基于单片机的开尔文电路电阻测量WIFI上传设计_电路方案

1、基于单片机的开尔文电路电阻测量WIFI上传设计

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1.1、系统概述

电机绕组电阻是衡量电机制造质量、绕组铜损、接触可靠性以及运行安全的重要参数之一。在电机出厂检测、维修检测和现场点检中，绕组电阻的测量往往要求具备高精度、高重复性和抗干扰能力。由于被测电阻通常处于毫欧级（如本设计指标：200mΩ），若采用普通两线法测量，测试线缆、电流夹具、接触电阻等引入的误差将显著放大，导致测量结果不可信。

因此本系统采用开尔文四线检测方式（Kelvin 4-wire），即“电流线”与“电压采样线”分离：两根粗线负责向被测绕组注入大电流，两根细线在绕组两端直接采样电压降。由于电压采样线几乎不流过电流，其线阻与接触电阻产生的电压降可以忽略，从根本上抑制了导线电阻和接触电阻的误差。这种方式非常适合毫欧级绕组电阻测量，尤其适用于大电流注入的电机绕组测试场景。

本系统在硬件上构建0_{50A可调电流源，电流大小由外部0}5V模拟电压控制（可由旋钮电位器、PLC模拟量输出、上位机DAC等方式提供）。系统通过高精度采样测得绕组两端电压降与测试电流，并在单片机内计算电阻值：

R = V / I
并将结果在本地显示（LCD或数码管/彩屏均可实现），同时通过WIFI模块上传到服务器或局域网平台，实现数据记录、追溯、趋势分析和远程管理。

由于本系统供电为AC220V且电流源高达50A，系统设计必须充分考虑安全隔离、过流保护、散热设计、电磁兼容与测量精度等工程问题。整个系统可分为以下部分：
1）功能设计与测量原理
2）电路设计（按模块详细说明）
3）程序设计（按模块详细说明）
4）关键算法与通信协议实现
5）可靠性与安全性设计要点

2、系统功能设计

2.1、采用开尔文四线法实现毫欧级绕组电阻测量

系统使用四线连接方式：

I+、I-（电流注入端）：向电机绕组施加测试电流，线径粗、接触必须可靠
V+、V-（电压采样端）：直接连接到绕组测量点，线径可较细，但连接位置要尽量靠近绕组端子，避免采到夹具或电流端子的压降

测量流程为：
1）设置测试电流（0~50A可调）
2）启动电流源输出
3）稳定后采样电流I与电压V
4）计算R=V/I（单位可转换为mΩ）
5）显示与上传结果

开尔文法的优势体现在：

将线阻和夹具接触电阻从测量回路中剔除
对毫欧级测量误差显著降低
在大电流测试下仍能保持较高准确性

2.2、0_{50A可调恒流源输出，外部0}5V控制电流大小

根据指标要求：电流源0_{50A可调，且电流大小由外部0}5V电压控制。这意味着系统需要实现一种“电压→电流”的线性映射：

Vin = 0V → Iset = 0A
Vin = 5V → Iset = 50A
线性比例：Iset(A) = Vin(V) × 10

实现方式通常为：

0~5V输入由ADC采样得到设定值
单片机通过DAC/PWM+滤波输出控制电流源控制端
电流源内部采用闭环控制（采样实际电流，与设定值比较后调节功率器件）

为了适应被测电机额定电流大小、绕组发热及安全测试需求，电流调节功能非常重要。例如：

小电机绕组测量可设为5~10A，避免过热
大电机绕组测量可设为30~50A，提高电压降、提升分辨率

2.3、本地显示：实时显示测试电流、电压降与电阻值

系统应在本地显示以下内容：

设定电流 Iset（A）
实测电流 Imeas（A）
电压降 Vmeas（mV）
计算电阻 R（mΩ）
状态提示：待机/输出/稳定/完成/报警

显示方式可采用LCD1602、OLED、TFT彩屏或数码管。由于需要显示单位与较多参数，推荐使用LCD12864或OLED/TFT更易排版。本设计以“字符屏/简易屏”为常见嵌入式方案进行说明，重点在于测量与上传功能实现。

