交流电斩波控制串励式电机(上海标模JB50D)主控ESP32

1.简介

用于控制上海标模串励式电机JB50D
主要为了学习如果通过单片机进行斩波控制

2.电机如图

屏幕截图_15-5-2026_10722_item.taobao.com.jpeg

3.外观

(output显示0~30为显示bug,已修复)

1778812813336(1).jpg

1778812813384(1).jpg

4.视频演示

【上海标模JB50D串励式电机斩波控制器】 https://www.bilibili.com/video/BV15o5r6jEbm/?share_source=copy_web&vd_source=cc24686df83ec755d5303e9e7f562b6f

5.操作介绍

开机后会锁定输出控制,需要短按旋转编码器解锁
后续短按旋转编码器让输出归零
短按(2个按键的其一)用于直接设定输出(旋转编码器控制很差)
长按则设定当前输出到该按键,记忆该值到永久性存储(NVS)
同时按下2个按键(并非旋转编码器)0.5秒后进入OTA,需要事先在代码上设定WiFi信息,再次按下2个按键返回正常模式

6.注意事项

为了无极控制,选择该旋转编码器,向左正常工作,向右极难控制,软件判断已尽力,如果可以不推荐使用
软件支持OTA,需要修改代码的WiFi部分,位于文件config.h
输出上使用代码进行了限制,即使设置输出100,也无法提供220V电压(电机会炸)
2个LED指示为:右侧为过零检测指示,如果过零检测存在会点亮;左侧为按键指示,按下后点亮,松开后熄灭
测速的霍尔传感器使用3144,预留2个霍尔引脚是为了错开90度精确测速,实际上已经满足实验要求就没接第二个,代码部分也没做.另外串励式电机干扰极大,务必接地线!!
ESP32使用开发板,但买成16P的排母,因此最后2个空着

7.代码

7.1仓库

基本由ai完成
https://gitee.com/ashin10/esp32-swdc-controller.git

7.2过零检测+斩波代码核心思路

首先需要理解双向可控硅的导通规则是:
接收到脉冲信号->打开可控硅->电压变零时(过零点)自动切断电路
并非像pwm一样需要控制单片机拉高后再拉低引脚来控制通断

整个流程按时间线:

交流电正半周期(火线->零线)高电平,光耦的原边导通,副边导通,过零检测引脚被拉低
进入零点附近,光耦原边断开,副边断开,过零检测引脚被拉高,此时交流电并非真的过零点(可能是几十伏,但光耦已经不导通),因此提前了0.775ms(与限流电阻有关)
单片机设定过零检测引脚上升沿中断触发,记录当前微秒时间戳
单片机内创建了FreeRTOS任务,读取↑微秒时间戳,先通过vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(waitMs));等待毫秒,再通过 while (micros() < target) { }精确等待微秒,然后发射脉冲信号控制光耦MOC2032->可控硅进行斩波
上述为正半周期(0-10ms),负半周期(10-20ms)同样的先计算需要等待的时间(过零时间点+10ms+斩波时间点),再等待毫秒微秒的方式进行精确斩波
经过测试,最小启动电机的斩波等待时间7650us,需求最大转速6300us,因此以此时间段一百分等分进行0~100的电机档为控制
核心代码部分:

// FreeRTOS任务：根据输出值发射脉冲
void pulseControlTask(void *pvParameters) {
  while (1) {
    // 关键修复：在循环开始时就清除标志
    // 确保必须等待一个新的过零信号，防止被之前的中断影响
    zeroCrossDetected = false;

    // 等待过零信号
    while (!zeroCrossDetected) {
      vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1));
    }

    // 保存当前过零时间戳（此时标志刚被中断设置）
    unsigned long zeroCrossTime = zeroCrossTimestamp;

    // 读取当前输出值（0~30）
    int currentOutput = outputPulse;

    // output=0时不输出脉冲
    if (currentOutput == 0) {
      continue;
    }

    // ======================
    // 延时逻辑
    // ======================
    // 输出1 → 延时7650us
    // 输出100 → 延时6300us
    unsigned long delayUs = map(currentOutput, 1, 100, 7650, 6300);

    const unsigned long HALF_CYCLE = 10000; // 半波10ms

    // ======================
    // 正半周触发
    // ======================
    unsigned long target1 = zeroCrossTime + 775 + delayUs;

    // 等待时机
    unsigned long currentMicros = micros();
    if (target1 &gt; currentMicros) {
      unsigned long waitUs = target1 - currentMicros;
      // 先等毫秒级的时间，减少误差
      if (waitUs &gt; 0) {
        // 等待毫秒
        delayMicroseconds(waitUs % 1000);
        // 计算需要等待的毫秒数
        unsigned long waitMs = waitUs / 1000;
        if (waitMs &gt; 0) {
          vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(waitMs));
        }
      }
      // 精确等待剩余的微秒
      while (micros() &lt; target1) {
        // 空循环等待
      }
    }

    // 输出脉冲
    digitalWrite(CTRL_PIN, HIGH);
    delayMicroseconds(30);
    digitalWrite(CTRL_PIN, LOW);

    // ======================
    // 负半周 = 过零时间 +10ms
    // ======================
    unsigned long target2 = zeroCrossTime + HALF_CYCLE + 775 + delayUs;

    // 等待负半周时机
    currentMicros = micros();
    if (target2 &gt; currentMicros) {
      unsigned long waitUs = target2 - currentMicros;
      // 先等毫秒级的时间，减少误差
      if (waitUs &gt; 0) {
        // 等待毫秒
        delayMicroseconds(waitUs % 1000);
        // 计算需要等待的毫秒数
        unsigned long waitMs = waitUs / 1000;
        if (waitMs &gt; 0) {
          vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(waitMs));
        }
      }
      // 精确等待剩余的微秒
      while (micros() &lt; target2) {
        // 空循环等待
      }
    }

    // 负半周脉冲
    digitalWrite(CTRL_PIN, HIGH);
    delayMicroseconds(30);
    digitalWrite(CTRL_PIN, LOW);

    // 处理完过零信号后关闭LED2
    digitalWrite(LED2_PIN, LOW);
  }
}