电机转速计算（基于码盘和IO外部中断）

news2024/12/23 20:40:23

概述

1 硬件介绍

1.1 整体硬件结构

1.2 模块功能介绍

2 测速框架介绍

2.1 测速原理

2.2 软件框架结构

3 使用STM32Cube配置Project

3.1 准备环境

3.2 配置参数

3.3 生成Project

4 功能实现

4.1 电机控制代码

4.2 测试代码

4.3 速度计算

5 测试

5.1 编写测试代码

5.2 运行代码

电机测速功能

概述

本文主要介绍使用外部IO中断和内部定时器，实现电机转速的测试功能。笔者基于码盘和光电测速传感器，使用STM32F103内部定时器的功能，完成测试功能设计。文章介绍其实现原理，设计方法，并基于STM32Cube软件配置参数和生成工程。完成所有的软硬件功能。

1 硬件介绍

1.1 整体硬件结构

光电测试器位置

测速码盘位置

1.2 模块功能介绍

1）测试传感器

工作原理：

当模块中的槽无遮挡时，接收管导通，DQ输出为低电平

当槽被遮挡时，DQ输出为高电平。

2）码盘

该码盘一周总共有20个孔，则其将一个圆分为20个等分，在测速的时候。只需记录其在1s时间内走过孔的个数，然后通过轮胎的周长与孔等分的关系，就能计算出速度。

3）轮胎参数

根据参数可得，轮胎的直径为：6.8cm

2 测速框架介绍

2.1 测速原理

1）IO EXIT: 输入性IO中断，当有脉冲发生时，会产生一个外部中断，在该中断的回调函数中实现计数功能，没进入一次中断，计数加1。

2）TIME6：实现1ms的定时功能，在其内部实现一个1s计数功能，当计数count=1000时，此时计时时间为1s,读取IO EXIT中的计数值。

3）根据计数值和轮胎的周长，就可以计算出转速值

2.2 软件框架结构

3 使用STM32Cube配置Project

3.1 准备环境

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

3.2 配置参数

1）配置外部IO中断，设置为上升沿触发模式

2) 配置计数定时器，定时中断触发时间为1ms

3）PWM输出配置

输出端口配置

IO端口配置

PWM相关的参数

PWM CH1 ~ CH4端口参数，每个端口参数相同，笔者以CH1为例，介绍参数配置

3.3 生成Project

配置完成参数后，点击GENERATE生成工程，打开文件如下：

4 功能实现

4.1 电机控制代码

笔者使用PWM控制电机转速，CH1和CH2控制电机的转向，所以需要配置这两个输出端口的输出特性。其实现代码如下：

void pwm_ctrl_Init( void )
{
    HAL_TIM_Base_Start( &htim8 );
    HAL_TIM_PWM_Start( &htim8, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start( &htim8, TIM_CHANNEL_2);
     
    HAL_TIM_SetPWM_Pulse( 0, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_SetPWM_Pulse( 2000, TIM_CHANNEL_2);
}

4.2 测试代码

在外部中断回调函数中实现计数功能。在定时器计数到1s的时刻，记录下该值，用于计算转速。

static uint32_t trg_cn = 0;

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if( GPIO_Pin == INPUT_TRIGGER_Pin){
        trg_cn++;
  }
}

void Calculate_Speeds( void )
{
    printf("run count: %d \r\n", trg_cn);
    trg_cn = 0;
}

4.3 速度计算

已知参数如下：

轮胎直径(R)： 6.8 cm

码盘细分数（一个周长）：20个间隔

1s时间内的码盘间隔数目：CNT

转速v = (π*R)/20 * CNT ( cm )

代码实现：

 /* USER CODE BEGIN 0 */
#define  PI          3.14159
#define  R           6.8         // unit: cm
#define  DIV_CNT     20


 static uint32_t trg_cn = 0;
/* USER CODE END 0 */

float  calculate_speeds( uint32_t cnt )
{
    float speeds;
    
    speeds = ((PI*R)/20) * cnt;
    
    return  speeds;
}

打印数据函数

void Calculate_Speeds( void )
{
    float speeds;
    
    speeds = calculate_speeds( trg_cn );
    printf("run count: %d, speeds: %0.3f cm/s\r\n", trg_cn, speeds);
    trg_cn = 0;
}