CN112698198A - 一种基于stm32的电机耐久测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于STM32的电机耐久测试系统，包括CPU、电脑、变频器、显示器、温度检测模块、励磁电流模块、转速脉冲模块、转矩脉冲模块、转矩信号模块、电流信号模块、电压信号模块；CPU与电脑、变频器、显示器、温度检测模块、励磁电流模块、转速脉冲模块、转矩脉冲模块、转矩信号模块、电流信号模块、电压信号模块电性连接；本发明提供了减少了外部通讯，提高了测试数据实时性，整合测功机控制器和电参数测试仪，可以实现更为精确的控制和测量，可以实现更为复杂的测试和更好地对电机进行和合格性判断的一种基于STM32的电机耐久测试系统。

Description

一种基于STM32的电机耐久测试系统

技术领域

本发明涉及电机耐久测试领域，更具体地说，它涉及一种基于STM32的电机耐久测试系统。

背景技术

电机耐久测试系统是由测功机、测功机控制器和电参数测试仪组成，它可以任意改变电机的负载，直接测量电机的空载、制动、负载、变负载(做曲线)等特性的测试，测量电机的输入电压、电流、功率及输出转矩、转速、输出功率及效率，可以进行电机的自动测试、手动测试、定点、耐久、堵转测试，参数测试定好后可以对电机进行合格判断。

目前市场上的电机耐久测试系统主要基于PLC控制系统的，PLC的主要功能是作为测功机控制器使用，负责与电参数测试仪、电脑、转矩转速传感器等设备通讯，结构复杂、价格相对昂贵，通讯延迟导致测试数据实时性较差。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了减少了外部通讯，提高了测试数据实时性，整合测功机控制器和电参数测试仪，可以实现更为精确的控制和测量，可以实现更为复杂的测试和更好地对电机进行和合格性判断的一种基于STM32的电机耐久测试系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于STM32的电机耐久测试系统，包括CPU、电脑、变频器、显示器、温度检测模块、励磁电流模块、转速脉冲模块、转矩脉冲模块、转矩信号模块、电流信号模块、电压信号模块；CPU与电脑、变频器、显示器、温度检测模块、励磁电流模块、转速脉冲模块、转矩脉冲模块、转矩信号模块、电流信号模块、电压信号模块电性连接；

励磁电流模块通过外置DAC TLC5618和运算放大器OP07组成的信号控制电路控制恒流源输出可控的励磁电流，从而达到精确控制测功机的负载；

转速脉冲模块将转速传感器检测的旋转物体的转速转换为脉冲信号；

转矩脉冲模块将不符合要求的脉冲信号进行整形；

转矩信号模块将转矩传感器检测到的微弱电压信号通过HCPL-7840和AD8510组成的隔离放大电路放大到适合ADC采样的信号；

电流信号模块将电流信号转化成电压信号；

电压信号模块通过HCPL-7840和AD8510组成了线性隔离放大电路，将微弱的分压信号转成适合ADC采样的电压信号。

进一步的，电流信号模块包括接口P2、电阻R50、电阻R6、电容C2、电容C4、隔离放大器U1、电容C2、电容C3、隔离电源M1、电阻R7、电阻R8、电容C5、电阻R10、电阻R1、电容C1、电阻R4、电阻R5、电阻RJ1、电流放大器U2、电阻R9；

接口P2的2号引脚与电阻R6的一端、电阻R50的一端连接，电阻R50的另一端接地；接口P2的3号引脚接地；电阻R6的另一端、电容C4的一端与隔离放大器U1的2号引脚连接，电容C4的另一端与隔离放大器U1的3、4号引脚一起连接；

隔离放大器U1的1号引脚与隔离电源M1的4号引脚、电容C2的一端一起接+5V电压，电容C2的另一端与隔离电源M1的3号引脚一起接地；隔离放大器U1的8号引脚与隔离电源M1的1号引脚、电容C3的一端一起接+5V电压，电容C3的另一端与隔离电源M1的2号引脚接地；隔离放大器U1的6、7号引脚分别与电阻R7、电阻R8的一端连接，电阻R7、电阻R8的另一端分别与电流放大器U2的2、3号引脚连接；隔离放大器U1的5号引脚接地；