2.4、WIFI数据上传：上传测量结果与设备状态

系统通过WIFI模块（如ESP8266/ESP32）将数据上传到服务器。可支持：

HTTP/HTTPS POST上传（REST API）
MQTT发布（工业物联网常用）
TCP/UDP局域网数据上报（简化）

上传内容包含：

时间戳（可由RTC或NTP获得）
Iset、Imeas、Vmeas、R
设备ID、工位号（可配置）
测试模式、报警状态（如过流/过温）

通过上传可实现：

自动记录每次电机绕组电阻
批量生产线追溯
远程监控测试过程与结果
数据可视化趋势分析

2.5、安全与保护：过流、过温、开路、短路与异常检测

由于系统具备0~50A输出能力，必须设计完善保护：

过流保护：实际电流超过阈值快速关断
过温保护：功率器件（MOS/IGBT）温度过高关断
开路检测：输出开路时电流无法建立，提示连接异常
短路检测：输出短路导致电流飙升，硬件快速保护
采样异常检测：电压、电流采样超范围或不合理时报警

此外，AC220V供电必须具备：

输入保险丝/断路器
EMI滤波与浪涌吸收（MOV/NTC）
隔离电源（控制侧与高功率侧隔离）
外壳接地与漏电防护

3、电路设计

3.1、系统硬件总体结构

硬件主要模块划分如下：
1）AC220V输入与电源模块（隔离+多路供电）
2）大电流可调恒流源模块（0~50A）
3）电流采样模块（分流器/霍尔传感器）
4）开尔文四线电压采样模块（mV级差分放大）
5）A/D采样模块（高精度ADC或单片机ADC+前端）
6）控制与运算模块（单片机核心）
7）0~5V外部电流设定输入模块（模拟量输入保护与采样）
8）本地显示模块（LCD/OLED）
9）按键/旋钮/启动控制模块（可选）
10）WIFI通信模块
11）保护与报警模块（继电器、蜂鸣器、温度传感器、故障指示灯）

下面对各模块进行详细说明。

3.2、AC220V输入与电源模块（隔离供电与安全设计）

系统供电方式为AC220V，必须进行隔离与稳压后提供控制电路所需的低压电源（如5V、3.3V、12V等），同时为恒流源功率级提供直流母线电源。典型供电架构为：

AC220V → EMI滤波 → 整流桥 → 大电容滤波 → DC母线（如310VDC）
DC母线 → 隔离式开关电源（如AC-DC模块） → 12V/5V/3.3V控制电源
或 DC母线 → PFC/LLC → 低压大功率DC（用于电流源功率级）

考虑到0_{50A输出可能需要较低电压的大电流（例如几伏到十几伏），通常会采用**工频变压器/大功率开关电源**将220VAC转换为低压大电流直流母线（例如0}20V、1000W级别），再通过恒流控制输出。更安全的方案是：

AC220V → 低压大电流隔离电源（例如12V/24V/36V） → 恒流源输出
这样测试回路与市电完全隔离，显著提高人身安全与抗干扰性能。

关键保护与器件建议：

输入端保险丝、NTC浪涌抑制、MOV压敏吸收浪涌
EMI滤波器（共模/差模电感+电容）降低传导干扰
接地与屏蔽处理，避免高功率回路干扰采样与WIFI
控制电源采用隔离电源模块，保证通信与外设安全

3.3、大电流可调恒流源模块（0~50A）

恒流源是系统核心执行模块。其基本目标是：在负载电阻变化或连接状态变化时，仍能保持输出电流等于设定值。由于被测电阻约200mΩ，当I=50A时电压降约：

V = I×R = 50A × 0.2Ω = 10V
这说明恒流源需要提供至少十几伏的输出能力（考虑线损与余量）。功率约：
P = I²×R = 2500 × 0.2 = 500W
因此功率级必须具备足够的功率余量与散热能力。

3.3.1、恒流源拓扑选择

常见实现方式：
1）线性恒流源（功耗巨大，不适合50A）
2）开关型降压恒流（推荐）：DC-DC Buck恒流控制
3）可控整流/相控（不推荐用于高精度采样环境）

