RM2026 中科大RoboMaster功率采样板

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项目简介

基于STM32F302C8T6与INA240运算放大器的功率采样板，以1kHz频率返回电流、电压和功率信息，支持UART、CAN、USB等通信方式。

项目功能

本项目所属电路板拥有一路电源输入、一路电源输出，可获取电源输入端的电流、电压、功率信息。曾用于标定3508电机功率与电流、转速的关系，详情参看：

【中科大RM电控合集】单个电机的功率模型： https://www.bilibili.com/video/BV1tyfdY4ERb

亮点：

• 可采集负电流、负功率
• 反馈频率高

相关参数

• 默认采集频率：1kHz
• 默认电压量程：0~66V
• 默认电流量程：-6.6~6.6A

详情如下：

> STM32GPIO模拟输入的电压范围为0~3.3V；
>
> 电压表：
> - 引脚电压0~3.3V，线性映射到的被测电压量程为0~66.066V；
> 电流表：
> - 如若INA240放大器采用A1，则引脚电压0~3.3V线性映射被测电流量程为-16.5~16.5A；
> 如若INA240放大器采用A2，则引脚电压0~3.3V线性映射被测电流量程为-6.6~6.6A；
>
> 被测电压电流规范：
> - 严禁被测电流持续超过20A；
> - 5mΩ采样电阻最高容许功率应为2W，该功率下对应被测电流20A；
> - 如若PCB铜厚1oz，不建议被测电流持续超过10A；
> - 如若PCB铜厚2oz，不建议被测电流持续超过18A；
>
> 电压电流采样引脚途径的RC低通滤波器，其截止频率：1/(2 pi r c), 10kΩ, 100nF, 159.15Hz；

原理解析

• 采样部分
  • 对于电源输入端，串接一个极小的采样电阻（原理图为5mΩ）用于获取电流
  • 在电源输入端与地之间并联两个极大的采样电阻（原理图为10kΩ和10Ω）用于获取电压；
• 放大部分
  • 采用INA240A2芯片进行对采样电阻两端的电压放大，该芯片放大倍率为50倍
  • 亦可换用INA240A1，其放大倍率为20倍，此时量程会有变化；
• 滤波部分
  • 采用10kΩ电阻和100nF电容进行一阶低通滤波，截止频率约为160Hz；
• 处理部分
  • 采用STM32F302C8T6单片机进行处理，利用ADC模块对放大后的电压信号进行高频采样，并通过计算反推电流、电压的数值，进而获取功率值；
• 通信部分
  • UART通信输出，波特率为1Mbps，9e1配置，通过GH-1.25接口端子引出，可参考PCB上丝印确定；
  • CAN通信输出，波特率为1Mbps，通过GH-1.25接口端子引出，可参考PCB上丝印确定；
  • USB虚拟串口输出，通过板载USB-TypeB-Micro插座引出

软件代码

本项目的STM32F302C8T6单片机芯片内部有程序运行，代码获取链接（本人仅开发了main.c的文件）：

RoboWalker_2025_Power_Sampler：https://github.com/yssickjgd/robowalker_2025_power_sampler

开发环境：CLion + armgcc + openocd，环境配置链接：

【中科大RM电控合集】CLion-armgcc开发环境配置教学：https://www.bilibili.com/video/BV1Rx4y1C7d4

注意事项

该采样板其实设计较为粗糙，没有对Layout以及嵌入式程序进行更极致的性能开发。如若有需求，可自行修改。建议的一些修改思路如下：

• 本PCB板采用的是一阶RC低通滤波电路，截止频率约为160Hz。因此如若有其它反馈频率的需求，亦可修改硬件电路中电容和电阻阻值，并修改定时器中断的适配代码；
• 可在保证STM32的ADC采样频率在1kHz的情况下，进行软件上的滤波算法，以便适用更多场景；
• 开发者亦可通过修改采样电阻大小、INA240芯片具体子型号，从而修改该功率计的量程；
• 此外，该程序的上位机正在制作中，预计将引入以下功能：
  • 用裁判系统或者电子负载标定电流电压功率等参数，并写到背板flash里；
  • 配置相关滤波器系数，也写到背板flash里；
  • 配置反馈频率，或实现请求回复功能；

特别鸣谢

• 技术指导：
  • 中国科学技术大学-少年班学院-胡庭恺
  • 中国科学技术大学-微电子学院-王耀明
  • 中国科学技术大学-信息科学技术学院-田果
• 实验验证：
  • 中国科学技术大学-微电子学院-刘涵、涂成浪、尼诚岩
  • 福州大学-物理与信息工程学院-刘均豪

尾注

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