2016年第46期（总第310期）
目前，水下推进器提供给人们一种全新的娱乐方式，正成为一种普通的家用娱乐工具。它提高了人们在水中的活动范围和
而且能将游泳者带入水下世界，进行观光、探险等活动，其趣味性和对人们的吸引力远大于传统的娱乐活动。水下潜水设备很多，但是大多都是笨重的机械设备，有的使用都不方便。本文设计一种装备能够使游泳者在水下快速游动的水下推进器，一旦成功并成熟则拥有着非常广泛的市场前景。 一、系统设计
本系统采用高性能的cortex-M4内核单片机STM32F405VG 作为主控制器，实现对操纵杆，LED 显示面板，刹车控制检测，电 池电量检测，温度检测，电枢电流检测和电机驱动控制，
将采用硬件设计、关键算法设计和嵌入式软件设计以及整体性能测试的步骤进行开发设计。ST 推出的STM32F4系列高性能微控制器基于ARM Cortex-M4内核，其采用了90纳米的NVM 工艺和自适应实时存储器加速器（ART
）。ART 技术使得程序零等待执行，提升了程序执行的效率，使得STM32F4系列可达到210DMIPS@168MHz，使Cortex-M4的性能发挥到极致。STM32F4
cap3
系列微控制器集成了单周器DSP 指令和FPU （浮点单元）
，大大提升了计算能力，从而可以满足一些复杂的计算和控制。
图1系统框图自动供水控制器
二、控制板卡电路设计1.MCU 部分主电路
对于无刷电机控制器来说，所需要的资源如下：
开关量输入信号：限速、定速、刹车、霍尔、
启动、加速、减速等8个信号。模拟量输入信号：调速、限流、电池电压等一共5路信号。开关量输出信号：保护锁定、保护输出等一共8个信号。内部定时器：看门狗、蜂鸣器PWM、电机驱动输出等至少4个定时器。工作温度范围：-20度60度。
因此对于水下推进器控制器来说，即需要较多的IO 口，有需要能满足大数据量计算、高精度性能要求的MCU，因此选用STM32F05VG 芯片，该芯片具有自带的12位ADC 接口，12位DAC 接口，17个内部定时器可以实现PWM 输出功能和脉冲捕捉功能。
2.电机驱动电路设计
电机功率管驱动电路如图所示。该电路是本设计中两路电机功率驱动电路中的一路，三相六线电机由6个功率管组成，其中AH、AL、BH、BL、CH、CL 为功率管开关控制信号，P1接口为电机接口，R_SENSOR 为相电流检测信号，RMA+到RMC+为相
电压检测信号。
优良的驱动性能和严格的安全保障是首要的技术要求，
安全性和舒适性是的前提是轮椅的运行速度需要连续。如果通过操作杆计算出的轮椅速度如果直接给控制器作为运行速度，会出现速度突然变化，从而使轮椅的运行在启动或者速度变化时
产生强烈的冲撞，从而威胁使用者的安全。因此，
电机的速度变化必须经过合理的加减速处理。常用的加减速度控制曲线主要有3种，分别是梯形曲线、指数型加减速曲线、S 型加减速曲线。控制算法主要有查表发和插补迭代法。
本系统采用S 曲线加减速控制算法，基于模糊整定参数结合实验分析。
机床顶针由于S 曲线是非线性函数，因此其合成和编程相对梯形曲线复杂很多，并且电动轮椅的运行过程中加减速都是人为随机控制的，因此，完整的七段加减速过程是难以实现的。本设计通过控制MCU 的TIM 产生6路PWM 信号的频率来控制电机的转速，通过中断重新装载预分频器TIM 的值改变PWM 输出频率，加减速控制算法通过设定的加减速速度值不断减小或者增加预分频器值实现对速度的增加和减小的控制，匀速阶段保持输出脉冲频率的恒定。使用定时器中断，可以实现精确控制PWM 脉冲输出个数和频率，实现位置与速度的协调控制，使电路输出S 曲线运动控制脉冲模式的脉冲信号，本设计把S 曲线加速阶段分为三个阶段，第一个阶段加速度递增，
第二阶段加速
度匀速，第三阶段加速度递减，
到达设定的匀速运动速度时，加速度为0，S 曲线减速阶段同样分为三个阶段，实现过程为加速
阶段的逆实现过程。本设计采用三段直线近似模拟S 曲线，
这样可以大大简化了编程的复杂性，如图2所示。
根据水下推进速度控制的要求，当加速度值小于1.5、平均加减速度大于0.5、加加速度小于1.5
，设系统定时器的中断周期为T，直线的斜率为K，设定轮椅t 在时间
内加速到速度给定的最大值，
三者的关系式:
三段的值设置为可调参数，使用者可以根据自身的舒适性对其进行相应调整。
本文充分利用STM32F405VG 单片机的优点，利用单芯片实现了推进器无刷电机控制器的设计，利用S 曲线加减速控制
算法，使推进器的加速和减速非常平稳，达到设计要求。参考文献：
[1]王贵兰.电动轮椅车用无刷直流电动机控制系统的研究[D].天津：河北工业大学,2006.
作者简介：毛新刚，男，研究方向：工业自动化。
基于STM32的水下推进器的控制板设计
毛新刚
多孔管（无锡机电高等职业技术学校，江苏
无锡214000）发光管>工业盐水
摘要本文选用噪音小、效率高、维护成本低的无刷电机作为潜水推进器动力装置，采用最ST 公司最新32位Cortex-M4内核
处理器作为主控制器，设计了水下电动推进器。其工作电压高，工作电流小，
工作效率高。水下电动推进器采用直流无刷电机，外壳采用304不锈钢材质，适用于长期在海洋中使用，采用悬挂式按装方式，简捷方便。系统可以实现S 曲线加减速控制，速度闭环控制等特定控制算法。
关键词STM32无刷电机；S 曲线控制中图分类号：G712文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）46-0013-01图2S 曲线近似模拟示意图
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