成功案例 LPC865 MCU赋能打造下一代临床台式离心机！

来源：乐鱼网    发布时间：2024-07-23 09:53:14

  临床台式离心机是临床诊断实验室的主力设备。离心机与众多工业和医疗设施一样，在幕后默默维护着我们的安全与健康。

  Drucker Diagnostics总部位于美国宾夕法尼亚州中部，是临床台式离心机设计与制造领域的领军企业。Drucker Diagnostics离心机覆盖全球，每天处理无数份患者采样，完成常规检查、血液存储及紧急快速检查（STAT测试）等工作。如果您曾抽血检查，大概率是由Drucker Diagnostics离心机完成。

  Drucker Diagnostics离心机常见于诊所、医院、急诊室以及血液库中。甚至我们最心爱的毛孩子也依靠Drucker Diagnostics离心机来保持健康幸福。

  离心机的工作原理非常直观：机器内部预设了专为标准采样管设计的槽位，将样本至于其中。离心机在指定时间内以指定速度旋转样本。在旋转过程中，样本里密度不同的成分在离心力的作用下呈现物理分离。例如，血浆或血清便可从红细胞、白细胞和血小板中分离出来。

  离心机的核心是电动机和电力电子设备。不相同的型号的离心机配备不一样的尺寸和额定值的电机，及相应规模的功率控制电子设备。在某些应用场景中，需要离心机的转速 (RPM) 更快，并且离心机的转子组件能够承载更高的质量。

  离心机的设计非常多样化，没有通用解决方案。市场上通常存在多个型号，适用于不同的应用，这些应用对离心机的转速和扭矩有特定的要求。一个典型的离心机可能会采用任何类型的电动机技术，从同步交流电机到无刷直流电机等，以适应不一样的应用场景。

  控制电子设备的任务是全面管理离心机的旋转周期，包括速度控制、转子不平衡和过度振动的检测、电气故障处理、功能安全以及操作员界面。

  从传统的8位微控制器到基于专有架构的专用“一体式”IC，各种技术方案均有应用。离心机的设计初看简单，但实际上，为满足不同应用的灵活性和控制需求，系统模块设计面临着诸多挑战。

  工程师们必须在功能、成本和可靠性之间找到平衡点，进行精细的离心机设计。在供应链紧张的情况下，使用特殊的IC可能会给产品设计的适应性带来重大挑战，影响到最终产品的持续供应。

  LPC865是LPC800系列的最新产品，功耗低，引脚数少，节省空间。LPC865内置两个功能强大的柔性定时器模块 (FTM)、一个高速模数转换器 (ADC) 以及一个模拟比较器 (ACMP)，在电机控制应用领域表现出色。

  电机控制外设经过精心设计，可以通过专用的外设互连系统协同工作，从而支持实现各种常见的电机控制方案。

  LPC865电机控制用例多种多样，从简单的无刷直流电机到永磁同步电机的磁场定向控制。LPC865是传统8位和16位部件的替代产品，LQFP-64封装，一万件起订量，零售价1.07美元。在Drucker Diagnostics的应用中，成本相比当前的MCU降低了6倍。

  迁移到现代化、低成本的32位Cortex-M0+ MCU的其他好处包括：

  LPC865的开关矩阵和简洁的IC封装特性，在简化设计和降低BOM成本方面提供了显著的双重优势。

  SWM支持各种外设连接到任意引脚，极大地简化了印刷电路板的布局设计。这一特性在使用低成本PCB技术进行成本敏感型应用开发时尤其有益。

  在I/O需求较低的情况下，工程师可以再一次进行选择5mm2的HVQFN32小型封装。而对需要更多GPIO引脚来连接按钮、LCD和电磁驱动器等机电元件的设计，LQFP64封装则提供了丰富的I/O资源。

  作为向现代设计架构过渡的初步尝试，Drucker Diagnostics开展了一个试点项目，专注于评估LPC865的性能。

  该试点项目旨在用无刷直流电机 (BLDC) 替换传统的同步交流电机和8位MCU。此外，该设计还采用了模块化的方法，保障成本效益。该试点设计使用了恩智浦LPC865 MCU、NexperiaBUK9Y43-60EMOSFETS于三相桥，以及On Semiconductor的NCD83591MNTXG栅极驱动器。

  该试点项目的一个特点是拆分电力电子功能，相比电力电子架构具有更高的灵活性。LPC865和栅极驱动器具有通用特性，赋予了控制拓扑结构出色的敏捷性。在保持相同架构的前提下，能够从基于查找表的BLDC换向方案平滑过渡到无传感器控制方法。

  提供更多的IO意味着能轻松实现更低的BOM成本，因为不再需要传统8位设计中常见的外部I/O扩展器。

  Drucker Diagnostics的众多产品线涵盖了广泛的用户界面和I/O需求。部分产品具有用于报告操作状态的LCD，而别的产品只有简单的LED/按钮用户界面。此外，还需要在产品中控制辅助功能，如安全机械用的螺线提供了适量的I/O能力，能够在单个芯片上集成所有必要功能，大大降低了BOM成本。

  “恩智浦通过提供性价比极高的一流技术解决方案，助力Drucker Diagnostics在产品领域保持一马当先的优势和成本效益，使人们的生活更安全、健康和高效。”

  它不仅能以低成本成为简单无刷直流电机 (BLDC) 的优选，还拥有足够的解决能力，适用于那些有必要进行永磁同步电机 (PMSM) 磁场定向控制 (FOC) 的更高级应用。

  下面列出了多个详细的应用笔记，指导您如何利用LPC865构建高级电机控制拓扑结构：

  基于LPC86x的永磁同步电动机单电流采样控制解决方案，了解详情

  通过按钮进行的人工用户控制输入/通过按钮实现的人机界面 (HMI) 操作

  作为一个节点，加入到一个分布式工业级RS485网络中，并使用Profinet、Modbus或BACNET等标准化协议进行通信

  一些电机控制选项在大多数情况下要额外的闪存空间、解决能力或USB等连接选项。恩智浦新发布的MCX A系列是一个保持简单性和低BOM成本的解决方案。MCX A153将闪存和RAM提升了一倍，同时配备了USB全速接口和96MHz Cortex-M33内核。它具有一致的电机控制功能和封装选项，是寻求额外功能的用户的理想选择。

  Drucker Diagnostics与恩智浦及其LPC865在电机控制领域的合作正处于起步阶段。2024年，双方合作将持续推进，用现代化的控制架构，提升离心机的性能，同时确保成本效益。