基于STM32的高精度扭矩测量系统设计.pdf

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1、2015年第34卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)99DOI：10．13873／J．1OO0--9787(2015)04--0099--03基于STM32的高精度扭矩测量系统设计王金全，王小鹏，于挥(兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃兰州730070)摘要：为提高测控应用中扭矩测量精度，提出了一种基于STM32的高精度扭矩测量设计方案。首先，扭矩传感器输出信号经过低通滤波后，送入内置PGA的24位高精度-△A／D转换器ADS1255。然后，主控制器STM32通过SPI读取A／D转换结果，

2、通过移动加权平均滤波算法消除随机干扰噪声，进而计算扭矩值，将测量结果存储在外部FLASH并送LCD实时显示。现场测试结果表明：系统精度达到0．6％F．S．。关键词：扭矩测量；STM32；A／D转换；移动加权平均滤波中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)04-0099--03Designofhigh-precisiontorquemeasurementsystembasedonSTM32WANGJin-quan，WANGXiao—peng，YUHui(SchoolofElectronicandInformationE

3、ngineering，LanzhouJiaotongUniversity，Lanzhou730070，China)Abstract：Toimproveprecisionoftorquemeasurementinmonitoringandcontrolapplications，ahigh-precisiontorquemeasurementdesignschemebasedonSTM32isproposed．First，outputsignaloftorquesensorissenttoADS1255whichisa24bit，high—precisio

4、n，built—inPGA，∑-AA／Deonve~erafterlow—passfiltering．Then，themastercontrollerSTM32readsA／DconversionresultbySPIandcalculatesthetorquevaluesbymovingweightedaveragefilteringalgorithmtoeliminaterandomnoise．Finally，thesevaluesCanbestoredinanexternalFlashmemoryandbesendtoLCDtodisplayin

5、real—time．Sitemeasurementalresultindicatesthatprecisionofsystemreaches0．6％F．S．．Keywords：torquemeasurement；STM32；A／Dconversion；movingweightedaveragefiltering0引言素影响，导致现有的扭矩测量系统精度远低于传感器的精扭矩是测控应用中常要采集的一类数据，扭矩测量对度。传动系统控制、工作零件强度设计、运转寿命及安全．眭等都本文采用基于应变测量原理的直流供电静态扭矩传感具有重要意义，提高扭矩测量的精度、可靠性

6、和响应速度至器，设计了一种基于STM32的高精度扭矩实时测量系统，关重要。通过工业现场测试，测量精度显著提高，满足实际应用对扭扭矩的测量可以通过多种方式实现。目前，国内外研矩精度的要求。制的扭矩传感器主要有应变式扭矩传感器、光式扭矩传感1系统总体设计器。及磁式扭矩传感器。光式扭矩传感器的优点是系统由静态扭矩传感器内部应变测量电桥测得与扭矩电气绝缘性能好，缺点是调试困难，价格贵，易受环境因素大小呈正比的微弱电压信号，为保证测量结果的精度指标，干扰，性能难以发挥。磁式扭矩传感器属于非接触式传感只有采用高灵敏度、高精度的采集系统才能满足要求。系器，寿命长、延

7、时短，缺点是受温度和外界电磁干扰影响较统硬件电路框图如图1所示，传感器输出的模拟差分信号大，精度低。应变式扭矩传感器具有测量精度高、成本低、通过低通滤波后送人ADS1255的信号输入引脚，ADS1255响应速度快、温度补偿性能好等诸多优点，且适用于静态和通过SPI与主控制器连接。系统工作时，主控制器按照设低速扭矩测量。扭矩传感器输出信号非常微弱(mV／V范定好的频率启动A／D转换，读取A／D转换结果并进行加围)，易受工业环境干扰、传输误差以及信号检测方法等因权移动平均滤波，进而计算得到扭矩值，并将计算结果送收稿日期：2014-07-22基金项目：甘肃省

8、科技支撑计划资助项目(1204GKCA051)；兰州市科技发展计划资助项目(2013-4-63