一种隔离式刷式直流电机电流测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种隔离式刷式直流电机电流测量系统，包括采样电阻、隔离放大器、基于STM32的微控制器、ADC基准电压源。本实用新型专利技术中一方面经采样电阻采集到的电压信号经过隔离放大器放大后传输到基于STM32的微控制器中，另一方面经ADC基准电压源提供2.500V的基准电压源传输到基于STM32的微控制器中，基于STM32的微控制器将对刷式直流电机进行电流测量，从而对电流控制环进行控制。本实用新型专利技术的电路安全可靠，电流采样精度高，采样频率较高；具有强电、弱电之间的隔离，模拟、数字之间的隔离，电路板上系统具有完整性较好、信噪比较低的信号传递，防瞬态冲击保护的功能；适用电机范围广、适用环境宽；集成度高、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电机控制
，尤其涉及一种具有全隔离功能的刷式直流电机绕组电流测量系统。
技术介绍
21世纪的今天，电机在现代化的许多生产、生活方面中起着十分重要的作用，如：工业生产、交通运输、航空航天、机器人技术、运动控制技术等方面。随着人们对自动化的精度、速度要求越来越高，电机的复杂、精密控制成为一项系统工程技术，应用领域极为广泛，例如：火炮系统、飞船光电池对太阳的跟踪控制，数控机床等各类工业设备。在各类各样的电机中，刷式直流电机以起动和调速性能好、过载能力强、受电磁干扰影响小、转矩大等优点活跃在许多场合。各类电机的控制方法一直在不断研究中，对电机的复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量通过一些控制算法进行数字控制，从而达到先进的电机动、静态工作性能。在许多需要尽量缩短起动、制动过程的时间的工程机械中都需要用到复杂数字控制，例如龙门刨床、可逆轧钢机等。而对于刷式直流伺服电机来说，电流控制环能保证电机在最大允许电流下迅速起动、制动，可以充分利用电机的过载能力，使系统以最大加速度运行，当到达稳态时电流控制环使电流降下来使转矩马上与负载转矩平衡，系统稳定运行。电流控制环可改善电机转矩的动、静态性能，达到系统稳、准、快的工作目标，并且可以起到过流保护的作用，可见在刷式直流伺服电机的复杂控制中电流环起着重要的作用。对刷式直流电机的电流测量是电流控制环的重要环节。
技术实现思路
针对
技术介绍
存在的问题，本技术提供一种隔离式刷式直流电机电流测量系统。本技术采用如下技术方案实现：一种隔离式刷式直流电机电流测量系统，包括：采样电阻电路、隔离放大器、基于STM32的微控制器、ADC基准电压源；采样电阻电路与隔离放大器连接，隔离放大器与基于STM32的微控制器连接，ADC基准电压源与基于STM32的微控制器连接。所述的采样电阻电路包括采样电阻R1，去噪电容C_F4、C_F3；C_F4的第一引脚连接R1的第一引脚,C_F4的第二引脚连接锂电池组的地,C_F3的第一引脚连接R1的第二引脚,C_F3的第二引脚连接锂电池组的地。所述的隔离放大器包括元件U9、输入端匹配电阻R36、R37、匹配电容C32，芯片电压去耦电容C3、C31，差分输出端去噪电容C_D1、C_D2，输出端RC滤波环节RF1、C_F5、R_F2、C_F7，微控制器GPIO口输出端去噪电容C_F6、C_F7；元件U9采用芯片AMC1200实现；U9的第二引脚与R36的第二引脚和C32的第一引脚连接,U9的第3引脚与R37的第二引脚和C32的第二引脚连接,U9的第一引脚与C30的第一引脚连接，U9的第4引脚与C30的第二引脚连接,U9的第8引脚与C31的第一引脚连接,U9的第5引脚与C31折第二引脚连接。R_F1的第一引脚与C_D1的第一引脚连接，R_F1的第二引脚与C_F5的第一引脚和C_F6的第一引脚连接。R_F2的第一引脚与C_D2的第一引脚连接，R_F2的第二引脚与C_F7和第一引脚和C_F8的第一引脚连接。C_D1、C_D2、C_F5、C_F6、C_F7、C_F8的第二引脚相连接。所述的基于STM32的微控制器包括主控芯片，晶振、复位模块，SWD下载调试接口，状态指示，2mm间距接口座子。所述的ADC基准电压源包括U1，芯片去耦电容C1、C2、C3；U1的第2引脚与C1、C2的第一引脚连接，U1的第6引脚与C3的第一引脚连接，C1、C2、C3的第二引脚相连接。与其它刷式直流电机电流测量电路相比，本技术具有以下优点：（1）电路安全可靠，电流采样精度高，采样频率较高。（2）具有强电、弱电之间的隔离，模拟、数字之间的隔离，电路板上系统具有完整性较好、信噪比较低的信号传递，防瞬态冲击保护的功能。