如何使用Arduino Uno、电流传感器和直流电机搭建扭矩控制电路

核心原理 #

直流有刷电机的输出扭矩与电枢电流呈近似线性正相关，因此控制扭矩的本质是闭环控制电机的工作电流，你提到的DiodeZetex 5引脚电流传感器就是用来采样电机实时电流的核心器件，配合拨动开关切换目标电流阈值，就能实现两个预设扭矩的切换功能。

硬件连接说明 #

DiodeZetex 5引脚电流传感器（以常用的ZXCT1010型号为例） #

5个引脚的定义与连接方式如下：

• RS+、RS-：串联接入电机电源的正极回路，电流需从RS+流入、RS-流出，不要反接
• VCC：接Arduino Uno的5V引脚
• GND：接Arduino Uno的GND引脚，必须和电机驱动模块的GND共地
• OUT：接Arduino Uno的A0模拟输入引脚，输出电压与采样电流成正比，ZXCT1010的默认比例为1V/A

其他元器件连接 #

• 拨动开关：一端接Arduino Uno的D2数字引脚，同时串联10kΩ下拉电阻到GND；另一端接Arduino Uno的5V引脚，开关高低电平对应两个扭矩档位
• 电机驱动模块（必须搭配H桥驱动，如DRV8871、L298N）：PWM控制引脚接Arduino Uno的D9引脚，电源输入端接电机供电电源，输出端接直流电机，GND与Arduino共地

扭矩对应电流值设置方法 #

1. 先完成电流校准：给电机通入已知数值的电流，读取A0引脚的电压值，计算出实际的电流-电压换算系数，写入代码
2. 根据实际需要的两个扭矩值，换算得到对应的目标电流值，提前写入代码常量
3. 代码中通过读取拨动开关的电平状态，切换当前生效的目标电流值，再通过闭环控制调整电机驱动的PWM占空比，让实际采样电流稳定在目标值即可

若对扭矩精度要求不高，可直接用简易比例控制代替PID控制，降低代码复杂度

示例代码框架 #

const int currentSensorPin = A0;
const int switchPin = 2;
const int motorPwmPin = 9;
// 两个档位对应目标电流，单位：mA，根据实际扭矩需求调整
const int targetCurrentLow = 500; 
const int targetCurrentHigh = 1200;
// 电流换算系数，单位：mV/mA，根据校准结果修改
const float currentCoeff = 1.0; 
int pwmValue = 0;

void setup() {
  pinMode(switchPin, INPUT);
  pinMode(motorPwmPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // 读取当前电机电流
  int sensorRaw = analogRead(currentSensorPin);
  float voltageMV = sensorRaw * 5000.0 / 1023.0; // 转换为毫伏单位
  float realCurrent = voltageMV / currentCoeff;

  // 切换目标电流
  int switchStatus = digitalRead(switchPin);
  float targetCurrent = (switchStatus == HIGH) ? targetCurrentHigh : targetCurrentLow;

  // 简易比例闭环控制调整PWM
  if(realCurrent < targetCurrent) {
    pwmValue = constrain(pwmValue + 3, 0, 255);
  } else if(realCurrent > targetCurrent) {
    pwmValue = constrain(pwmValue - 3, 0, 255);
  }
  analogWrite(motorPwmPin, pwmValue);

  delay(10);
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Cesca