9. 直流无刷驱动板温度电压采集¶

野火使用MOS管搭建的直流无刷驱动板做到了信号完全隔离，其他驱动板基本都只是使用光耦隔离了控制信号，并没有对ADC采样电路进行隔离，野火不仅使用光耦对控制信号进行了隔离，还使用AMC1200SDUBR隔离运放对ADC采样电路进行了隔离。

9.1. 电源电压采样电路¶

如下图所示是电源电压采样电路，在电源电压上并联R53和R54的串联电阻，R54两端的电压作为隔离运放的输入，再经过隔离运放后差分输出，使用普通运放将差分输出转换成单端输出，连接到RA6T2的ADC采样通道。

从上图中我们可以知道是一个负反馈电路，那么根据虚短和虚断可以知道U_p=U_n， p点和n点没有电流到运放的2脚和3脚，可以得：

将（1）式和（2）式整理可得：

因为U_p=U_n，所以有：

其中R₅₅=R₅₆=R₅₁=R₅₂=10KΩ，将R₅₅、R₅₆、R₅₁和R₅₂阻值带入上式化简可得：

9.2. 温度采样电路¶

使用时需要外接NTC热敏采样电阻，将NTC电阻贴在电机表面，采集电机温度。热敏电阻器是利用金属氧化物半导体具有较大温度系数的特性，对温度敏感的电阻器。其电阻值的温度依赖性为:

Rt=R25 exp[B(1/T-1/T25)]

Rt：温度T时阻值
R25：温度T25时阻值
T25：标准温度298.15 K(25℃)
B:热敏电阻常数

B的计算公式如下：

B=ln(Rt/R25)/(1/T-1/T25)

由上式可解得：

T=B*R25/(B+T25*ln(Rt/R25))    （1）

上式结果单位为开尔文（K）。

如下图所示是电机温度采样电路，

由上图可知其中运放是一个电压跟随器，其中运放的5脚和7脚电压相等。

所以，Rt=(3.3-Temperature_ADC)/(Temperature_ADC/4700.0)。将Rt带入上面的（1）式计算温度。配套的NTC温度传感器B为3950。

9.3. 硬件连接¶

本章实验需要连接开发板和驱动板，这里给出接线表。

9.3.1. MOS管搭建驱动板¶

电机主控板与无刷电机驱动板连接见下表所示。

电机与无刷电机驱动板连接¶
电机	无刷电机驱动板
粗黄	U
粗绿	V
粗蓝	W
细红	+（编码器电源）
细黑	-（编码器电源）
细黄	HIU
细绿	HIV
细蓝	HIW

无刷电机驱动板与主控板连接见下表所示。

无刷电机驱动板与主控板连接¶
无刷电机驱动板	主控板
5V_IN	5V
GND	GND
U+	PE10
U-	PE13
V+	PE11
V-	PE14
W+	PE12
W-	PE15
HU	PB06
HV	PB07
HW	PA10
SD	PB15
TEMP	PA03
VBUS	PA01

推荐使用配套的牛角排线直接连接驱动板和主控板。连接开发板的那端，请连接在“无刷电机驱动接口2”上。

在NTC接口上插入NTC采样电阻，并将另一头贴于电机表面。

9.4. 在RA6T2中实现温度和电源电压采集¶

从前面两节中我们知道了温度和电源电压计算方法，下面我们看代码如何实现部分的处理。

9.4.1. 软件设计¶

配套代码在下面目录中可以找到:

\base_code\basis_part\6T2\直流无刷电机-温度-电源电压读取

9.4.1.1. 编程要点¶

初始化ADC并进行数据的获取
编写函数对采集得到的数据进行处理
编写获取最终温度值、电压值的函数
测试代码

9.4.1.2. 新建工程¶

我们直接在上一章节的的 “400_Motor_BLDC_Hall_SixStep_SpeedControl” 例程的基础上修改程序。

对于 e2 studio 开发环境：: 拷贝一份我们之前的 e2s 工程 “400_Motor_BLDC_Hall_SixStep_SpeedControl”，然后将工程文件夹重命名为 “402_Motor_BLDC_Temp_Voltage_Collect”，最后再将它导入到我们的 e2 studio 工作空间中。
对于 Keil 开发环境：: 拷贝一份我们之前的 Keil 工程 “400_Motor_BLDC_Hall_SixStep_SpeedControl”，然后将工程文件夹重命名为 “402_Motor_BLDC_Temp_Voltage_Collect”，并进入该文件夹里面双击 Keil 工程文件，打开该工程。

工程新建好之后，在工程根目录的 “src” 文件夹下面新建 “adc” 文件夹，再进入 “adc” 文件夹里面新建源文件和头文件：“motor_v_c_acquisition.c” 和 “motor_v_c_acquisition.h”。工程文件结构如下。

