CN106341059B - 一种信号处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种信号的处理方法和装置。所述信号的处理方法包括：当微控制单元MCU接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断；获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比；根据所述目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号，所述预设占空比序列包括至少两个预设占空比；将所述电机反馈信号发送至电机控制芯片，并进行所述霍尔反馈中断的中断返回，以便所述电机控制芯片根据所述电机反馈信号调整所述电机的转速。本发明公开的信号的处理方法和装置通过对霍尔反馈信号进行处理，提高了电机速度控制的灵敏度。

Description

一种信号处理方法和装置

技术领域

本发明实施例涉及无刷电机转速控制技术，尤其涉及一种信号的处理方法和装置。

背景技术

在现今的工业生产及日常生活中，各种设备如常见的打印机、自动取款机、洗衣机和汽车等都需要动力源来进行驱动，无刷电机由于具有干扰低、噪声小、寿命长及维护成本低等优点而得到广泛的应用，而对无刷电机转速的控制是技术人员关注的焦点。

对无刷电机转速的控制主要是通过如下方式，首先对电机的霍尔反馈信号进行运算，然后根据运算结果修正电机中控制芯片的信号输出来实现对电机转速的控制。现有技术中对霍尔反馈信号检测和处理的方式是，通过微控制单元(Microcontroller Unite，MCU)中的脉冲捕捉模块来获取信号占空比，取得多个脉冲信号再求得脉宽平均值得到稳定的脉宽时间后再进行相应的运算来控制无刷电机转速。

在现有技术中存在如下缺陷，由于计算稳定的脉宽时间时需要对取得的多个脉冲先求和再求平均，因此控制系统的灵敏度较低。

发明内容

本发明提供一种信号的处理方法和装置，以实现提高控制系统的灵敏度。

第一方面，本发明实施例提供了一种信号的处理方法，所述信号的处理方法包括：

当微控制单元MCU接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断；

获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比；

根据所述目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号，所述预设占空比序列包括至少两个预设占空比；

将所述电机反馈信号发送至电机控制芯片，并进行所述霍尔反馈中断的中断返回，以便所述电机控制芯片根据所述电机反馈信号调整所述电机的转速。

进一步地，所述微控制单元还包括外部中断模块和公共定时器，所述公共定时器用于其它模块计时至少两个电机的霍尔反馈信号周期测量；

所述当微控制单元接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断，包括：

当微控制单元接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，控制所述外部中断模块产生霍尔反馈中断；

相应的，所述获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比，包括：

通过所述公共定时器获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比。

进一步地，所述通过所述公共定时器获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比，包括：

根据预设定时周期从所述目标霍尔反馈信号中，获取高电平对应的预设定时周期的数量，将所述预设定时周期的数量作为目标占空比，所述预设定时周期为所述公共定时器的计时时长。

进一步地，所述根据所述目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号，包括：

从预设占空比序列中查找配置时间距离当前时间最长的第一占空比；

将所述第一占空比更新为所述目标占空比；

根据更新后的预设占空比序列确定电机反馈信号。

进一步地，所述根据更新后的预设占空比序列确定电机反馈信号，包括：

将更新后的占空比序列中的全部占空比进行累加；

根据累加结果确定电机反馈信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种信号的处理装置，所述处理装置位于控制单元MCU中，该信号的处理装置包括：

反馈信号接收模块，用于接收电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号；

霍尔反馈控制模块，用于当所述反馈信号接收模块接收到所述目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断；

目标占空比获取模块，用于获取所述反馈信号接收模块接收的所述目标霍尔反馈信号的目标占空比；

电机反馈信号确定模块，用于根据所述目标占空比获取模块获取的所述目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号，所述预设占空比序列包括至少两个预设占空比；

电机反馈信号发送模块，用于将所述电机反馈信号确定模块确定的所述电机反馈信号发送至电机控制芯片，以便所述电机控制芯片根据所述电机反馈信号调整所述电机的转速；

所述霍尔反馈控制模块还用于，进行所述霍尔反馈中断的中断返回。

进一步地，所述微控制单元还包括外部中断模块和公共定时器，所述公共定时器用于计时至少两个电机的霍尔反馈信号；

所述霍尔反馈控制模块还用于，当微控制单元接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，控制所述外部中断模块产生霍尔反馈中断；

