电动自行车的后轮电机是一个直流无刷电机,可直接采用电机自身的霍尔电路检测器的信号来采集速度信息而不增加其他位置和速度检测元件。采用霍尔电路信号对转速测量通常采用两种方法一种是使用一路信号进荇测量,一种是利用三路霍尔电路通过逻辑电路或算法,产生六倍于一路霍尔电路信号频率倍频信号然后对其进行测量。
本文介绍以STM32單片机位核心、一路霍尔电路信号进行电动机转速测量系统
1、## 无刷直流电动机霍尔电路测速的原理 ##
无刷直流电机的工作原理本质上与有刷电机类似,有刷直流电机采用机械的电刷和换向器对绕组中的电流进行换向而无刷电机采用电子方式对绕组电流换向。直流电机中转矩是通过永磁体磁场和绕组中的电流相互作用产生的在有刷电机中,换向器通过切换电枢绕组实现电枢电流的换向与合适的磁场而无刷直流电机中,霍尔电路位置传感器探测转子旋转磁场的位置通过逻辑与驱动电路,给相应的绕组激励总的说来,绕组根据电机永磁體的磁场作出反应从而产生需要的转矩。如下图是一种三相8极(四对磁极)无刷直流电机基本组成:
旋转的永磁体转过双极型数字霍尔電路传感器时会使双极型数字霍尔电路传感器状态发生改变,即发出一个低频脉冲如果电机磁极对数是上图中8极磁体无刷直流电机中,则电机每转一圈就会有8个脉冲出现。
2、## 转速算法的选取 ##
单片机转速测量的算法很多主要有频率测速法(M法)、周期测速法(T法)、MT法等。
M 测速法:通过在相同的时间T间隔内计算传感器输出的脉冲个数来算出转速;设霍尔电路传感器输出的信号每转 R个脉冲对应的转速為N(r/min),则f=RN/60,就可算出实际转速为N=60M/RT(r/min).
其中:R为每转的信号数,T为间隔时间M为T时间内测得的脉冲数。
可见这种测速法的分辨率取决于电机转┅周的输出方波R和测速周期T极对数越多或测量周期越长,则分辨率越小但一般电机的R不大,且测量周期不宜过大因为测量周期过大為影响测速的反应速度,降低系统的实时性所以这种方法是不可取的。
T法测速:通过测量传感器发出的相邻两个脉冲之间的T来算出转速用一个计数器对一个已知频率为f的时钟脉冲计数;传感器每输出一个脉冲都想CPU申请一次中断,CPU响应中断读出计数值M并将计数器清零。則可计算出转速的公式为:N=60f/MR (r/min)
其中,f为时钟频率R为每转输出的信号数,M为中断读到的计数值。
可见这种测速法的分辨率与转速有關转速越低,Q越小因此,这种测速法在低速时有叫强的分辨率
3、## 软件设计与实现 ##
函数功能:输入捕获中断处理函数