电流放大器U2的2号引脚与6号引脚之间接入电阻R1，电容C1与电阻R1并联；电流放大器U2的6号引脚与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端接地；电流放大器U2的3号引脚与电阻R10的一端、电容C5的一端连接，电阻R10的另一端、电容C5的另一端接地；电流放大器U2的1号引脚与5号引脚之间连接电阻RJ1，电阻RJ1的两端分别连接电阻R4的一端、电阻R5的一端，电阻R4的另一端、电阻R5的另一端接地；电流放大器U2的4、7号引脚分别连接-5V电压和+5V电压。

进一步的，隔离放大器U1、电流放大器U2组成了线性隔离放大电路，把微弱的分压信号转成适合ADC采样的电压信号；电阻R50采用康铜丝制成的电流检测器，把电流信号转化成电压信号。

进一步的，电压信号模块相比电流信号模块还包括电阻R28、电感L1、电阻R48；

接口P2的1号引脚与电阻R28的一端、电感L1的一端连接，电阻R28的另一端、电感L1的另一端与电阻R48的一端连接；接口P2的2号引脚与电阻R48的另一端连接。

进一步的，电阻R48为分压电阻器，其采用高阻值、低温漂、高压无感金属薄膜电阻；电阻R50采用VISHAY DALE 1/4W 0.1％5PPM的电阻；电阻R28与电感L1起到防止浪涌电压对采集电路的冲击；隔离放大器U1、电流放大器U2组成了线性隔离放大电路，把微弱的分压信号转成适合ADC采样的电压信号。

本发明相比现有技术优点在于：

本发明整合测功机控制器和电参数测试仪为一台设备，既能直接测量电机的输入电压、电流、功率，也能直接测量电机的输出转矩、转速、输出功率、电机效率，通过控制测功机的励磁电流或者变频器，从而实现电机的空载、制动、负载、变负载(做曲线)等特性的测试。

本发明减少了外部通讯，提高了测试数据实时性，结构简单、价格相对传统方案更低，更为重要的是因为整合测功机控制器和电参数测试仪，可以实现更为精确的控制和测量，可以实现更为复杂的测试和更好地对电机进行和合格性判断。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的电压检测电路；

图3为本发明的电流检测电路；

图4为本发明的转矩检测电路；

图5为本发明的脉冲整形电路；

图6为本发明的励磁电流电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至图6所示，一种基于STM32的电机耐久测试系统，包括CPU、电脑、变频器、显示器、温度检测模块、励磁电流模块、转速脉冲模块、转矩脉冲模块、转矩信号模块、电流信号模块、电压信号模块。CPU与电脑、变频器、显示器、温度检测模块、励磁电流模块、转速脉冲模块、转矩脉冲模块、转矩信号模块、电流信号模块、电压信号模块电性连接。CPU采用ST公司出品的最新的STM32 MCU芯片，主频高达40MHz，内置128KB Flash和1MB RAM，同时集成了3个16位最大分辨率3.6Ms/s的快速ADC和2个12位DAC，以及22个16位和32位定时器。

基于强弱电分离原则，测量电机电参数时必须光耦隔离，同时为了精确计算电压、电流、功率等电参数的有效值，减少通讯引起的延迟误差，本方案全部采用MCU集成ADC作为模数转换器。STM32H750的ADC1_INP16和ADC1_1NN16作为电压信号采集通道，ADC2_INP10和ADC2_INN10作为电流信号采集通道，ADC3_INP1和ADC3_INN1作为转矩信号的采集通道，脉冲转速信号和脉冲转矩信号全部通过MCU的内部定时器精确测量。

由于采用了芯片内部ADC方案，信号通路的光耦隔离则必须放在模拟信号电路上，需采用线性模拟隔离光耦，故采用美国AGILENT公司推出的用于检测电机电流的线性光藕HCPL-7840。光藕的初级接收一组待测的模拟电压信号，次级输出一对差动的电压信号。输入与输出之间在一定范围内是一种线性的当量关系，HCPL-7840增益偏差为5％，线性度为1％。

励磁电流模块通过外置DAC TLC5618和运算放大器OP07组成的信号控制电路控制恒流源输出可控的励磁电流，从而达到精确控制测功机的负载。具体可采用本方案的附图6。