文件结构¶

402_Motor_BLDC_Temp_Voltage_Collect
├─ ......
└─ src
   ├─ debug_uart
   │  ├─ bsp_debug_uart.c
   │  └─ bsp_debug_uart.h
   ├─ adc
   │  ├─ bsp_adc_vr.c
   │  └─ bsp_adc_vr.h
   ├─ led
   │  ├─ bsp_led.c
   │  └─ bsp_led.h
   ├─ motor_control
   │  ├─ bsp_motor_control.c   //新建文件
   │  └─ bsp_motor_control.h   //新建文件
   ├─ motor_GPT
   │  ├─ bsp_motor_gpt.c       //新建文件
   │  └─ bsp_motor_gpt.h       //新建文件
   └─ hal_entry.c

9.4.1.3. FSP配置¶

下面以野火启明6T2开发板为例来讲解相关的 FSP 配置。

根据原理图所示，需要打开 AN001 以及 AN003 引脚用作电压和电流的采集引脚。 ADC相关知识请参考《瑞萨RA系列FSP库开发实战指南》，这里不过多赘述。这里来讲解使用FSP库进行电压电流采集时如何更便捷的使用偏置值计算，如下图：

在图中，除了设置ADC模块的名称以及回调函数，还有两个特殊的表，分别代表 “用户偏移功能” 以及 “用户增益功能”，用户偏移调整功能可在 A/D 转换数据中添加或减去一个常量值。Virtual channels 从用户指定的值表中选择一个偏移量。用户增益调整功能将 A/D 转换数据乘以任意系数值。与偏移一样，虚拟通道可以从用户指定的表中选择一个增益值。

提示

当转换数据的数据长度选择14位/12位/10位时，偏移值的低位将根据数据格式的选择进行切割。

所以，使用常用的12位精度接收数据时，应该注意此处的偏移量为16位，要将偏移量切换成二进制，再统一切换成16位数值。例如本实验中，电压的偏移值为1.24V，计算得到的偏移量为： 1.24V / 3.3V(参考电压) × 65535 ≈ 24625 ，由于是多的偏置值，要减去，所以FSP偏移表第一项填写 -24625 。

随后在虚拟通道中从设定的表中选择一个偏移量，如下图所示：

这样就省去了我们在软件中的计算量，另外还需要新建一个定时器模块，用来定时打印电压电流值。有关定时器部分也可以看之前的“瑞萨RA系列定时器详解”章节，这里不再赘述。

9.4.1.4. ADC初始化函数¶

此函数主要的功能是初始化ADC模块

ADC_Init()函数¶

/**
* @brief 初始化ADC模块
*
* 该函数用于初始化ADC模块，包括打开ADC、配置扫描组和启动扫描组。
* @note 在调用此函数之前，请确保ADC配置结构体已正确设置。
*/
void adc_Init(void)
{

      fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;
      //ADC初始化
      err = R_ADC_B_Open(&g_adc_motor_ctrl, &g_adc_motor_cfg);
      assert(FSP_SUCCESS == err);

      err = R_ADC_B_ScanCfg(&g_adc_motor_ctrl, &g_adc_motor_scan_cfg);
      assert(FSP_SUCCESS == err);

      err = R_ADC_B_ScanGroupStart(&g_adc_motor_ctrl, ADC_GROUP_MASK_ALL);
      assert(FSP_SUCCESS == err);

}

9.4.1.5. 电压温度值读取函数¶

此函数的功能是去读取温度，电压的ADC值，并通过对于的公式去换算出温度、电压数据。

ADC_GPIO_Config()函数¶

/**
* @brief 读取ADC电压值
*
* 该函数从ADC通道1读取电压值，并将其转换为实际电压值。
*
* @param[in] 无
* @return 返回读取到的电压值
* @note 此函数在调用前需确保ADC扫描已完成。
*/
double Read_ADC_Voltage_Value(void)
{
      uint16_t adc1_data;
      double c0;

      while (!scan_complete_flag)         //等待扫描完成
      {
         ;
      }
      R_ADC_B_Read(&g_adc_motor_ctrl,ADC_CHANNEL_1, &adc1_data);

      c0 = GET_ADC_VDC_VAL(adc1_data);

      c0 = GET_VBUS_VAL(c0);


      return c0;
}

/**
* @brief 读取ADC温度电压
*
* 该函数从ADC通道3读取温度电压
*
* @param[in] 无
* @return 返回读取到的温度电压
* @note 此函数在调用前需确保ADC扫描已完成。
*/
double Read_ADC_Temp_Value(void)
{
      uint16_t adc2_data;
      double c1;

      while (!scan_complete_flag)        //等待扫描完成
      {
         ;
      }

      R_ADC_B_Read(&g_adc_motor_ctrl,ADC_CHANNEL_3, &adc2_data);