推荐使用开关型Buck恒流源：

以MOSFET/IGBT作为主开关器件
电感作为能量储存，输出平滑
通过电流采样+误差放大+PWM调制实现电流闭环
效率高，适合大电流输出

3.3.2、功率器件与驱动

功率MOSFET需要满足：

低导通电阻Rds(on)以降低损耗
足够电流能力与散热
驱动电路具备快速开关能力，避免过热

驱动可以采用：

专用MOS驱动芯片（如IR系列、TC系列）
隔离驱动（若功率地与控制地需要隔离）

3.3.3、电流闭环控制

恒流控制需要：

实测电流I_meas（由分流器/霍尔获取）
设定电流I_set（由外部0~5V采样得到）
误差：e = I_set - I_meas
控制器：PI调节得到PWM占空比
通过PWM调整输出，使电流趋于设定值

闭环要点：

电流采样必须快速且抗噪声
控制环路需要稳定（PI参数合理，避免振荡）
在不同负载与线缆条件下仍能稳定输出

3.4、电流采样模块（分流器/霍尔传感器）

电阻测量需要同时测得电流与电压。电流测量可采用：

3.4.1、分流器（Shunt）方案

使用低阻值大功率分流电阻（例如100μΩ~1mΩ）串联在电流回路中，通过测量其两端毫伏级电压来计算电流：

I = Vshunt / Rshunt

优点：

精度高、线性好
成本相对可控
温漂可通过选用合金分流器与温度补偿改善

缺点：

有功耗（I²R）与发热
需要差分放大/高精度ADC采样

3.4.2、霍尔电流传感器方案

使用闭环霍尔传感器测量电流，输出模拟电压与电流成比例。
优点：

隔离测量、安全性高
压降极小，发热少
缺点：
成本更高
低电流精度可能不如分流器（视型号而定）

本系统目标电流范围0~50A，且对电阻测量精度要求较高，因此常见工程选择是：

分流器用于精确测量（尤其在低电流区域）
或采用高精度闭环霍尔传感器提高安全性与抗干扰

3.5、开尔文四线电压采样模块（mV级差分放大）

被测绕组电阻约200mΩ，在50A时电压降约10V；但在小电流（例如1A）时电压降仅200mV；在更低电流时甚至只有几十毫伏。为了保证系统在不同电流设定下都能获得稳定的电阻计算结果，电压采样应具备：

差分采样（抗共模干扰）
高精度、低零漂放大
合理的量程切换或增益设计
输入保护与滤波

3.5.1、差分放大器/仪表放大器

推荐使用仪表放大器（INA系列、AD620等）或高精度差分放大器：

高共模抑制比（CMRR）
低失调、低漂移
易于实现高精度mV级采样

将V+与V-接入放大器输入，输出单端电压给ADC采样。增益设计需考虑最大压降：

若最大压降约10V，增益不宜过大，否则输出超出ADC范围
若希望小压降也有较高分辨率，可采用可编程增益（PGA）或双量程方案

3.5.2、输入保护与滤波

由于电机绕组可能存在感性，电流变化会产生瞬态电压，采样输入需保护：

输入串联电阻限流
TVS二极管或钳位二极管保护
RC低通滤波降低开关噪声（尤其Buck开关产生的纹波）

3.6、A/D采样模块（高精度ADC）

电阻计算的精度取决于电压与电流测量精度。对于毫欧级测量，尤其在低电流测试时，电压采样可能只有数十毫伏，此时普通10位ADC（5V/1024≈4.88mV）分辨率不足，会造成明显量化误差。

因此推荐采用外置高精度ADC：

16位或24位ADC（如ADS1115、ADS124S08、HX711类不太适合高速）
支持差分输入更佳
I2C/SPI接口与单片机连接

典型建议：

电压采样使用16~24位差分ADC
电流采样也使用同一ADC或独立ADC，提高一致性
采样速度不必特别高（例如10~100Hz即可），但需要低噪声与高精度

如果使用带高精度ADC的单片机（如部分STM32系列）也可实现，但要注意前端放大与滤波设计。

3.7、单片机控制与运算模块

单片机主要职责：

采样外部0~5V电流设定输入
读取电压/电流采样值（ADC）
执行电流闭环控制（PI算法输出PWM）
计算电阻R并滤波
刷新本地显示
管理测试状态机与保护逻辑
通过WIFI上传数据

芯片选择建议：

若需要较强的计算与通信能力，可选择STM32或ESP32
若采用ESP32，可同时实现控制+WIFI一体化
若采用传统51单片机，也可以配合ESP8266作为WIFI模块，但闭环控制与高精度采样实现难度更高