转速脉冲模块将转速传感器检测的旋转物体的转速转换为脉冲信号。

转矩脉冲模块将不符合要求的脉冲信号进行整形。具体可采用本方案的附图5实现。

转矩信号模块将转矩传感器检测到的微弱电压信号通过HCPL-7840和AD8510组成的隔离放大电路放大到适合ADC采样的信号。转矩检测电路可采用本方案的附图5。

电流信号模块将电流信号转化成电压信号。

电压信号模块通过HCPL-7840和AD8510组成了线性隔离放大电路，将微弱的分压信号转成适合ADC采样的电压信号。

电流信号模块包括接口P2、电阻R50、电阻R6、电容C2、电容C4、隔离放大器U1、电容C2、电容C3、隔离电源M1、电阻R7、电阻R8、电容C5、电阻R10、电阻R1、电容C1、电阻R4、电阻R5、电阻RJ1、电流放大器U2、电阻R9。

接口P2的2号引脚与电阻R6的一端、电阻R50的一端连接，电阻R50的另一端接地。接口P2的3号引脚接地。电阻R6的另一端、电容C4的一端与隔离放大器U1的2号引脚连接，电容C4的另一端与隔离放大器U1的3、4号引脚一起连接。

隔离放大器U1的1号引脚与隔离电源M1的4号引脚、电容C2的一端一起接+5V电压，电容C2的另一端与隔离电源M1的3号引脚一起接地。隔离放大器U1的8号引脚与隔离电源M1的1号引脚、电容C3的一端一起接+5V电压，电容C3的另一端与隔离电源M1的2号引脚接地。隔离放大器U1的6、7号引脚分别与电阻R7、电阻R8的一端连接，电阻R7、电阻R8的另一端分别与电流放大器U2的2、3号引脚连接。隔离放大器U1的5号引脚接地。

电流放大器U2的2号引脚与6号引脚之间接入电阻R1，电容C1与电阻R1并联。电流放大器U2的6号引脚与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端接地。电流放大器U2的3号引脚与电阻R10的一端、电容C5的一端连接，电阻R10的另一端、电容C5的另一端接地。电流放大器U2的1号引脚与5号引脚之间连接电阻RJ1，电阻RJ1的两端分别连接电阻R4的一端、电阻R5的一端，电阻R4的另一端、电阻R5的另一端接地。电流放大器U2的4、7号引脚分别连接-5V电压和+5V电压。

隔离放大器U1、电流放大器U2组成了线性隔离放大电路，把微弱的分压信号转成适合ADC采样的电压信号。电阻R50采用康铜丝制成的电流检测器，把电流信号转化成电压信号。

电压信号模块相比电流信号模块还包括电阻R28、电感L1、电阻R48。接口P2的1号引脚与电阻R28的一端、电感L1的一端连接，电阻R28的另一端、电感L1的另一端与电阻R48的一端连接。接口P2的2号引脚与电阻R48的另一端连接。

电阻R48为分压电阻器，其采用高阻值、低温漂、高压无感金属薄膜电阻。电阻R48采用美国OHMITE SM102系列产品。电阻R50采用VISHAY DALE 1/4W 0.1％5PPM的电阻，此电阻分压器可以精确把高压电压信号转化为低压电压信号，同时保证了信号的精度和稳定性。电阻R28与电感L1起到防止浪涌电压对采集电路的冲击，减少电路的损坏几率。隔离放大器U1、电流放大器U2组成了线性隔离放大电路，把微弱的分压信号转成适合ADC采样的电压信号。

转矩检测电路如图4所示，包括电阻R114、电容C56、电容C55、电容C54、芯片U16、电阻R115、电阻R116、电阻R109、电容C53、电容C57、电阻R118、放大器U17、电阻R111、电阻R117、电阻R112、电阻R113、电容C60、电容C61、电容C62、电容C59、电阻R110、电容C58、放大器U18。

芯片U16的1号引脚与电容C54的一端一起接+5V电压，电容C54的另一端接地。芯片U16的2号引脚与电阻R114的一端、电容C56的一端连接，芯片U16的3、4号引脚与电容C56的另一端一起接地。芯片U16的5号引脚接地。芯片U16的8号引脚与电容C55的一端一起接+5V电压，电容C55的另一端接地。芯片U16的6、7号引脚分别与电阻R115、电阻R116的一端连接，电阻R115、电阻R116的另一端分别与放大器U17的2、3号引脚连接。

放大器U17的2、6号引脚之间连接电阻R109，电容C53与电阻R109并联。放大器U17的3号引脚与电阻R118的一端、电容C57的一端连接，电阻R118的另一端、电容C57的另一端一起接地。放大器U17的4号引脚与电容C64的一端一起接-5V电压，放大器的U17的7号引脚与电容C63的一端一起接+5V电压，电容C63的另一端、电容C64的另一端一起接地。