（3）通过隔离放大器作为隔离器件实现刷式直流电机的电枢电流测量，且采样环节可以与任意电机绕组串接，适用电机范围广、适用环境宽。（4）选用的微控制器内集成有12-bit、最高1MHz采样率、多采样通道的ADC单元，不需要专门的ADC芯片就可以实现高精度的电流测量，集成度高、成本低。附图说明图1是本技术的采样电阻电路原理图；图2是本技术的隔离放大器电路原理图；图3是本技术的基于STM32微控制器电路原理图；图4是本技术的ADC基准电压源电路原理图；图5是本技术的结构框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步说明。见图1，本技术的采样电阻电路主要包括：采样电阻R1，去噪电容C_F4、C_F3。R1为电流采样电阻可与直流电机串接，由欧姆定律，经过采样电阻R1的电流、即为电机的绕组电流将在其上产生一个电压差，由于电机负载的感性及电路系统等其它的电磁干扰因素，在采样电阻两端需对地分别接一个电容起去噪、滤波的作用，该电压差信号（即采样电流P及采样电流N间电压差信号、该电压信号正比于电机绕组电流）通过去噪、滤波后传递至隔离放大器正反相输入端。综上所述即为采样电阻环节电路的工作原理。见图2，本技术装置的隔离放大器环节主要包括：元件U9（本例中为隔离放大器AMC1200），输入端匹配电阻R36、R37、匹配电容C32，芯片电压去耦电容C30、C31，差分输出端去噪电容C_D1、C_D2，输出端RC滤波环节RF1、C_F5、R_F2、C_F7，微控制器GPIO口输出端去噪电容C_F6、C_F7，经过采样电阻采样得到的电压信号由R36、R37、C32匹配后输入隔离放大器U9中，经隔离放大器对该信号进行隔离放大后经过C_D1、C_D2去噪、再经过由RF1、C_F5、R_F2、C_F7构成的一阶RC滤波环节滤除高频噪声，最后通过C_F6、C_F7进一步去噪后进入微控制器GPIO口，由微控制器对其做ADC转换后得出U9差分端输出电压，再由固定的增益关系可以得出此时采样电阻端电压，进而由欧姆定律得出此时流过电机绕组的电流大小，方向。综上所述即为隔离放大器环节电路的工作原理。见图3，本技术装置的基于STM32的微控制器电路部分主要包括：主控芯片部分，晶振、复位部分，SWD下载调试接口部分，状态指示LED部分，2mm间距接口座子部分。主控芯片为32位微控制器STM32F103VCT6，具有编程、调试方便，功耗低、处理能力强、外设模块多的优点，适用于此隔离式刷式直流电机电流测量模块。综上所述即为基于STM32的微控制器环节电路的工作原理。见图4，本技术装置的ADC基准电压源环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔离式刷式直流电机电流测量系统，其特征在于，包括：采样电阻电路、隔离放大器、基于STM32的微控制器、ADC基准电压源；采样电阻电路与隔离放大器连接，隔离放大器与基于STM32的微控制器连接， ADC基准电压源与基于STM32的微控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种隔离式刷式直流电机电流测量系统，其特征在于，包括：采样电阻电路、隔离放
大器、基于STM32的微控制器、ADC基准电压源；采样电阻电路与隔离放大器连接，隔离放大
器与基于STM32的微控制器连接，ADC基准电压源与基于STM32的微控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种隔离式刷式直流电机电流测量系统，其特征在于：所述的
采样电阻电路包括采样电阻R1，去噪电容C_F4、C_F3；C_F4的第一引脚连接R1的第一引脚,
C_F4的第二引脚连接地端,C_F3的第一引脚连接R1的第二引脚,C_F3的第二引脚连接地端。
3.根据权利要求1所述的一种隔离式刷式直流电机电流测量系统，其特征在于：所述的
隔离放大器包括元件U9、输入端匹配电阻R36、R37、匹配电容C32，芯片电压去耦电容C30、
C31，差分输出端去噪电容C_D1、C_D2，输出端RC滤波环节RF1、C_F5、R_F2、C_F7，微控制器
GPIO口输出端去噪电容C_F6、C_F7；元件U9采用芯片AMC1200实现；U9的第二引脚与R36的第
二引脚、C32的第一引脚连接,U...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾凌云，李卫华，阮华平，廖倩，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42