准确测量交流电的周期，并利用其频率来推导电机的角度

只看该作者 · 2024-5-31 02:08

外中断检测交流电的频率以确定电机的角度数值是一种常见的方法，尤其是在同步电动机或步进电机控制中。这里的关键是准确测量交流电的周期，并利用其频率来推导电机的角度。以下是一个详细的方案，包括硬件连接、软件实现和必要的注意事项。

1. 硬件连接
交流电信号的处理
电压变换和整流：使用变压器将交流电降压到适合微控制器输入的安全电压，然后使用整流电路（如全波整流）将交流信号转换为单极性脉冲信号。
电压钳位和限流：使用齐纳二极管和电阻器保护微控制器的输入引脚。
信号调理：使用比较器或施密特触发器清除交流信号中的噪声和抖动。

只看该作者 · 2024-6-30 02:08

硬件电路示例
plaintext

交流电源 ---- 变压器 ---- 整流电路 ---- 电压钳位 ---- 比较器 ---- 微控制器外部中断引脚

只看该作者 · 2024-6-30 02:08

软件实现
在软件部分，我们使用外部中断来捕获交流电的过零点或周期边缘，并使用定时器来计算频率和角度。

只看该作者 · 2024-6-30 02:08

初始化代码
c

#include "stm32f4xx.h"  // 示例以STM32F4为例

volatile uint32_t zeroCrossCount = 0;
volatile uint32_t timerCount = 0;

void EXTI0_IRQHandler(void) {
if (EXTI->PR & EXTI_PR_PR0) {
      EXTI->PR = EXTI_PR_PR0;  // 清除中断标志

      zeroCrossCount++;
      timerCount = TIM2->CNT;  // 读取定时器计数值
      TIM2->CNT = 0;          // 重置定时器
}
}

void TIM2_Init(void) {
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM2EN;
TIM2->PSC = 84 - 1;  // 1 MHz (假设系统时钟为84 MHz)
TIM2->ARR = 0xFFFFFFFF;
TIM2->CR1 |= TIM_CR1_CEN;  // 启动定时器
}

void EXTI0_Init(void) {
RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1ENR_GPIOAEN;
GPIOA->MODER &= ~(GPIO_MODER_MODER0);
GPIOA->PUPDR |= GPIO_PUPDR_PUPDR0_0;  // 上拉电阻

SYSCFG->EXTICR[0] |= SYSCFG_EXTICR1_EXTI0_PA;
EXTI->IMR |= EXTI_IMR_IM0;
EXTI->RTSR |= EXTI_RTSR_TR0;

NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
}

void SystemClock_Config(void) {
// 系统时钟配置代码
}

int main(void) {
HAL_Init();
SystemClock_Config();

TIM2_Init();
EXTI0_Init();

while (1) {
      // 主循环，可以在这里处理角度计算和其他任务
}
}

只看该作者 · 2024-6-30 02:08

角度计算
c

#define FREQUENCY 50 // 假设交流电频率为50 Hz

float calculateAngle(uint32_t count) {
float period = 1.0 / FREQUENCY; // 周期时间
float timePerCount = period / 1000000; // 每个定时器计数对应的时间，假设定时器频率为1 MHz
float elapsedTime = count * timePerCount;
float angle = (elapsedTime / period) * 360.0;
return angle;
}

void processAngle(void) {
uint32_t count = timerCount;
float angle = calculateAngle(count);

// 处理角度，例如输出到显示器或用于控制
}

只看该作者 · 2024-6-30 02:09

注意事项
信号调理：确保输入信号清晰、无抖动，尤其在高噪声环境下。
中断优先级：合理设置外部中断和定时器中断的优先级，确保测量准确。
定时器精度：定时器的频率和精度直接影响角度计算的准确性，选择合适的定时器时钟源和预分频器。
系统延迟：处理延迟可能会影响角度计算，尽量在中断服务程序中快速处理或记录数据，后续在主循环或任务中进行复杂计算。
通过上述方法，可以利用外部中断和定时器精确测量交流电的频率，并推导电机的角度数值。具体实现中需根据实际硬件和系统要求进行调整和优化。