放大器U17的6号引脚与电阻R117的一端、电阻R111的一端连接，电阻R117的另一端接地。电阻R111的另一端与放大器U18的2号引脚连接，放大器U18的2、6号引脚之间连接电阻R110，电容C58与电阻R110并联。放大器U18的3号引脚与电阻R112的一端、电阻R113的一端、电容C60的一端连接，电阻R113的另一端、电容C60的另一端一起接地。放大器U18的4号引脚与电容C61的一端、电容C62的一端一起接-5V电压。电容C61的另一端接地，电容C62的另一端与放大器U117的5号引脚连接。放大器U18的7号引脚与电容C59的一端一起接+5V电压，电容C59的另一端接地。

脉冲整形电路如图5所示，包括电阻R50、电阻R47、电阻R43、电阻R51、二极管D3、二极管D4、电容C43、电阻R42、放大器U7A、电阻R37、电阻R39、电阻R44、电阻R46、电阻R38、电阻R49、放大器U7B、电阻R45、电阻R40、电阻R52、电阻R41、电容C42、放大器U8。

放大器U7A的1、2号引脚之间连接电阻R37，放大器U7A的2号引脚与电阻R42的一端连接，电阻R42的另一端接地。放大器U7A的3号引脚与电阻R48的一端连接，电阻R48的另一端与电容C43的一端、电阻R43的一端、电阻R51的一端、电阻R47的一端连接，电阻R43的另一端与二极管D3的1号引脚连接，二极管D3的2号引脚连接+5V电压，电阻R51的另一端与二极管D4的2号引脚连接，二极管D4的1号引脚连接-5V电压。电容C43的另一端接地。电阻R47的另一端与电阻R50的一端连接，电阻R50的另一端接地。放大器U7A的4号引脚、8号引脚分别连接-5V电压和+5V电压。

放大器U7A的1号引脚与电阻R44、电阻R46的一端连接，电阻R44、电阻R46的另一端分别与放大器U7B的6号引脚、5号引脚连接。放大器U7B的6号引脚与7号引脚之间连接电阻R38，放大器U7B的6号引脚与电阻R39的一端连接，电阻R39的另一端接地。放大器U7B的5号引脚与7号引脚之间连接电阻R49。

放大器U7B的7号引脚与电阻R45的一端连接，电阻R45的另一端与放大器U8的2号引脚连接。放大器U8的3号引脚与电阻R40的一端、电阻R52的一端连接，电阻R52的另一端接地，电阻R40的另一端与放大器U8的8号引脚一起接+5V电压。放大器U8的4号引脚接-5V电压。放大器U8的8号引脚与7号引脚之间连接电阻R41，放大器U8的1号引脚与7号引脚之间连接电容C42，放大器U8的1号引脚接地。

励磁电流电路如图6所示，包括芯片U19、电容C65、极性电容C66、电阻R195、电阻R196、电容C97、芯片U44、电阻R126、电阻R120、放大器U42、电阻R190、电容C93、电容C67、电阻R119、电阻R130、电阻R123、放大器U43、电容C94、电容C89、电阻R191、电阻R127、电容C92。

芯片U19的5号引脚接地，芯片U19的6号引脚与电阻R195的一端、电阻R196的一端、电容C97的一端、芯片U44的3号引脚连接，电阻R195的另一端接5V电压，电阻R196的另一端与电容C97的另一端一起接地。芯片U44的2号引脚接地，芯片U44的1号引脚接5V电压。芯片U19的8号引脚与电容C65的一端、极性电容C66的正极一起接5V电压，电容C65的另一端、极性电容C66的负极接地。芯片U19的4号引脚与电阻R126的一端连接。

放大器U42的2号引脚与电阻R126的另一端、电阻R190的1、2号引脚连接。放大器U42的3号引脚与电阻R120的一端连接，电阻R120的另一端接地。放大器U42的4号引脚与电容C93的一端一起接-12V电压，电容C93的另一端接地。放大器U42的1号引脚与电阻R119的3号引脚连接，放大器U42的8号引脚与电阻R119的1号引脚连接，放大器U42的7号引脚与电阻R119的2号引脚、电容C67的一端一起接+12V电压，电容C67的另一端接地。放大器U42的6号引脚与电阻R190的3号引脚、电阻R130的一端连接。

