意法半导体智能执行器 STSPIN 参考设计整合电机控制、传感器和边缘人工智能

2024 年 1 月 23 日，中国——意法半导体的EVLSPIN32G4-ACT边缘 AI 电机驱动参考设计基于STSPIN32G4智能三相电机驱动器，能够降低智能执行器的开发难度。意法半导体的无线工业传感器节点STWIN.box(STEVAL-STWINBX1)整合电机控制、环境数据实时分析和物联网连接功能。这两块电路板可以之直接互连，加快系统开发速度。

EVLSPIN32G4-ACT整合电机控制系统创新与数据科学及其应用，实现电机控制性能突破，确保环保和盈利双丰收。STWIN.box的高质量传感器采集执行器引擎的状态信息，而高速数据记录功能有助于创建基于边缘人工智能和机器学习的高级解决方案。环境数据和控制数据整合可以向系统工程师准确显示应用的运行情况，帮助识别异常情况，并使数据驱动的算法能够提供故障排除和性能优化指南。


STSPIN32G4整合了具有电源管理功能的智能栅极驱动器和 STM32G4微控制器(MCU)。该开发套件还包括一个48V/5A 的三相电机逆变级，以及用于连接传感器模块的软件和应用开发软件，帮助用户创建能够对温度变化、气压、声音、运动、超声波信号等事件做出智能响应的自主机制。
STSPIN32G4电机驱动器使IoT 和 IIoT 设备能够实现紧凑的安装空间和低功耗。目标应用包括工厂和楼宇自动化系统、伺服驱动器，以及家用和工业用机器人。STM32G431嵌入式MCU具有用于控制三相BLDC电机的外设，包括四个超快速比较器、三个运算放大器以及两组高级PWM定时器和12位ADC。该器件还包含自举二极管、DC/DC 转换器和低压降稳压器，其中，低压降稳压器无需外接电路就可以把电机电源转换成给栅极驱动器和MCU供电的电源轨。
EVLSPIN32G4-ACT可驱动高达 250W 的12V、24V、36V 或 48V电机。过热、欠压、过压和过流等电气保护功能一应俱全，有助于应用设计实现较低的物料成本和较小的尺寸。用户可以选择六步或矢量控制 (FOC)、有传感器或无传感器转子位置检测，以及三shunt电阻或单shunt电阻式电流测量。

STWIN.box模块可以直接插接到驱动板上电。该传感器节点包括STM32U5超低功耗微控制器、Bluetooth®、Wi-Fi 和 NFC 收发器，以及各种工业级 ST MEMS 传感器，其中，传感器包括一个三轴磁力计和一个目前技术非常先进的内置 AI功能即机器学**(MLC)的工业 IMU单元，这两个传感器提供9-DoF(自由度)惯性感测功能。板上还有一个额外的高性能加速度计、一个6kHz 带宽的三轴数字振动传感器，以及内置MLC核心的高精度两轴倾斜仪。板载环境传感器包括数字气压计和 I²C/SMBus 温度传感器。板上还有数字和模拟 MEMS 麦克风，分别用于捕获音频和超声波。
软件包括数据记录固件和软件套件、低功耗蓝牙应用程序和 Python 软件开发套件 (SDK)。这些软件组件可以轻松集成到典型的数据科学工作流程中，方便数据科学家设计边缘人工智能和机器学习解决方案。高速数据记录器(FP-IND-DATALOGMC)支持实时监控，能够采集和标记运动控制算法数据与外部传感器数据组成的高分辨率、时间戳准确的数据集。


该参考设计利用所描述的功能和完整的支持软件，整合意法半导体传感器和三相电机驱动技术，为运动控制应用带来边缘人工智能。用户可以将人工智能靠近主运动控制器，创造出具有智能和决策能力的设备，赋能工业自动化、智能电器以及需要智能驱动的所有应用更快、更高效地处理数据，执行相应操作。