所述目标占空比获取模块还用于，通过所述公共定时器获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比。

进一步地，所述目标占空比获取模块还用于：

根据预设定时周期从所述反馈信号接收模块接收的所述目标霍尔反馈信号中，获取高电平对应的预设定时周期的数量，将所述预设定时周期的数量作为目标占空比，所述预设定时周期为所述公共定时器的计时时长。

进一步地，所述电机反馈信号确定模块具体用于：

从预设占空比序列中查找配置时间距离当前时间最长的第一占空比；

将所述第一占空比更新为所述目标占空比；

根据更新后的预设占空比序列确定电机反馈信号。

进一步地，所述电机反馈信号确定模块还用于：

将更新后的占空比序列中的全部占空比进行累加；根据累加结果确定电机反馈信号。

本发明实施例提供的一种信号的处理方法和装置，通过当微控制单元MCU接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断；获取目标霍尔反馈信号的目标占空比；根据目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号；将电机反馈信号发送至电机控制芯片，并进行霍尔反馈中断的中断返回，以便电机控制芯片根据所述电机反馈信号调整所述电机的转速。在本发明实施例中，每个霍尔反馈信号到来一次，微控制单元对其运算一次以求取电机反馈信号，运算周期不会随着占空比序列长度的增加而增长，提高电机转速控制的稳定性。此外，现有技术中需要取得多个脉冲信号再求得脉宽平均值得到稳定的脉宽时间后再进行相应的运算来控制无刷电机转速，而本发明实施例没接收到一个脉冲信号即可得到电机反馈信号，进而提高控制系统对电机转速控制的实时性和灵敏度。

附图说明

图1是本发明实施例一的一种信号的处理方法的流程图；

图2是本发明实施例二中的一种信号的处理方法的流程图；

图3是本发明实施例三中的一种信号的处理方法的流程图；

图4是本发明实施例四中的一种信号的处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种信号的处理方法的流程图，本实施例可适用于对无刷电机的转速进行控制，无刷电机优选的是三相无刷电机。该方法可以由微控制单元来执行，具体包括如下步骤：

S11，当微控制单元MCU接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断。

在三相无刷电机的应用场景下，目标霍尔反馈信号的产生是先由微控制单元产生固定频率的脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation，PWM)波形，提供给无刷电机控制芯片，控制芯片产生三相PWM控制信号输出至三相MOS管，由MOS功率驱动放大后拖动无刷电机旋转，无刷电机在旋转过程中由其内部的三个霍尔元件产生三路反馈信号反馈至电机控制芯片，控制芯片再根据这三路反馈信号产生一路代表电机转速的霍尔反馈信号。霍尔反馈中断的作用是中断微控制单元MCU接收到霍尔反馈信号之前的执行状态，在本应用场景下，霍尔反馈中断采用的是外部中断，当微控制单元接收到目标霍尔反馈信号时，微控制单元内部的执行状态被暂时中断，转而处理该目标霍尔反馈信号，在处理完目标霍尔反馈信号后再回到原来中断的地方继续执行。

S12，获取目标霍尔反馈信号的目标占空比。

目标霍尔反馈信号是具有一定周期的矩形波，占空比是矩形波中高电平所占的比例。获取目标霍尔反馈信号的目标占空比的方式可以利用MCU内专用的脉冲捕捉模块，也可以采用一公共定时器。

S13，根据目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号。

预设占空比序列是在电机最开始工作的时候，微控制单元按时间先后顺序接收到的霍尔反馈信号占空比，并将这些霍尔反馈信号占空比按照到达微控制单元的时间先后顺序填充至一个可容纳占空比序列中所有占空比的的缓存区而形成的占空比序列，预设占空比序列的长度在理论上越多越好，在本实施例应用场景下，预设占空比序列的长度优选的为10-20间的任意整数。将目标占空比与预设占空比序列中的其它占空比进行一定的运算来确定点击反馈信号，所进行的运算可以是对所有的占空比进行求平均值，也可以是直接将它们进行累加。