为了更贴近工程实现，本设计推荐使用STM32 + ESP8266或ESP32单芯片方案。本文以“通用单片机 + WIFI模块”的结构来描述，重点在模块设计与程序组织。

3.8、0~5V外部电流设定输入模块

该模块将外部0~5V模拟电压转换为电流设定值Iset。电路设计要点：

输入保护：串联电阻、钳位二极管，防止过压
输入滤波：RC低通滤波抑制噪声
ADC采样：将电压映射为数字量
标定与校准：0V对应0A，5V对应50A，可做线性校准

若外部控制电压来自工业设备（PLC），可能存在噪声和地电位差，建议采用隔离运放或隔离采样模块（可选），增强可靠性。

3.9、本地显示模块

显示模块用于实时显示关键数据：

Iset / Imeas
Vmeas
R（mΩ）
状态与报警信息

显示方案：

LCD1602：实现简单，但显示内容受限
OLED 0.96寸：清晰、显示丰富，I2C接口
TFT彩屏：可显示曲线与更多信息，成本更高

在工业测试设备中，常见使用字符屏或小尺寸OLED即可满足需求。显示刷新建议采用固定周期（如200ms或500ms），避免频繁刷新引起闪烁。

3.10、WIFI通信模块

常见选择：

ESP8266：AT指令方式，成本低
ESP32：可作为主控或协处理器
工业WIFI模块：稳定性更高但成本更高

若使用ESP8266 AT方式，单片机通过UART发送AT指令实现：

连接路由器（STA模式）
连接服务器（TCP/HTTP）
上传数据（JSON格式）
断线重连与心跳维护

如果系统需要高可靠与易维护，推荐使用MQTT协议，将测量数据以主题形式发布。服务器侧可使用EMQX/ Mosquitto等。

3.11、保护与报警模块（过流、过温、急停）

保护模块包括硬件保护与软件保护：

硬件过流：比较器检测分流器电压超过阈值，直接关断PWM
软件过流：采样检测Imeas超限后停止输出
过温：NTC/数字温度传感器检测功率器件温度
急停：外部急停按钮直接切断功率级使能
继电器/接触器：作为安全隔离执行器，异常时断开输出

报警提示可通过：

蜂鸣器
指示灯
屏幕提示
WIFI上报报警信息

4、程序设计

4.1、软件总体架构与任务划分

系统软件采用模块化+状态机+周期任务调度的结构。推荐任务周期：

电流闭环控制：1kHz~10kHz（与PWM一致或多倍采样）
电压/电流采样与滤波：100Hz~500Hz
电阻计算与显示刷新：2Hz~5Hz
WIFI上传：1Hz~2Hz（或按测量完成上传）
保护检测：与采样同步或更快

软件模块划分：
1）系统初始化模块（时钟、GPIO、ADC、PWM、UART、显示）
2）外部设定电压采样模块（0~5V→Iset）
3）电流闭环控制模块（PI控制器）
4）电压采样模块（Kelvin差分电压）
5）电流采样模块（分流器/霍尔）
6）电阻计算与滤波模块
7）显示刷新模块
8）WIFI通信与上传模块
9）保护与报警模块
10）测试流程状态机模块

4.2、系统初始化模块

初始化内容包括：

供电检测与自检
PWM输出初始化（默认关闭）
ADC初始化（多通道：I、V、Iset输入）
定时器初始化（控制周期、采样周期）
显示初始化并显示“READY”
WIFI模块初始化（AT测试、连接路由器、获取IP）
参数加载（校准系数、设备ID、上传地址）

初始化完成后进入待机状态，等待用户启动测试或检测到外部控制信号。

4.3、外部0~5V设定采样模块设计

该模块将外部模拟电压转换为电流设定值：

采样电压：Vin
限幅：Vin限制在0~5V
映射：Iset = Vin × 10（A）
滤波：对Iset进行滑动平均或一阶低通，避免噪声导致电流波动

此外，可加入“最小启动电流阈值”：

当Vin < 0.05V时认为Iset=0，关闭输出
防止微小噪声导致误输出。

4.4、电流闭环控制模块（PI控制）

电流闭环控制是恒流源稳定输出的关键。控制流程：
1）读取设定电流Iset
2）读取实际电流Imeas
3）计算误差 e = Iset - Imeas
4）PI计算：

