如何处理电流采样电阻上的信号？处理后的结果是要送给单片机的。

Question

测量的是小型直流电机工作电流。因为电机是由PWM控制(调速)，所以采样电阻上得到的采样电压不是模拟量，而是一脉冲波。现在的问题是我如何从这脉冲波信号中得到电流值？如下图，黄色线位放大后的采样电压，蓝色和红色的是对这脉冲波进行积分得到的。采样电阻阻值已知

Answer 1

不知你这个采样电阻是怎么接的，如果能线性地反应电机电流那当然很好，也就简单了。你只要在该电阻的取出信号一端对地接上一只相当的电容就可以了，这样就可以滤掉脉冲的波动了。直流电机的调速大都是采用所谓脉冲调宽的方法来用调整占空比的形式调整加在电机上的电压。真正有意义的是平均电压值！

追问

嗯。就是说可以用一个脉冲信号的有效值来计算。采样电阻串联在电机旁边，H桥电路上连接电机的那条分支上，不是低压测测量，但又不跟电压直接联系，不知道算不算高压侧测量？

追答

最好是用电流互感器的办法来取出信号，然后可以加个二极管组成的全波整流，再加电容滤波。这样单片机处理起来才更稳妥。

追问

谢谢了，信号源是直流信号，还需要整流或滤波吗？电流互感器估计是没法用了。得到的采样电压信号是脉冲波，我在考虑是直接求它的有效值，再求出有效电流值；还是将脉冲信号进行积分？前一种方法好计算，但不知理论上是否行得通，后一种理论上好像可以，但是计算方法，我现在是没有头绪。“直流电机的调速都是采用脉冲调宽的方法来用调整占空比的形式……真正有意义的是平均电压值！” 这个是否可以当作第一种方法的理论依据？

追答

那就不能用互感器！也不能用电桥整流了。我上个回答忘了你是直流占空比调速了。因为是直流占空比来高速的！电机调速。思路就是电阻取样，然后平滑处理（就是滤波）。电阻上的电压是和电流正相关的。

追问

电压信号经RC电路后就变成上图中的三角波了。RC电路是起积分作用还是滤波作用?为什么？同一信号，两者RC参数的选取以及输入输出的计算方法是不同的吧？RC值较大时平滑效果好，这时电路有起到积分的作用(方波经积分电路转三角波)。我不清楚的是平滑处理前后的电压的关系如何计算，如果用积分电路的公式计算，稍显复杂。而且输出电压应该和占空比正相关，但由于RC值不变，故我增大占空比时，输出电压反而变小了。谢谢了

追答

用电容平滑处理的方法来得到平均值肯定是要有误差的，也就是你所看到的电容上的充电放电波形。要想提高精度就要加大电容。但是跟随性也就差了。这就要掌握一个度。我到想了一个与你电阻取样不同的方法。既然你是用单片机来处理，那你为什么不直接利用测量电机信号的占空比来直接算出此时电机的驱动电压呢？！具体作法是：利用实测信号的上升沿和下降沿以及持续时间，经过单片机计算得到电压的平均值。再按照相关的电压电流的关系换算出相应的电流值。当然这样作没有考滤到电机负载的影响。

Answer 2

如果采用的是电流型PWM调制芯片，将采样信号加上一定的平滑后直接送入芯片的电流采样端。通常的方法是先将该电流采样脉冲信号经电容平滑后再进行一定的放大，然后与你的设定信号比较。

追问

上图中蓝色及红色的曲线就是经过RC积分得来的，虽然可以通过调整RC参数来得到平滑的曲线，现在的问题是我要如何通过积分后的信号来计算出采样电压/电流值呢？
“然后与你的设定信号比较。”这句没看懂，

Answer 3

电阻是无源元件，电压和电流时同相的，这就要看你的驱动频率了
频率低的话完全可以用外部中断采集脉冲上升沿或者下降沿，再用定时器读出电平保持时间(占用一个IO)，关联周期就可以算出平均值。
如果频率过快，积分电路后采集是可行的，但在你图中看出，貌似是积分后波动较大。这样的话可以考虑两点：
第一：驱动频率；
第二：单片机的采样频率；
如果单片机能在一个采样周期内采集到多个数据，就只采集一个周期然后求平均值，不然的话选择多个周期求平均值；

仅供参考！

追问

驱动频率应该是PWM频率吧。图中蓝色及红色的曲线是对黄色信号进行积分后得到的，波动确实很大，我现在在考虑是否可以不用积分电路，直接求出采集的电压信号的有效值，进而求出一个周期内的有效电流值。你认为可行吗？

Answer 4

电阻是无源元件，电压和电流时同相的，这就要看你的驱动频率了
频率低的话完全可以用外部中断采集脉冲上升沿或者下降沿，再用定时器读出电平保持时间(占用一个IO)，关联周期就可以算出平均值。
如果频率过快，积分电路后采集是可行的，但在你图中看出，貌似是积分后波动较大