S14，将电机反馈信号发送至电机控制芯片，并进行霍尔反馈中断的中断返回，以便电机控制芯片根据电机反馈信号调整所述电机的转速。

在本应用场景下，需将对占空比序列中各占空比进行运算的结果提供给相应的速度运算模块作相应的速度运算处理，在作相应的速度运算处理后得到电机反馈信号，然后将该电机反馈信号发送给电机控制芯片，电机控制芯片的型号可以是NJM2624、A4931等，电机控制芯片根据电机反馈信号调整电机的转速，同时，将霍尔反馈中断对微控制单元产生的中断返回，使微控制单元回到原来中断的地方继续工作。

本实施例提供的一种信号的处理方法和装置，通过当微控制单元MCU接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断；获取目标霍尔反馈信号的目标占空比；根据目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号；将电机反馈信号发送至电机控制芯片，并进行霍尔反馈中断的中断返回，以便电机控制芯片根据所述电机反馈信号调整所述电机的转速。在本实施例中，每个霍尔反馈信号到来一次，微控制单元对其运算一次以求取电机反馈信号，运算周期不会随着占空比序列长度的增加而增长，提高电机转速控制的稳定性。此外，现有技术中需要取得多个脉冲信号再求得脉宽平均值得到稳定的脉宽时间后再进行相应的运算来控制无刷电机转速，而本实施例没接收到一个脉冲信号即可得到电机反馈信号，进而提高控制系统对电机转速控制的实时性和灵敏度。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种信号的处理方法的流程图。以上述实施例为基础，上述微控制单元还包括外部中断模块和公共定时器，该公共定时器用于其它模块计时至少两个电机的霍尔反馈信号周期测量。

外部中断模块的作用是当微控制单元接收到目标霍尔反馈信号时，中断微控制单元的内部的执行状态。公共定时器用于对电机的霍尔反馈信号进行计时。当电机的数量扩展为2个、3个以及多个时，各个电机的霍尔反馈信号按先后顺序被微控制单元接收后，公共定时按照各个电机霍尔反馈信号的先后顺序依次对它们分别计时。

本实施例提供的霍尔反馈信号的处理方法，包括如下步骤：

S21，当微控制单元接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，控制外部中断模块产生霍尔反馈中断；

S22，通过公共定时器获取目标霍尔反馈信号的目标占空比。

在电机工作状态中，公共定时器始终处于打开的状态，当霍尔中断产生后，开始对目标霍尔信号的进行计时。在本应用场景下，公共定时器的定时周期可选为100μs，霍尔反馈信号周期的单位是毫秒(ms)级，100μs的定时周期引起的误差在可接受范围之内。

优选的，步骤S22还包括根据预设定时周期从目标霍尔反馈信号中，获取高电平对应的预设定时周期的数量，将预设定时周期的数量作为目标占空比。

公共定时器的定时周期可以设置为100μs，以100μs为单位来获取霍尔反馈信号中高电平对应的数量，例如：若霍尔反馈信号高电平的的时间为1.3ms，那么公共定时器获取的数量为13，将获取到的定时周期的数量作为目标占空比。

在本实施例中，通过当微控制单元接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，控制外部中断模块产生霍尔反馈中断，然后利用公共定时器获取目标霍尔反馈信号的目标占空比来处理霍尔反馈信号，当电机数量扩展时，不用增加脉冲捕捉模块就可实现对霍尔反馈信号的处理，实现了对电机转速的控制。使用一个公共定时器加一个中断引脚即可满足控制要求，在定时器资源不够时或有电机数量扩展需要时极为方便。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种信号的处理方法的流程图。以上述实施例为基础，该霍尔反馈信号的处理方法具体包括如下步骤：