u = u + kp*(e - e_prev) + ki*e
5）限幅：u限制在0~PWM_MAX
6）输出PWM占空比
7）保存e_prev

PI参数选择要点：

kp过大易振荡，过小响应慢
ki过大容易积分饱和，过小稳态误差大
可加入抗积分饱和（当输出饱和时停止积分）
建议在不同电流设定下均稳定

4.5、开尔文电压采样模块（差分采样与滤波）

电压采样用于计算电阻，测量精度要求高。软件处理包括：

读取ADC差分电压值
换算成实际电压（mV）
滤波：多次平均、滑动平均、一阶低通
异常检测：
- V过低（可能未连接）
- V过高（可能接错或短路）

滤波建议：

采样N次（如16次）取平均
或采用一阶IIR：Vf = αVf + (1-α)Vnew（α可取0.9）

4.6、电流采样模块（换算与标定）

电流采样同样需要：

ADC读取
换算成电流值Imeas
零点校准（尤其霍尔传感器存在偏置）
温漂补偿（分流器发热会变化，可用温度补偿系数）
滤波与稳定判断

为了保证电阻计算可靠，应确保电流已稳定后再计算电阻。可设定：

当|Imeas - Iset| < 0.5A 且持续200ms，则认为电流稳定
稳定后采样并计算R，得到最终结果并上传

4.7、电阻计算与稳定性处理模块

电阻计算公式：

R(Ω) = V(V) / I(A)
系统显示通常以mΩ为单位：
R(mΩ) = 1000 × V(V) / I(A)
或采用mV与A计算：
R(mΩ) = V(mV) / I(A)

为了避免除法噪声与瞬态抖动，建议：

当I < I_min（如1A）时不计算，显示“LOW I”
采用多次平均：对R进行N次平均或中位值滤波
输出最终稳定值，减少跳动

4.8、显示刷新模块

显示内容建议分页面：

主界面：Iset、Imeas、V、R
状态界面：WIFI连接、IP地址、服务器状态
报警界面：过流/过温/开路/短路提示

刷新周期建议200ms~500ms。显示字符串拼接采用缓存方式，避免频繁定位造成闪烁。

4.9、WIFI通信与上传模块

WIFI模块逻辑包含：

初始化：复位、AT测试、设置模式、连接AP
连接服务器：HTTP/MQTT
周期上传：发送JSON数据
断线重连：检测连接状态，失败则重新连接
上报报警：异常时立即上报

数据上传建议采用JSON结构，便于服务器解析，例如：

{
  "dev_id":"MTR_R_001",
  "iset":35.0,
  "imeas":34.8,
  "v_mv":6950,
  "r_mohm":199.7,
  "state":"RUN",
  "alarm":0
}

4.10、保护与报警软件模块

保护策略建议分层：

采样层：检测电流、电压、温度是否超限
控制层：出现异常立即将PWM降为0并关闭使能
状态层：进入FAULT状态，显示报警信息并上传报警
恢复层：需要人工复位或等待温度下降后允许恢复

典型阈值（示例）：

过流：Imeas > Iset + 5A 或 > 55A
过压：Vmeas > 20V（超出正常范围）
过温：功率器件温度 > 90℃
开路：Iset > 5A 但Imeas < 1A 持续500ms

5、核心程序示例（模块化代码）

5.1、基础宏定义与全局变量

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <math.h>

//---------------- 基本参数 ----------------
#define ADC_REF_V        3.300f          // ADC参考电压（示例3.3V）
#define I_MAX_A          50.0f
#define VIN_MAX_V        5.0f
#define ISET_SCALE       10.0f           // 0~5V -> 0~50A

#define I_MIN_CALC_A     1.0f            // 小于该电流不计算电阻
#define STABLE_I_ERR_A   0.5f            // 电流稳定误差阈值
#define STABLE_TIME_MS   200

#define PWM_MAX          1000
#define KP               0.80f
#define KI               0.05f

