为什么万用表电压档测量传感器看到的是 PWM 信号

作者:菠菜评级 发布时间:2021-01-11 05:44

  的输出信号,结果显示的是模拟量信号,即位置和信号输出大小呈线性关系。但是,用coscope 4227)测量传感器的输出信号,显示的却是 PWM 信号(脉宽调制),即位置不同,输出 PWM 信号的占空比不同。

  现在可以确定,我的传感器输出信号是 PWM 信号。PWM 信号需要输入到控制器I/O中,但是控制器 I/O 口不具备直接采集 PWM 信号的功能。

  设计个电路,将 PWM 信号转化为模拟量信号,然后将转换后的模拟量信号输入到控制器模拟量 I/O 口。

  低通滤波频率公式为:f=1/(2π*RC),我最后选择 R=1K,C=10uf,算出的低通截止频率 f=15.9HZ。

  滤波电路后端是一个运算放大器,放大倍数公式:A=1+Rf/R1。我不希望电压被放大,所以我选择 A=1.1。又因为 R1//Rf=2R(R1,Rf 两者并联的值等于 R 串联值),最终:Rf=220 欧,R1=2.2k,R=1k。

  低通滤波电路前面是一个二级积分电路(将两个电容都接地),R=1K,C=10uf。下图是一级积分电路,设计的积分电路是将两个下图电路串联构成二级积分积分:

  为验证电路效果进行的测试,我使用的设备是 PicoScope4227,由于该设备最大只能生成正负 1V 的电压信号,就生成了幅值为 1V(低电平 0V,高电平 1V),频率为 200HZ 的 PWM 信号作为积分电路的输入信号。各种效果图如下:

  示波器从二阶滤波电路输入端采集信号,波形如下。发现该号波形与上图的波形相比已经发生了变化。

  示波器从一阶滤波电路输出端中采集到的信号波形,即滤波电路从左往右数,第一个电阻与第一个电容交点的输出波形:

  1:为什么万用表电压档测量传感器输出信号,结果是模拟量信号,而示波器看到的是 PWM 信号?我该相信哪个结果?

  答:这个问题牵涉到测量输入口的分辨率问题。万用表输入口的分辨率低(通过此例看低于 200HZ),而示波器输入口的分辨率高,可达几千,甚至几兆赫兹频率,所以输出的结果不同。我们要相信示波器显示的结果。我理解 PWM 信号本质还是希望达到模拟量的效果,只是表现形式不同。

  答:在低通滤波电路中,有个频率公式 f=1/(2π*RC), 它计算的是低通截止频率(-3dB)。而在积分电路中,有个公式 T=RC。 这个 T 是指电容充放电需要的时间。选取 T 时,根据一般经验公式,T》10 * T‘(T’表示信号周期)。

  在本例的积分电路中,RC=10ms,只有两倍的信号周期,但是通过测试,信号效果还是比较理想的。如果将更多的积分电路串联,效果会更好。

  答:方案一:将 PWM 信号倍频,就是提高 PWM 信号的频率,但是占空比不变化。PWM 倍频后的频率大于控制器 I/O 的分辨率,就可以被控制器默认为做模拟量,从而可以输入到模拟量 I/O。

  方案二:通过软件办法计算 PWM 的占空比。在控制器中编写程序,首先定时,测量这段时间内 PWM 信号中高电平的时间,从而计算出占空比。

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