S31，当微控制单元MCU接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断；

S32，获取目标霍尔反馈信号的目标占空比；

S33，从预设占空比序列中查找配置时间距离当前时间最长的第一占空比，

将所述第一占空比更新为目标占空比。

在本实施例中，预设占空比序列中的占空比按照时间先后顺序填充至一可容纳占空比序列中所有占空比的缓冲区中，配置时间距离当前时间最长的第一占空比是在时间上最先被填充至缓冲区的占空比，在查找第一占空比之后，利用目标占空比将其更新。

S34，将更新后的占空比序列中的全部占空比进行累加，根据累加结果确定电机反馈信号。

上述第一占空比更新为目标占空比之后，将占空比序列中的全部占空比进行累加，然后将累加的结果提供给相应的速度运算模块作相应的速度运算处理，在作相应的速度运算处理后得到电机反馈信号。这样每个霍尔反馈信号到来都会运算调整电机转速，不会采集到多个脉冲相加后再运算而导致运算周期延长。公共定时器的精度较脉冲捕捉模块而言低很多，但可利用霍尔反馈信号在时间上的连续性，采用累加的方式降低因公共定时器精度低带来的测量误差，进而达到控制要求。

第二，因为使用了公共定时器，该定时器精度较脉冲捕捉专用定时器而言低很多，但可利用反馈脉冲在时间上的连续性，采用累加的方式可大大降低因公共定时器精度低带来的测量误差，进而达到控制要求。如前述的100μs产生一次中断的公共定时器，理论上一个脉冲最大有100μs的误差，这样的采集结果直接参与速度运算会使转速误差变得很大，但如果把多个连续的脉冲加起来，误差相对于实际值而言，误差的比例就变小了，在马达实验平台测试，给定1500RPM，稳定运行转速1495RPM，误差小于1％，完全满足精度要求，这样可省掉一个专用定时器或脉冲捕捉模块，使用一个通用定时器加一个中断引脚即可满足控制要求，在定时器资源不够时或有扩展需要时极为方便，这是第二个优点；

在本实施例中，通过从预设占空比序列中查找配置时间距离当前时间最长的第一占空比，将第一占空比更新为目标占空比；将更新后的占空比序列中的全部占空比进行累加，根据累加结果确定电机反馈信号，实现对电机转速的控制。电机反馈信号以累加的方式取得，即使采样值变化1个单位，也会反映到输出调节上，可提高系统调节灵敏度。

实施例四

图4是本发明实施例四提供的一种信号的处理装置结构示意图，如图4所示，该霍尔反馈信号的处理装置位于微控制单元MCU401中，包括：

反馈信号接收模块402，霍尔反馈控制模块403，目标占空比获取模404，电机反馈信号确定模块405，电机反馈信号发送模块406，外部中断模块407和公共定时器408。

反馈信号接收模块402，用于接收电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号；

霍尔反馈控制模块403，用于当反馈信号接收模块402接收到目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断；

目标占空比获取模块404，用于获取反馈信号接收模块402接收的目标霍尔反馈信号的目标占空比；

电机反馈信号确定模块405，用于根据目标占空比获取模块404获取的目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号，所述预设占空比序列包括至少两个预设占空比；

电机反馈信号发送模块406，用于将电机反馈信号确定模块405确定的电机反馈信号发送至电机控制芯片409，以便电机控制芯片409根据电机反馈信号调整电机410的转速；

霍尔反馈控制模块403还用于，进行霍尔反馈中断的中断返回。

优选的，微控制单元401还包括外部中断模块407和公共定时器408，公共定时器408用于其它模块计时至少两个电机的霍尔反馈信号周期测量；

霍尔反馈控制模块403还用于，当微控制单元401接收到电机控制芯片409发送的目标霍尔反馈信号时，控制外部中断模块407产生霍尔反馈中断；

目标占空比获取模块404还用于，通过公共定时器408获取目标霍尔反馈信号的目标占空比。

优选的，目标占空比获取模块404还用于：根据预设定时周期从反馈信号接收模块402接收的目标霍尔反馈信号中，获取高电平对应的预设定时周期的数量，将预设定时周期的数量作为目标占空比，预设定时周期为公共定时器的计时时长。