放大器U43的2号引脚与电阻R130的另一端连接。放大器U43的3号引脚与电阻R123的一端连接，电阻R123的另一端接地。放大器U43的2号引脚与6号引脚之间连接电阻R191。放大器U43的7号引脚与电容C89的一端一起接+12V电压，电容C89的另一端接地。放大器U43的4号引脚与电容C94的一端一起接-12V电压，电容C94的另一端接地。放大器U43的6号引脚与电阻R127的一端连接，电阻R127的另一端与电容C92的一端连接，电容C92的另一端接地。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于STM32的电机耐久测试系统，其特征在于，包括CPU、电脑、变频器、显示器、温度检测模块、励磁电流模块、转速脉冲模块、转矩脉冲模块、转矩信号模块、电流信号模块、电压信号模块；CPU与电脑、变频器、显示器、温度检测模块、励磁电流模块、转速脉冲模块、转矩脉冲模块、转矩信号模块、电流信号模块、电压信号模块电性连接；

励磁电流模块通过外置DAC TLC5618和运算放大器OP07组成的信号控制电路控制恒流源输出可控的励磁电流，从而达到精确控制测功机的负载；

转速脉冲模块将转速传感器检测的旋转物体的转速转换为脉冲信号；

转矩脉冲模块将不符合要求的脉冲信号进行整形；

转矩信号模块将转矩传感器检测到的微弱电压信号通过HCPL-7840和AD8510组成的隔离放大电路放大到适合ADC采样的信号；

电流信号模块将电流信号转化成电压信号；

电压信号模块通过HCPL-7840和AD8510组成了线性隔离放大电路，将微弱的分压信号转成适合ADC采样的电压信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的电机耐久测试系统，其特征在于，电流信号模块包括接口P2、电阻R50、电阻R6、电容C2、电容C4、隔离放大器U1、电容C2、电容C3、隔离电源M1、电阻R7、电阻R8、电容C5、电阻R10、电阻R1、电容C1、电阻R4、电阻R5、电阻RJ1、电流放大器U2、电阻R9；

接口P2的2号引脚与电阻R6的一端、电阻R50的一端连接，电阻R50的另一端接地；接口P2的3号引脚接地；电阻R6的另一端、电容C4的一端与隔离放大器U1的2号引脚连接，电容C4的另一端与隔离放大器U1的3、4号引脚一起连接；

隔离放大器U1的1号引脚与隔离电源M1的4号引脚、电容C2的一端一起接+5V电压，电容C2的另一端与隔离电源M1的3号引脚一起接地；隔离放大器U1的8号引脚与隔离电源M1的1号引脚、电容C3的一端一起接+5V电压，电容C3的另一端与隔离电源M1的2号引脚接地；隔离放大器U1的6、7号引脚分别与电阻R7、电阻R8的一端连接，电阻R7、电阻R8的另一端分别与电流放大器U2的2、3号引脚连接；隔离放大器U1的5号引脚接地；

电流放大器U2的2号引脚与6号引脚之间接入电阻R1，电容C1与电阻R1并联；电流放大器U2的6号引脚与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端接地；电流放大器U2的3号引脚与电阻R10的一端、电容C5的一端连接，电阻R10的另一端、电容C5的另一端接地；电流放大器U2的1号引脚与5号引脚之间连接电阻RJ1，电阻RJ1的两端分别连接电阻R4的一端、电阻R5的一端，电阻R4的另一端、电阻R5的另一端接地；电流放大器U2的4、7号引脚分别连接-5V电压和+5V电压。

3.根据权利要求2所述的一种基于STM32的电机耐久测试系统，其特征在于，隔离放大器U1、电流放大器U2组成了线性隔离放大电路，把微弱的分压信号转成适合ADC采样的电压信号；电阻R50采用康铜丝制成的电流检测器，把电流信号转化成电压信号。

4.根据权利要求2所述的一种基于STM32的电机耐久测试系统，其特征在于，电压信号模块相比电流信号模块还包括电阻R28、电感L1、电阻R48；

接口P2的1号引脚与电阻R28的一端、电感L1的一端连接，电阻R28的另一端、电感L1的另一端与电阻R48的一端连接；接口P2的2号引脚与电阻R48的另一端连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于STM32的电机耐久测试系统，其特征在于，电阻R48为分压电阻器，其采用高阻值、低温漂、高压无感金属薄膜电阻；电阻R50采用VISHAY DALE 1/4W 0.1％5PPM的电阻；电阻R28与电感L1起到防止浪涌电压对采集电路的冲击；隔离放大器U1、电流放大器U2组成了线性隔离放大电路，把微弱的分压信号转成适合ADC采样的电压信号。

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