电机测试方法的介绍与功能实现（T测试方法）

目录

概述

1 理论介绍

2 实现原理

2.1 旋转式编码器原理

2.2 系统实现框图

2.3 测速原理 

2.4 计算速度值

3 STM32Cube配置项目

3.1 软件版本信息

3.2 配置项目

4 代码实现

4.1 电机速度控制

4.2 速度计算函数

4.3 功能实现

5 测试

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概述

本文主要介绍测试电机速度方法（T测试方法）的实现原理与功能实现，笔者使用STM32F103芯片作为主控，并使用光电编码器作为测速装置，基于定时器和PWM实现电机速度测试和速度控制功能。还应该STM32Cube搭建项目实现测速的功能。

1 理论介绍

T 法：又叫做周期测量法。这种方法是建立一个已知频率的高频脉冲并对其计数，计数时间由捕获到的编码器相邻两个脉冲的间隔时间 T 决定，计数值为 M1。设编码器单圈总脉冲数为 C，高频脉冲的频率为 F0，则转速 n 的计算公式为：

公式中的参数介绍：

C:   编码器单圈总脉冲数

F0:  高频脉冲频率

M1:  编码器相邻两个脉冲的间隔时间计数

从公式可以看出，在电机高转速的时候，编码器脉冲间隔时间 TE 很小，使得测量周期内的高频脉冲计数值 M1 也变得很少，导致测量误差变大，而在低转速时， TE 足够大，测量周期内的 M1 也足够多，所以 T 法和 M 法刚好相反，更适合测量低速。
 

2 实现原理

2.1 旋转式编码器原理

旋转编码器内部大都由码盘、光电检测装置和信号处理电路等部分构成。码盘上刻了若干圈线槽，线槽等距并且可透光，当码盘旋转时就会周期性的透过和遮挡来自光电检测装置的光线，这样检测装置就会周期性的生成若干电信号。但是这些电信号通常比较微弱，需要加入一套处理电路对信号进行放大和整形，最后把信号整形为脉冲信号并向外输出。

旋转式编码器的原理示例图：

2.2 系统实现框图

系统使用STM32F103作为主控芯片，TIMER-8定时器用于产生两路PWM信号驱动电机；使用IO 输入中断捕捉编码器的脉冲信号；TIMER-7产生高频信号用于统计两个编码器脉冲之间的高频脉冲个数。

2.3 测速原理 

参数介绍：

M0:  两个编码器脉冲之间的时间间隔

F0:  高频脉冲的个数

测速原理描述：

Step-1： 当M0上升沿时开启F0的计数

Step-2:    当M0第二次发生上升沿中断时，停止计数

2.4 计算速度值

已知参数：

轮胎直径(R)： 6.8 (cm)

码盘细分数（一个周长）：20个间隔

一个M0时间内测试到F0的：CNT

F0的周期为:    T(us)

计算公式如下：

V = (R/20)/（T*CNT）（cm/s）

3 STM32Cube配置项目

3.1 软件版本信息

软件名称	版本信息
STM32Cube	STM32CubeMX 6.11
STM32 HAL	STM32Cube_FW_F1_V1.8.5

3.2 配置项目

1）配置编码器IO，使能输入IO中断( External interrupt )

2）配置定时器计数中断，中断间隔时间为10us ( MCU系统工作时间为72M)

 

 3）定时器Timer-8产生PWM，其周期为10ms

 Timer-8的参数：

PWM的参数：

 

 配置参数完成后，就可以生成项目代码：

4 代码实现

4.1 电机速度控制

通过改变PWM的占空比来调整电机的转速，具体实现代码如下：

void pwm_ctrl_Init( void )
{HAL_TIM_Base_Stop( &htim8 );HAL_TIM_PWM_Start( &htim8, TIM_CHANNEL_1);    // PC6 HAL_TIM_PWM_Start( &htim8, TIM_CHANNEL_2);    // PC7HAL_TIM_SetPWM_Pulse( 1500, TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_SetPWM_Pulse( 0, TIM_CHANNEL_2);
}

4.2 速度计算函数

通过第二章节的原理可知，码盘间隔、轮胎直径、测试定时器频率已知。根据这些参数就能计算电机的转速。

#define  PI                             3.14159
#define  R                              6.8              // unit: cm
#define  DIV_CNT                        20
#define  CYCLE_TIME                     20               // us
#define  CYC_INTEV                     ((PI*R)/DIV_CNT)  //cm
#define  PARA                           CYC_INTEV*(1000000/CYCLE_TIME)#if 1#define pr_debug(fmt, args...)     printf("DEBUG: " fmt, ##args)
#else#define pr_debug(fmt, args...)
#endifstatic uint32_t mfreq_cnt = 0;
static bool enable_cnt = false;float  calculate_speeds( uint32_t cnt )
{float speeds;speeds = PARA/cnt;pr_debug("run count: %d, speeds: %0.3f cm/s\r\n", cnt, speeds);return  speeds;
}

4.3 功能实现

代码48行： 重新EXTI中断函数

代码52行： 判断码盘的脉冲

代码56行： 记录第一次的脉冲位置

代码62行： 记录第二次的脉冲位置

代码63行： 禁止计数

代码64行： 计算速度

代码71行：定时器计数函数，该函数被HAL_TIM_PeriodElapsedCallback调用

源代码：

#define  PI                             3.14159
#define  R                              6.8              // unit: cm
#define  DIV_CNT                        20
#define  CYCLE_TIME                     20               // us
#define  CYC_INTEV                      ((PI*R)/DIV_CNT)  //cm
#define  PARA                           CYC_INTEV*(1000000/CYCLE_TIME)#if 1#define pr_debug(fmt, args...)     printf("DEBUG: " fmt, ##args)
#else#define pr_debug(fmt, args...)
#endifstatic uint32_t mfreq_cnt = 0;
static bool enable_cnt = false;float  calculate_speeds( uint32_t cnt )
{float speeds;speeds = PARA/cnt;pr_debug("run count: %d, speeds: %0.3f cm/s\r\n", cnt, speeds);return  speeds;
}void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{static uint16_t trg_cn = 0;if( GPIO_Pin == INPUT_TRIGGER_Pin){switch( trg_cn ){default:case 0:mfreq_cnt = 0;trg_cn = 1;enable_cnt = true;break;case 1:enable_cnt = false;calculate_speeds(mfreq_cnt);trg_cn = 0;break;}}
}void HAL_TimerCnt( void )
{if( enable_cnt ){mfreq_cnt++;}
}

5 测试

1）测试1

 电机转速控制PWM 占空比配置为：1500/10000。测试得到的速度如下：

2）测试2

 电机转速控制PWM 占空比配置为：5000/10000。测试得到的速度如下：