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改造智能风扇之——BLDC风扇改造硬件篇

作者:互联网

一、概述
改革开放以来,随着国内经济的快速发展,如今的电风扇已一改在人们印象中的传统形象,在外观和功能上都更追求个性化。而远程控制、自然风、睡眠风、负离子功能等这些本属于空调器的功能,也被众多的电风扇厂家采用,并增加了驱蚊、低噪声、等更多的实用功能。这些外观不拘一格并且功能多样的产品,预示了整个电风扇行业的发展趋势。

随着消费者对健康的日益关注,厂家将提高空气质量,便携移动,低噪声等方向的功能融合进入电风扇产品中,本文主要介绍目前市场上新颖的风扇类型:直流变频风扇方案。

二、方案框图
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三、方案选型
直流电机选用的是 MINEBEA 12V直流 三相无刷电机,作为风量控制电机,相比传统交流电机风扇,无刷直流电机(BLDC)具有中低速转矩性能好;启动电流小,启动转矩大;无级调速、调速范围广,过载能力强;效率高、节能环保、可靠性高、稳定性好,体积小、噪音小,不使用电刷,使用寿命更长。而且交流电机使用的换向电刷往往会因为磨损,降低电机性能。

三相无刷直流电机的驱动原理

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三相无刷直流电机的电流流向图

红色流向:电流从AH高位MOS流入电机的MOT A,再从MOT B流出,经过BL低位MOS回到电源负端。

蓝色流向:电流从BH高位MOS流入电机的MOT B,再从MOT C流出,经过CL低位MOS回到电源负端。

绿色流向:电流从CH高位MOS流入电机的MOT C,再从MOT A流出,经过AL低位MOS回到电源负端。
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FU6832S芯片有6个指定引脚H_PU H_PV H_PW L_U L_V L_W用于控制三相直流无刷电机,内置上拉电阻和下拉电阻,高电平最大值是VCC电压。
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FU6832S芯片内置1个可配置增益的独立运算放大器,外围增加取样电阻,便可用于实现电机过流检测保护
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电机正反转监测电路,通过电阻分压后,进入FU6832S芯片14、15、16脚。
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因为FU6832S芯片数字电路引脚的电平是5V,Wi-Fi模块的引脚电平是3.3V,因此两个通信间需要增加电平转换电路
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Wi-Fi模组选择涂鸦SOC方案模组——CBU;它由一个高集成度的无线射频芯片 BK7231N 和少量外围器件构成,可以支持 AP 和 STA 双角色连接,并同时支持 BLE 连接,运行速度最高可到 120 MHz ,还内置2Mbyte 闪存和 256 KB RAM。它拥有的外设:PWM、UART、SPI;其中可配置6路的 32 位硬件 PWM ,非常适合高品质的 LED 控制。模组可用普通IO口有16个,也满足方案对IO口的需求。
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方案调节风量采用旋钮编码器作为风量调节旋钮,顺时针调大,逆时针调小,该编码器可根据要求,设置需要的档位数。该器件手柄支持360°选择,结构上无限位点。

旋钮编码器采购链接

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.178.60d253f7mJqplu&id=620277663968&ns=1&abbucket=3#detail

编码器的脉冲波形如下图
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编码器的外围电路
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方案设计4个按键,按键均设置为低电平有效,按键功能分别是:

电源按键:用于开启关闭风扇。

定时按键:用于设置风扇定时开/关的时间段。

Wi-Fi配网重置按键:用于清除已联网的Wi-Fi的网络信息,恢复到出厂设置状态。

模式按键:用于设置风扇工作模式:直吹模式,睡眠模式,自然风模式等。

注:模式按键在编码器上。
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方案设计8个指示灯,指示灯直接Wi-Fi模组的IO口控制,设置均为低电平点亮,指示灯的功能分别是:

4个档位指示灯,3个模式指示灯和1个网络状态指示灯。

方案增加一个指示灯亮度调节控制IO口,可设置调节LED指示灯亮度。
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方案采用PWM信号作为Wi-Fi模组和电机驱动控制芯片(FU6832S)的交互信号。Wi-Fi模组及外围电路如下图所示

电源直接选用绿源国标电源插头,输出 12Vdc/2A,用于满足风扇整体供电要求。

方案还需要一个12Vdc转3.3Vdc的转换电路,用于Wi-Fi模组及外围供电;一个12Vdc转5Vdc的转换电路,用于电机控制芯片(FU6832S)及外围供电;

转换电路采用基于矽力杰的SY8121B芯片的buck电路,SY8121B是一款高效,响应速度快的同步整流方案的DC-DC转换芯片。

输入电压范围:4.5V~18V

输出电流:2A(max)

四、实现原理图
1、Wi-Fi模组及外围电路
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2、DC-DC转换电路
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3、电机控制芯片(FU6832S)及外围电路
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五、组装实物
电机驱动板和电压转换板
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Wi-Fi模组控制板
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到这里智能风扇的硬件改装就已经完成了。

标签:模组,电机,芯片,改造,Wi,风扇,电路,BLDC,Fi
来源: https://blog.csdn.net/sandwich_iot/article/details/117673327