      c1 = GET_ADC_VDC_VAL(adc2_data);//计算电流

      return c1;
}

/**
* @brief  获取温度传感器端的电阻值
* @param  无
* @retval 转换得到的电阻值
*/
double get_ntc_r_val(void)
{
   double r = 0;
   double vdc = Read_ADC_Temp_Value();

   r = ((VREF - vdc) / (vdc / (float)4700.0));

   return r;
}


/**
* @brief  获取温度传感器的温度
* @param  无
* @retval 转换得到的温度，单位：（℃）
*/
double get_ntc_t_val(void)
{
   double t = 0;             // 测量温度
   double Rt = 0;            // 测量电阻
   double Ka = 273.15;       // 0℃ 时对应的温度（开尔文）
   double R25 = 10000.0;     // 25℃ 电阻值
   double T25 = Ka + 25;     // 25℃ 时对应的温度（开尔文）
   double B = 3950.0;        /* B-常数：B = ln(R25 / Rt) / (1 / T – 1 / T25)，
                           其中 T = 25 + 273.15 */

   Rt = get_ntc_r_val();    // 获取当前电阻值

   t = B * T25 / (B + log(Rt / R25) * T25) - Ka ;    // 使用公式计算

   return t;
}

9.4.1.6. 定时打印函数¶

此函数1s输出一次电压、温度值

ADC_Init()函数¶

// GPT中断回调函数
void gpt0_timing_callback(timer_callback_args_t *p_args)
{
   // 定时器溢出事件
   if (TIMER_EVENT_CYCLE_END == p_args->event)
   {
      Time += 5;


      // 每秒计算一次平均值并打印
      if (Time == 100)
      {
            printf("电压 = %.2fV, 温度=%0.1f°\r\n", Read_ADC_Voltage_Value(),get_ntc_t_val());

            // 重置时间
            Time = 0;
      }
   }
}

9.4.1.7. hal_entry入口函数¶

此函数可以通过接收串口命令去控制电机，在电机运行时观察数据的变化。

hal_entry()¶

void hal_entry(void)
{
   /* TODO: add your own code here */
   /* LED初始化 */
   LED_Init();

   /* 串口初始化 */
   Debug_UART9_Init();

   adc_Init();

   /* 电机初始化 */
   bldcm_init();

   printf("这是一个无刷电机基础控制示例\r\n");
   printf("打开串口助手发送以下指令，可控制电机运行状态：\r\n");
   printf("s----------------电机开始旋转\r\n");
   printf("p----------------电机停止旋转\r\n");
   printf("u----------------电机加速旋转[PWM+10%%]\r\n");
   printf("d----------------电机减速旋转[PWM-10%%]\r\n");
   printf("r----------------电机反向旋转\r\n");

   R_BSP_SoftwareDelay(1, BSP_DELAY_UNITS_SECONDS); //延时1秒



   while(1)
   {
      if(uart_recv_motor_enable == true)
      {
         uart_recv_motor_enable = false;

         /* 使能电机 */
         ChannelPulse = 10;
         set_bldcm_speed(ChannelPulse);
         set_bldcm_enable();
         GPT_Timing_Init();      //启动定时器
      }
      if(uart_recv_motor_disenable == true)
      {
            uart_recv_motor_disenable = false;

            /* 停止电机 */
            ChannelPulse = 0;
            set_bldcm_disable();
      }
      if(uart_recv_motor_speed_up == true)
      {
            uart_recv_motor_speed_up = false;

            static int is_run_flag;

            if(ChannelPulse==0)//占空比从零增加后 重新使能一次
            {
               is_run_flag=1;
            }

            /* 增大占空比 */
            ChannelPulse +=10;

            if(ChannelPulse >= 90)
               ChannelPulse = 100;

            set_bldcm_speed(ChannelPulse);

            if(is_run_flag==1)
            {
               set_bldcm_enable();
               is_run_flag=0;
            }
      }
      if(uart_recv_motor_speed_down == true)
      {
            uart_recv_motor_speed_down = false;

            /* 减小占空比 */
            if(ChannelPulse <= 10)
               ChannelPulse = 0;
            else
               ChannelPulse -= 10;

            set_bldcm_speed(ChannelPulse);
      }
      if(uart_recv_motor_reverse == true)
      {
            uart_recv_motor_reverse = false;

            Motor_Control_Reverse();
      }
   }


#if BSP_TZ_SECURE_BUILD
   /* Enter non-secure code */
   R_BSP_NonSecureEnter();
#endif
}

9.4.2. 下载验证¶

编译并下载程序后，复位开发板使程序重新运行，打开串口调试助手，连接好电机以及电机驱动板，启动电机，就可以看到开发板采集的电压值和电流值。