道信号处理。
TMS320LF2407A是TI公司推出的专门用于电机控制和运动控制的定点16位DSP,它内部采用增强Harvard结构,具有高速运算能力,并且集成了专用于电机控制的外设,使得以TMS320LF2407A为核心的全数字运动控制系统成为目前系统最小、实时性最好、性能最优的控制方案之一。
电动机是一种最常用的电力机械,它能将电能转化为机械能,随着工农业生产的自动化与智能化,电动机的应用越来越广泛。其中,无刷直流电机(BrushlessDCMotor,BLDCM)具有结构简单、易维护、效率高和调速性能好等优点,在国民经济各领域得到了很广泛的应用,在无刷直流电机的运行过程中,由于受电机自身和环境因素的影响,电机烧毁的事故常有发生,因此需要对电机的性能、参数等进行必要的测试与调控,以检验电机是否满足有关的技术规定,保证电机的安全运行,从而减少经济损失,提高生产效率。
本文设计的基于TMS320LF2407ADSP的电机数据采集与控制系统,充分利用了TMS320LF2407ADSP丰富的片内资源及其高效的运算处理能力,针对多路无刷直流电机的运行进行实时的检测与监控。电机转速和温度等信号经过信号采集电路处理后送入TMS320LF2407A的片内,用于数据计算、分析。TMS320LF2407A将数据采集模块采集到的电机转速数据通过计算分析,将其显示在OLED显示器上;将温度数据直接存入EEPROM中。如果电机转速异常,则将故障提示信息显示在OLED显示器上便于现场操作者观看,同时发出声音报警,然后通过对继电器的切换来实现电机的控制。此外,TMS320LF2407A片内SCI模块经过RS-422接口与上位机实现数据信息交换。同时,将所有参数信息和报警信息通过RS-422接口发给上位机以便于后方控制者观看,接收上位机的控制命令。
经分析研究国内外相关资料,目前对基于DSP的电动机调速系统研究较为深入,技术也比较成熟,但对于适用于电动机综合参数检测的专用仪器、设备却极为少见,因此本系统的设计具有重要的现实意义和应用价值。
论文简要介绍了数字信号处理器的发展与直流电动机的相关知识;提出了基于TMS320LF2407ADSP的电机数据采集与控制系统的设计与实现方法;对电动机数据采集与控制系统进行了硬件设计与调试、软件设计与调试。最后对全文进行了总结并对下一步的研究进行了展望。