1总体设计方案
基于蓝牙和互联网的无刷直流电机的远程控制系统的总体设计方案如图1所示。客户端通过网络采用TCP通信协议和服务器进行通信。服务器是实现远程控制的核心，一方面通过蓝牙建立起同控制器的连接，另一方面通过网络建立起与客户端的连接。控制器接受客户端的命令，并且将反馈信息通过服务器发送给客户端，实现电机的闭环控制。
2硬件的电路设计
系统的硬件框图如图2所示。电机控制器以STM32F103的MCU为控制核心，通过脉宽调制产生6路PWM，送入功率驱动单元。功率驱动单元将母线电压逆变转换为对应3相驱动电压使能无刷直流电机。STM32捕获电机上的霍尔位置信息控制逆变电压，通过电机上的光电编码器用来判断电机的旋转位置和速度，用来完成闭环控制。功率单元上的过流、过压、欠压反馈到STM32构成中断保护。STM32通过串行通信蓝牙通信模块转换信号为蓝牙信号，信号传输给服务器完成上、下位机的控制。
3软件设计
3.1MCU控制器的软件设计
MCU的软件设计主要包括主程序初始化、各模块初始化。(1)主程序初始化主要是操作系统。操作系统选择CMSIS-RTOS,这是一款ARM的嵌入式实时操作系统用于Cortex-M处理核心的设备，可以实现多任务进程运行。各模块初始化是对寄存器和中断初始化。寄存器初始化有通用定时器TIM2和TIM3初始化。通用定时器是一个通过可编程预分频器驱动的16位自动装载计数器构成。它适用于多种场合，包括测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和PWM)。使用定时器预分频器和RCC时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。TIM2利用了的CAP功能，用作对霍尔信号采样，用来判断电机的运行状态。TIM3利用的QEP功能用来捕获光电编码器的旋转位置，用来精确计算速度和旋转角度。(2)对高级控制定时器TIM1进行了初始化。高级定时器相对通用定时器增加了PWM波形死区互补，更多的PWM输出模式和更高PWM输出频率，适合作为PWM输出模块。TIM1的PWM输出模式，根据TIM2判断的状态改变MOSFET导通顺序，实现电机的运转。(3)AD模块中断初始化用获取电流大小，过压欠压保护。(4)过流保护是通过电阻或电流互感器采样，经过电压比较器触发GPIO实时中断。(5)UART用来将串行信号通过蓝牙模块转换为蓝牙信号和服务器通信。客户端通过网络接受服务器传输电流、速度信号实现PID闭环控制。
3.2PID控制
PID算法是工业领域技术非常成熟的控制算法。PID控制器是一种线性控制器。PID控制器具有简单而固定的形式，在很宽的条件范围都能保持鲁棒性。PID控制器允许工程技术人员通过调整PID参数使得整个系统动态特性满足性能指标要求。PID控制由以下环节组成。(1)比例环节：成比例反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制，以减少偏差。(2)积分环节：主要用于消除静态误差，降低系统误差度。(3)微分环节：反映偏差信号的变化趋势，能在偏差信号变得太大之前在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度。电机控制是通过霍尔传感器反馈速度信号同设定速度之差，经过PID转换为设定电流，再通过同电流反馈之差，通过PID转换为PWM信号，通过驱动电路控制电机运行。
3.3上位机软件设计
上位机软件基于Qt开发环境完成。Qt是一个跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。上位机软件分为以下模块。(1)蓝牙通信模块：该模块是实现服务器同控制器通讯。服务器通过蓝牙设置建立串口通信，使用Qt的插件工具QextSerialPort进行串口通信编程。工作流程是在数据传输时，首先设置好串口参数，开启串口监测工作程序，串口监测工作程序监测到串口接收到的数据、流控制事件或其他串口事件后，就以消息方式通知主线程，激发消息处理函数来进行处理数据，将数据放入设置的串口数据缓存，并将客户端数据缓存数据发送给控制器。(2)网络通信模块：服务器和客户端使用TCP协议。TCP(TransmissionControlProt-ocol，传输控制协议)它是面向连接和数据流的可靠传输协议[2]。也就是说，它能使一台计算机上的数据无差错的发往网络上的其他计算机，所以当要传输大量数据时，我们选用TCP协议。TCP编程分为客户端和服务器端，也就是C/S模型。该模块使用QTcpSocket类实现网络协议。服务器通过网络将串口数据缓存的数据传输给客户端，将客户端数据放入客户端数据缓存。(3)图形曲线模块：模块是运行在客户端，将数据生成电流、速度曲线波形，用于调节PID控制。该模块使用QT的第三方库QWT实现的。
4结论
本文从整体结构设计，由硬件和软件两方面阐述了基于互联网的BLDC电机远程控制系统。控制器通过蓝牙与服务器通信，服务器由网络连接客户端和控制器，从而实现了BLDC电机的互联网远程控制。使用这个系统远程用户可以方便的访问现场的BLDC控制系统，对它进行实时控制和检测。系统为更复杂的互联网电机远程控制做了铺垫。但是系统在数据传输上存在丢失和不精确，有待进一步改进。
作者：刘金亮 徐雁 单位：桂林电器科学研究院有限公司
