【电感测量】基于STM32F103的电感测量系统

基于STM32F103的电感测量系统可以通过LC振荡法实现，以下是详细的实现方案：

系统设计思路

1. 原理：利用LC电路谐振频率公式 f=2πLC​1​，通过测量振荡频率反推电感值。

2. 硬件核心：

   • STM32F103：负责频率测量、计算和显示控制。

   • LC振荡电路：由被测电感（Lx​）和已知电容（C）组成。

   • 比较器（如LM393）：将正弦振荡信号转换为方波，供STM32捕获。

3. 软件核心：

   • 定时器输入捕获功能测量方波频率。

   • 通过公式计算电感值，并显示或输出结果。

硬件设计

LC振荡电路：

• 被测电感 Lx​ 与已知电容 C 并联。

• 通过晶体管或运放（如NE555）构建振荡电路，产生正弦波。

• 比较器LM393将正弦波转为方波，输出到STM32的定时器输入捕获引脚（如TIM2_CH1）。

LC振荡电路示例：
+---------------------+
| L_x         C       |
| ---||--/\/\/\--||---|
|             |       |
|             +-------+--> LM393 --> STM32
+---------------------+

STM32外设配置：

• 定时器（TIM2）：输入捕获模式，测量方波周期。

• GPIO：连接LCD/OLED显示屏（如SSD1306）或串口输出。

• 电源：3.3V稳压，LC电路需单独供电（如5V）。

抗干扰设计：

• 在比较器输入端添加RC低通滤波，减少噪声。

• 电源端并联去耦电容（0.1μF + 10μF）。

软件设计

输入捕获配置：

• 初始化TIM2为输入捕获模式，上升沿触发。

• 计算连续两个上升沿的时间差 T，频率f=T1​。

// 示例代码（CubeMX HAL库）
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    static uint32_t prev_val = 0;
    uint32_t curr_val = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);
    uint32_t period = curr_val - prev_val;
    float freq = 1e6 / (period * TIM2_CLK_PERIOD); // 根据时钟频率计算
    prev_val = curr_val;
    calculate_inductance(freq); // 计算电感值
}

电感计算：

• 根据公式 Lx​=4π2f2C1​ 计算电感值。

• 需校准已知电容 C 的实际值（考虑寄生电容）。

#define KNOWN_CAPACITANCE 0.1e-6 // 已知电容值（单位：法拉）
void calculate_inductance(float freq) {
    float L = 1.0 / (4 * PI * PI * freq * freq * KNOWN_CAPACITANCE);
    display_result(L); // 显示结果
}

显示与通信：

• 通过I2C/SPI驱动OLED显示电感值。

• 可选串口输出数据到上位机（如使用printf重定向）。

校准与优化

校准步骤：

• 使用标准电感（如10μH、100μH）替换 Lx​，记录测量值。

• 调整公式中的 C 或补偿系数，减小误差。

量程切换：

• 增加多档电容（如0.1μF、1μF），通过STM32控制继电器或模拟开关切换。

温度补偿：

• 使用温度传感器（如DS18B20）监测环境温度，修正电容温漂。

---

测试结果

• 精度：合理设计下，误差可控制在±5%以内。

• 量程：10μH ~ 10mH（取决于电容选择）。

• 显示示例：

Inductance: 47.5 uH
Freq: 159.2 kHz

---

扩展功能

1. 自动量程切换：根据频率自动选择最佳电容档位。

2. 数据存储：将测量结果保存至EEPROM（如24C02）。

3. 上位机工具：通过串口绘制电感-频率曲线（Python + Matplotlib）。

---

通过以上设计，可构建一个低成本、中等精度的电感测量系统，适用于电子爱好者或实验室场景。实际开发中需注意硬件布局和软件滤波以提升稳定性。