//---------------- 系统状态 ----------------
typedef enum {
    SYS_IDLE = 0,
    SYS_RUN,
    SYS_STABLE,
    SYS_DONE,
    SYS_FAULT
} sys_state_t;

typedef struct {
    float vin_set;      // 外部设定电压(V)
    float i_set;        // 设定电流(A)
    float i_meas;       // 实测电流(A)
    float v_meas;       // Kelvin电压(V)
    float r_mohm;       // 电阻(mΩ)
    float temp_pwr;     // 功率器件温度(℃)
} meas_t;

static meas_t g_meas;
static sys_state_t g_state = SYS_IDLE;

// PI控制相关
static float g_e_prev = 0.0f;
static float g_u = 0.0f;           // PWM控制量
static uint16_t g_pwm = 0;

// 稳定计数
static uint32_t g_stable_ms = 0;

// 报警码
static uint16_t g_alarm = 0;

5.2、外部0~5V设定采样与映射

static float clampf(float x, float a, float b)
{
    if(x < a) return a;
    if(x > b) return b;
    return x;
}

// 将外部设定电压转换为设定电流
void Update_Iset_FromVin(float vin)
{
    vin = clampf(vin, 0.0f, VIN_MAX_V);

    // 可加入死区，避免微小噪声导致输出
    if(vin < 0.05f) vin = 0.0f;

    g_meas.vin_set = vin;
    g_meas.i_set = vin * ISET_SCALE; // 0~5V -> 0~50A
    g_meas.i_set = clampf(g_meas.i_set, 0.0f, I_MAX_A);
}

5.3、电流闭环PI控制模块（输出PWM）

// 输入：设定电流 i_set，实测电流 i_meas
// 输出：PWM占空比 g_pwm
void CurrentLoop_PI(void)
{
    float e = g_meas.i_set - g_meas.i_meas;

    // 增量式PI：u = u + kp*(e - e_prev) + ki*e
    g_u += KP * (e - g_e_prev) + KI * e;

    // 限幅与抗积分饱和
    if(g_u < 0.0f) g_u = 0.0f;
    if(g_u > (float)PWM_MAX) g_u = (float)PWM_MAX;

    g_pwm = (uint16_t)g_u;
    g_e_prev = e;

    // 这里应调用硬件PWM设置函数
    // PWM_SetDuty(g_pwm);
}

5.4、电压、电流采样换算与滤波（示例）

// 下面函数通常由ADC驱动层提供原始采样值，这里仅示例接口
extern uint16_t ADC_ReadRaw_I(void);
extern uint16_t ADC_ReadRaw_V(void);
extern uint16_t ADC_ReadRaw_VinSet(void);
extern uint16_t ADC_ReadRaw_Temp(void);

// 标定系数（示例，实际需通过校准获得）
static float K_I = 0.02f;     // A/LSB
static float B_I = 0.0f;      // A偏置
static float K_V = 0.001f;    // V/LSB
static float B_V = 0.0f;      // V偏置
static float K_VIN = 0.001f;  // V/LSB
static float K_T = 0.1f;      // ℃/LSB

// 一阶低通滤波
static float lpf(float y, float x, float alpha)
{
    return alpha * y + (1.0f - alpha) * x;
}

void SampleAndFilter(void)
{
    uint16_t raw_i  = ADC_ReadRaw_I();
    uint16_t raw_v  = ADC_ReadRaw_V();
    uint16_t raw_vs = ADC_ReadRaw_VinSet();
    uint16_t raw_t  = ADC_ReadRaw_Temp();

    float i_new  = K_I * raw_i + B_I;
    float v_new  = K_V * raw_v + B_V;
    float vin_new= K_VIN * raw_vs;
    float t_new  = K_T * raw_t;

    // 低通滤波，alpha越大越平滑（响应越慢）
    g_meas.i_meas   = lpf(g_meas.i_meas, i_new, 0.90f);
    g_meas.v_meas   = lpf(g_meas.v_meas, v_new, 0.90f);
    g_meas.temp_pwr = lpf(g_meas.temp_pwr, t_new, 0.95f);

    Update_Iset_FromVin(vin_new);
}

5.5、电阻计算与稳定判定模块

void CalcResistance_mOhm(void)
{
    if(g_meas.i_meas < I_MIN_CALC_A)
    {
        g_meas.r_mohm = NAN; // 低电流不计算
        return;
    }

