【应用】R7F0C807单片机在室内通风系统（基于BLDC 电机控制）中的应用

本文介绍了瑞萨R7F0C807单片机在室内通风系统（基于BLDC 电机控制）中的应用。

近年来随着人们生活品质的提高，大众对于居家的室内空气二氧化碳浓度关注度与日俱增，管控二氧化碳浓度目前最有效的方法在于换气。本应用设计了一种基于二氧化碳浓度监测和直流无刷电机控制的室内通风系统，该系统通过二氧化碳传感器实时监测室内二氧化碳的浓度，当其浓度超过用户预设报警值时，系统启动直流无刷（BLDC）通风排风扇进行室内换气，并且自动根据室内二氧化碳浓度自动控制直流无刷风扇的转速；当其浓度低于用户预设报警值时，系统关闭排风扇，以节约能源。通过该系统自动维护良好的室内空气品质。

结构框图

R7F0C807 结构框图（控制板使用）：

图1  R7F0C807 的结构框图

R7F0C807的引脚配置

R7F0C807的引脚配置请参见图2：

图2  R7F0C807的引脚配置

系统框图

图3  R7F0C807的系统框图

功能介绍

初始化完成以后，系统显示板以0.5 s 间隔的时间频率采集NDIR 型二氧化碳传感器数据，并且在LCD 液晶屏上实时显示室内二氧化碳含量。当室内二氧化碳含量高于用户预设报警值时，系统显示板通过无线数传模块向控制板发送直流无刷（BLDC）通风风机启动信号及相关电机控制数据，系统控制板无线数传模块接收到相关数据后通过PI 算法实时控制直流无刷电机排风扇的转速；当室内二氧化碳含量低于用户预设值时，通过上述系统关闭通风风机运转以达到节能目的。显示板和控制板通过无线连接的设计可以方便用户通风风机的布线。通过“SET”键单击可以方便的切换当前室内二氧化碳含量和用户预设报警值显示。长按“SET”键（保持2 秒以上）进入用户设置模式：通过“SHIFT”和“ADD”键设置或者修改用户预设的二氧化碳报警值，单击“SET”键保存结果并退出用户设置模式。

控制板电源电路

控制板电源电路原理图请参见图4：

图4   控制板电源电路

控制板电源电路功能描述

通过三端稳压器将外部电源适配器提供的直流电压降压到5 V（VDD）供给MCU，无线数传模块等系统电源。通过滤波电路形成5 V（AVDD）电压供给运放，比较器等模拟电源。输入电源15 V供给智能功率模块（SPM）驱动BLDC 电机控制，同时通过滤波电路形成+15 AV 电压供给智能功率模块相关运放等模拟电源供电。

控制板无线数传模块控制电路

控制板无线数传模块控制电路原理图请参见图5：

图5   控制板无线数传模块控制电路

控制板无线数传模块控制电路功能描述

控制板无线数传模块为窄带无线数传模块，工作在425-450.5 MHz 频段，通讯接口为UART 方式。窄带传输具有功率密度集中，传输距离远，抗干扰能力强的优势。模块具有软件FEC 前向纠错算法，其编码效率较高，纠错能力强的特点。当室内二氧化碳浓度超过用户设定值时，控制板无线数传模块接收到显示板的二氧化碳浓度及相关控制数据，通过PI 算法自动控制BLDC 电机转速和启动/停止。

控制板智能功率模块（SPM）电路

控制板智能功率模块（SPM）电路原理图请参见图6：

图6   控制板智能功率模块（SPM）电路

控制板智能功率模块（SPM）电路功能描述

采用仙童公司的FSB50325智能功率模块（SPM），此模块在Tiny-DIP 封装中集成了6 个内置快恢复二极管的MOSFET 和3 个半桥高电压驱动IC（HVIC），专为内置控制的BLDC 电机而设计。通过R7F0C807 的实时输出功能（RTO）模块生成6 路PWM 通过FSB50325 智能功率模块控制BLDC 电机调速，调速方式为带霍尔传感器的直流无刷电机的120°控制。

控制板电机电流采样及电机强制截止电路

控制板电机电流采样及电机强制截止电路原理图请参见图7：

图7    控制板电机电流采样及电机强制截止电路

控制板电机电流采样及电机强制截止电路功能描述

由LM358运放组成的放大电路对电机电流采样电阻（0.56 欧姆）的电压做信号调理，调理过的采样电压进入R7F0C807 的10 位A/D 的ANI3 通道，并且经过换算得到电机实时电流值。同时此采样电压经过电压比较器，生成电机截止信号，输入到R7F0C807 的具有硬件强制截止信号专属输入端口（INTP0），保证电机在异常情况下，R7F0C807自动输出预先设定好的截止控制电平信号停止电机转动。

控制板BLDC 电机霍尔传感器信号调理电路

控制板BLDC 电机霍尔传感器信号调理电路原理图请参见图8：

图8   控制板BLDC 电机霍尔传感器信号调理电路

控制板BLDC 电机霍尔传感器信号调理电路功能描述

直流无刷电机的三相霍尔信号（HALL_A, HALL_B,HALL_C）经过带施密特触发功能的反相器SN74HC14N滤波后进入R7F0C807 的INTP1，INTP2，INTP3 管脚，并且经过软件换算得到实时直流无刷电机的转速。

R7F0C807单片机的关键特性

   ·   最短指令执行时间可以在高速（0.05 μs @ 20 MHz 运行时）至超低速（1.0 μs @ 1 MHz 运行时）之间更改。

   ·   内置实时输出控制电路，通过定时器的PWM 输出方式可以同时实现8 通道输出。有助于客户进行直流无刷电机控制和步进电机控制（同一时间控制两个）开发。

   ·   通用寄存器：8 位×8 个寄存器

   ·   ROM：8 KB，RAM：1 KB 字节

   ·   可选高速片上振荡器时钟：20/10/5/2.5/1.25 MHz（典型值）

   ·   内置单电源闪存

   ·   片上调试功能

   ·   内置十进制校正（BCD）电路

   ·   内置可选择的上电复位（SPOR）电路

   ·   片上看门狗定时器（可在专用低速片上振荡器下运行）

   ·   片上时钟输出/蜂鸣器输出控制电路

   ·   输入/输出端口：18

   ·   定时器，8/16 位定时器： 4 通道，看门狗定时器： 1 通道

   ·   串行接口，CSI： 1 通道，UART： 1 通道

   ·   8/10 位分辨率A/D 转换器：8 通道

   ·   待机功能：HALT 或STOP 模式

   ·   电源电压：VDD = 2.4 至5.5 V

   ·   运行环境温度：TA = -40 至+85 ℃

R7F0C807单片机广泛应用于直流无刷电机及步进电机控制。