关于STM32的电涡流测距传感器设计的研究.doc

关于STM32的电涡流测距传感器设计的研究 2019年12月第12期渊总213期冤近年来袁随着电子科学技术的不断进步袁电涡流效应的运用迈上了新台阶袁构成了一个全新的非实际接触型的测量传感设备袁也就是电涡流传感设备袁该设备可以非接触的形式完成距离测量遥1STM32概述2019年9月13日袁意法半导体加大对STM32G4微控制器的开发支持力度袁推出数字电源和电机控制两版探索套件袁并在最新的STM32CubeG4软件包渊v1.1.0冤中增加新的固件示例袁帮助开发者探讨竞赛级无人机尧专业无人机和小型电动车等应用的数字电源和电机控制问题遥B原G474E原DPOW1探索套件是一个功能完整的数字电源开发平台袁包含STM32G474RE微控制器尧有板载电阻负载的野降压-升压冶转换器尧高亮度RGB LED控制器尧用户LED指示灯和按钮尧灵活的电源和数据接口袁以及调试编程端口遥用户可以探索微控制器的滤波数学加速器渊FMAC冤袁处理3p辕3z补偿等功能袁确保在负载范围内保持高能效袁还可以探索数字斜率补偿功能袁在照明等应用中释放CPU时钟周期遥在参加数字电源研讨会时袁例如袁意法半导体的合作伙伴Biricha DigitalPower举办的研讨会袁该套件还可以帮助工程师最大限度提高培训价值遥B原G431B原ESC1探索套件是一个功能完整的电机转速电子控制渊ESC冤参考设计袁适用于最高40A的三相无刷直流电机渊BLDC冤和永磁同步电机渊PMSM冤袁组件包含一个STM32G431CB微控制器和一个采用STripFET F7功率MOSFET管的三相电机驱动级袁可以处理无传感器矢量控制算法渊FOC冤或六步换向控制遥板载功能包括电保护尧热保护尧互锁高低边驱动器袁支持电机传感器和三Shunt电阻电流检测遥例如袁紧凑的尺寸允许爱好者拆除STLINK子板袁在应用中直接使用控制器遥该套件支持X原CUBE原MCSDK v5.4.1电机控制SDK袁目标应用是由高达6S LiPo电池组供电的无人机尧小型电动车和无线电控制车辆遥STM32G4系列现在为STM32产品家族带来一个新的封装选择院128引脚14x14LQFP封装袁这是STM32G4系列中首个引脚超100的封装袁封装面积与现有的LQFP100封装相同袁更多的引脚端口让用户能够更灵活地处理I辕O密集型任务遥STM32G4微控制器功能强大袁集成丰富的模拟功能尧高分辨率定时器尧安全实时固件升级双区闪存尧低动态功耗渊160滋A辕MHz冤模式和125毅C最大渊环境冤温度选项袁适用于消费电子和工业领域的电机控制尧数字电源和仪表应用遥这一功能强大的微控制器系列基于170MHz ArmCor鄄tex原M4F处理器内核袁集成意法半导体的自适应实时ART Aelerator加速器尧CCM原SRAM RoutineBooster程序加速器以及新的FMAC和三角CORDIC硬件加速器等专有创新技术袁可以实现卓越的整体应用和实时控制性能袁而且能效很高遥2电涡流测距传感器的基本运行机制在向传感器当中的测量系统传输电能以后袁传感器中的前置设备将会快速产生高频率尧高压力激励信号I I袁此激励信号传送给探头设备的信号发射线以后袁将会在探头设备的线圈周边制造一个具有交变性质的电磁场H I遥在此线圈下方位置放一个具有导电性质的金属导体袁依照电磁学家迈克尔窑法拉第渊Michael关于STM32的电涡流测距传感器设计的研究侯晓云渊衡水学院电子信息工程学院袁河北衡水053000冤揖摘要铱电涡流式传感设备是一种极为典型的非接触型测量传感设备袁不仅具有高倍灵敏尧高效率等多方面优势袁而且对应用环境的抗干扰能力较强袁在众多领域得到广泛的运用遥现立足于STM32处理器袁将该处理器作为电涡流传感设备的核心袁提出电涡流传感设备的设计思路和具体方案袁将测量的具体数值有效并直接地显示袁促进电涡流传感器不断向数字化与智能化的方向发展遥揖关键词铱STM32曰电涡流测距传感器曰设计Doi院10.3969/j.issn.2095-0101.2019.12.010院TP212院A院2095-0101 (2019)12-0023-02院2019要09要24作者简介院侯晓云渊1984要冤袁女袁河北衡水人袁讲师袁硕士袁主要从事传感检测尧功率变换研究遥分析与探讨232019年12月第12期渊总213期冤Faraday冤相关理论袁交变性电磁场H I将会在这一金属导体表层制造出一个感应性电流Iz袁继而电涡流现象也就随之产生了袁新出现的电涡流Iz也将制造出新的交变性电磁场Hz袁并且Hz的方向将会同H I呈相反状态遥继而袁新产生的Hz将会和H I出现反向作用袁导致电涡流传感设备线圈中的高频率电流相位与幅度出现极大程度的变化遥与此同时袁该变化形式和磁导率尧金属导体的导电性能尧激励电流的基本频率尧线圈的尺寸大小尧金属导体到线圈的距离以及电流基本强度相关袁在进行实际测量的过程中袁确保全部参数不发生改变袁每一次仅改变当中的一个既定参数袁那么便可以得出阻抗和这一既定参数之间的对应函数袁然后利用数学对应公式袁测算出该参数的具体数值遥3测距传感设备对应函数关系的确定3.1定位方向主要定位方向是确定模数转化设备输出电信号和探头所检测出的距离函数关系袁利用相关公式理论推导和一系列的实验数据集合袁继而拟定出所需要的函数关系方程公式袁将确定的函数方程有效储存到单片机之中遥3.2最小二乘法模型建立的原理分析最小二乘法指的是一个简便明了的数学计算方法遥在数学当中利用误差平方促使计算误差以最小值的方式和寻找数学函数最优化的数据相对应遥通过最小二乘法的计算方法能够有效并快速地得出的数据的具体数值和函数袁同时使解出来的数据结果和所求的数学函数数值结果二者彼此之间的平方误差达到函数最大值袁结果二者之间的误差平方和达到函数最佳的值遥在实际进行测量的过程当中袁所得到的大量具有离散性质的数据袁如渊A1袁B1冤袁渊A2袁B2冤直至渊Am袁Bm冤等袁构建此类离散型数据信息的数学函数基础模型袁确定离散性数据信息彼此之间的函数关系袁即f渊A冤=B袁其中Ba是函数的基本输出数值袁而Aa是函数的被检测数值遥从此类数据信息当中能够准确发现n次多项式袁即Q渊A冤=H0+H1A+H2A2+噎+Hn袁An渊m (7):1441-1448.2徐琳袁王恒袁黄祯袁等.基于SOL有限元法的电涡流传感器仿真J.排灌机械工程学报袁xx袁33 (12):1097-1104.3李东利袁