推动电机控制发展的力量与不断进步的单片机技术(04-100)

　　某洗衣机厂商对洗衣机进行了全新的设计，结果比传统的洗衣机的耗电量减少了38%， 用水量减少了17%。电机控制的单片机可根据衣物的数量和类别调整电机的功率。但是，洗衣机的购买者对于购买价格仍然十分在意，因此厂商必须不断降低其开发和生产成本，才能为更广大的消费者群体提供更先进而负担得起的洗衣机。

　　在家用电器中，专门为低成本电机控制应用而设计的8位单片机集成了各种功能，大大减少了额外元器件的需求。最新单片机具备片上电机PWM、故障防护时钟监控器以及高度可靠的闪存，使家用电器中电机控制的设计得以简化，并满足降低成本的目标。
　　
　　在工业应用领域，装配线运行的用电成本与故障停机都将使利润减少。我们用工业用泵中基于单片机的变速驱动(VSD)系统取代阀门为例，来说明改进控制能力将如何直接影响效率和利润。

　　对于泵和风扇而言，其功耗与转轴速度的立方根成正比。当转轴速度降低10%时，气流也减小10%，但能耗减少27%！如果速度降低20%，能耗可降低49%。在工业应用的离心泵、风扇和鼓风机中，通过使用单片机进行变速电机控制，取代速度恒定的电机和利用阀门减小气流的方法，可以节能25%至40%，这已得到了证明。

　　用单片机进行电机控制在工业应用中的收效十分明显。因此，究竟是否采用单片机驱动的变速电机控制只需由其它一些因素来决定，如灵活性和可靠性等可避免故障的因素。具有闪存和EEPROM存储器的单片机可实现VSD电机控制，对于需要进行升级或改善控制程序等变化，其再编程能力可满足工业用户所需的灵活性。Microchip的PIC18F2431或PIC18F4431等单片机具有16KB闪存和256字节EEPROM，这些8位单片机的存储器足以应对工业环境中各种必要的变动。与之同等重要的是Microchip的闪存采用PMOS电可擦除单元(PEEC)工艺技术，其数据存储单元的耐用性超过100万次擦/写周期(典型值)，而数据保存期超过40年。

　　在汽车应用中使用电机进行通风、开关门窗以及移动座椅等已得到了广泛应用。这些不经常使用的操作尚能容忍较低的效率，但是一些经常使用的设备如乘客空调、发动机箱内风扇等，则连续不断地消耗着汽车中有限的能量。电机控制单片机可以使空调风扇以恰当的速度运转来保持适宜的温度，从而降低噪声和功耗。

　　在很多情况下，用于电机控制的单片机必须利用控制器局域网络(CAN)或局部互联网络(LIN)协议连接到汽车网络。现在的车身电子设备一般采用成本较低的LIN协议以降低总系统成本。有些单片机系列具备增强型USART模块，它支持LIN 1.2，同时还提供起始位的自动唤醒功能以及在很多情况下，用于电机控制的单片机必须利用控制器局域网络(CAN)或局部互联网络(LIN)协议连接到汽车网络。现在的车身电子设备一般采用成本较低的LIN协议以降低总系统成本。有些单片机系列具备增强型USART模块，它支持LIN 1.2，同时还提供起始位的自动唤醒功能以及自动波特率检测。

　　更加高效的未来

　　随着控制算法在各个市场领域中复杂程度的不断提高，数字电机控制器的处理能力需要从单片机的性能水平提升到数字信号处理器(DSP)的性能水平。数字信号控制器(DSC)性能更高而价格适中，采用设计人员熟悉的单片机技术，适用于更加复杂的电机控制设计，包括矢量控制设计。DSC的运行速度高达30MIPS，并具有高达144KB的闪存和电机控制专用的集成外设，可实现先进的新型电机控制应用。有了基于单片机和DSC的电子电机控制，家用电器、工业控制及汽车不仅运行效率更高、功能更丰富，而价格也适中。■