优选的，电机反馈信号确定模块405具体用于：从预设占空比序列中查找配置时间距离当前时间最长的第一占空比；将第一占空比更新为目标占空比；根据更新后的预设占空比序列确定电机反馈信号。

优选的，电机反馈信号确定模块405还用于：将更新后的占空比序列中的全部占空比进行累加；根据累加结果确定电机反馈信号。

上述装置可执行本发明前述所有实施例所提供的方法，具备执行上述方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明前述所有实施例所提供的方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种信号的处理方法，其特征在于，包括：

当微控制单元MCU接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断；

获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比；

根据所述目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号，所述预设占空比序列包括至少两个预设占空比；

将所述电机反馈信号发送至电机控制芯片，并进行所述霍尔反馈中断的中断返回，以便所述电机控制芯片根据所述电机反馈信号调整所述电机的转速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微控制单元还包括外部中断模块和公共定时器，所述公共定时器用于其它模块计时至少两个电机的目标霍尔反馈信号周期测量；

所述当微控制单元接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断，包括：

当微控制单元接收到电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号时，控制所述外部中断模块产生霍尔反馈中断；

相应的，所述获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比，包括：

通过所述公共定时器获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过所述公共定时器获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比，包括：

根据预设定时周期从所述目标霍尔反馈信号中，获取高电平对应的预设定时周期的数量，将所述预设定时周期的数量作为目标占空比，所述预设定时周期为所述公共定时器的计时时长。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号，包括：

从预设占空比序列中查找配置时间距离当前时间最长的第一占空比；

将所述第一占空比更新为所述目标占空比；

根据更新后的预设占空比序列确定电机反馈信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据更新后的预设占空比序列确定电机反馈信号，包括：

将更新后的占空比序列中的全部占空比进行累加；

根据累加结果确定电机反馈信号。

6.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置位于微控制单元MCU中，包括：

反馈信号接收模块，用于接收电机控制单元发送的目标霍尔反馈信号；

霍尔反馈控制模块，用于当所述反馈信号接收模块接收到所述目标霍尔反馈信号时，产生霍尔反馈中断；

目标占空比获取模块，用于获取所述反馈信号接收模块接收的所述目标霍尔反馈信号的目标占空比；

电机反馈信号确定模块，用于根据所述目标占空比获取模块获取的所述目标占空比和预设占空比序列，确定电机反馈信号，所述预设占空比序列包括至少两个预设占空比；

电机反馈信号发送模块，用于将所述电机反馈信号确定模块确定的所述电机反馈信号发送至电机控制芯片，以便所述电机控制芯片根据所述电机反馈信号调整所述电机的转速；

所述霍尔反馈控制模块还用于，进行所述霍尔反馈中断的中断返回。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述微控制单元还包括外部中断模块和公共定时器，所述公共定时器用于计时至少两个电机的目标霍尔反馈信号；

所述霍尔反馈控制模块还用于，当所述微控制单元接收到电机控制芯片发送的目标霍尔反馈信号时，控制所述外部中断模块产生霍尔反馈中断；

所述目标占空比获取模块还用于，通过所述公共定时器获取所述目标霍尔反馈信号的目标占空比。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述目标占空比获取模块还用于：

根据预设定时周期从所述反馈信号接收模块接收的所述目标霍尔反馈信号中，获取高电平对应的预设定时周期的数量，将所述预设定时周期的数量作为目标占空比，所述预设定时周期为所述公共定时器的计时时长。

9.根据权利要求6或8所述的装置，其特征在于，所述电机反馈信号确定模块具体用于：

从预设占空比序列中查找配置时间距离当前时间最长的第一占空比；

将所述第一占空比更新为所述目标占空比；

根据更新后的预设占空比序列确定电机反馈信号。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电机反馈信号确定模块还用于：

将更新后的占空比序列中的全部占空比进行累加；

根据累加结果确定电机反馈信号。