    // R(mΩ) = 1000 * V(V) / I(A)
    g_meas.r_mohm = 1000.0f * g_meas.v_meas / g_meas.i_meas;
}

uint8_t IsCurrentStable(uint32_t dt_ms)
{
    float err = fabsf(g_meas.i_set - g_meas.i_meas);

    if(g_meas.i_set < 0.5f)
    {
        g_stable_ms = 0;
        return 0;
    }

    if(err < STABLE_I_ERR_A)
        g_stable_ms += dt_ms;
    else
        g_stable_ms = 0;

    return (g_stable_ms >= STABLE_TIME_MS);
}

5.6、保护检测模块（过流、过温、开路）

#define ALM_OVERCURRENT  0x0001
#define ALM_OVERTEMP     0x0002
#define ALM_OPENLOAD     0x0004

void Protection_Check(void)
{
    g_alarm = 0;

    // 过流：超过设定+5A 或绝对超过55A
    if(g_meas.i_meas > (g_meas.i_set + 5.0f) || g_meas.i_meas > 55.0f)
        g_alarm |= ALM_OVERCURRENT;

    // 过温：功率器件温度>90℃
    if(g_meas.temp_pwr > 90.0f)
        g_alarm |= ALM_OVERTEMP;

    // 开路：设定>5A但实测<1A持续一定时间（这里简化为瞬时判定）
    if(g_meas.i_set > 5.0f && g_meas.i_meas < 1.0f)
        g_alarm |= ALM_OPENLOAD;

    if(g_alarm != 0)
    {
        // 立即关断PWM与输出使能
        g_pwm = 0;
        g_u = 0;
        // PWM_SetDuty(0);
        // OUT_Enable(0);

        g_state = SYS_FAULT;
    }
}

5.7、WIFI上传数据构造（JSON示例）

// 实际工程中会通过UART发送AT指令给ESP8266，或在ESP32中直接HTTP/MQTT
// 这里给出JSON字符串构造示例

void BuildJson(char *out, uint16_t maxlen)
{
    // 若电阻为NAN，上传null或特殊值
    char rbuf[32];
    if(isnan(g_meas.r_mohm)) strcpy(rbuf, "null");
    else snprintf(rbuf, sizeof(rbuf), "%.2f", g_meas.r_mohm);

    snprintf(out, maxlen,
        "{"
        ""dev_id":"MTR_R_001","
        ""iset":%.2f,"
        ""imeas":%.2f,"
        ""v_v":%.4f,"
        ""r_mohm":%s,"
        ""temp":%.1f,"
        ""state":%d,"
        ""alarm":%u"
        "}",
        g_meas.i_set,
        g_meas.i_meas,
        g_meas.v_meas,
        rbuf,
        g_meas.temp_pwr,
        (int)g_state,
        (unsigned)g_alarm
    );
}

5.8、主状态机流程（示例）

// 假设每10ms调用一次
void MainTask_10ms(void)
{
    // 采样与滤波
    SampleAndFilter();

    // 保护检测
    Protection_Check();
    if(g_state == SYS_FAULT)
        return;

    // 状态机
    switch(g_state)
    {
        case SYS_IDLE:
            // 当设定电流>0，进入运行
            if(g_meas.i_set > 0.5f)
            {
                // OUT_Enable(1);
                g_state = SYS_RUN;
                g_stable_ms = 0;
            }
            break;

        case SYS_RUN:
            // 执行闭环控制
            CurrentLoop_PI();

            // 判断稳定
            if(IsCurrentStable(10))
                g_state = SYS_STABLE;
            break;

        case SYS_STABLE:
            // 稳定后可进一步做多次采样平均
            CurrentLoop_PI();
            CalcResistance_mOhm();

            // 进入DONE或持续输出（按需求）
            // 这里示例：稳定后持续输出并周期上传
            g_state = SYS_DONE;
            break;

        case SYS_DONE:
            // 持续维持电流并刷新计算
            CurrentLoop_PI();
            CalcResistance_mOhm();
            break;

        default:
            break;
    }

    // 显示刷新、上传任务通常独立周期执行
}

6、关键精度设计与工程实现要点

6.1、毫欧级测量误差来源与抑制

在200mΩ测量中，误差主要来自：

电压采样误差：放大器失调、噪声、ADC量化误差
电流采样误差：分流器误差、温漂、霍尔偏置
Kelvin连接不规范：电压采样点不在绕组端子而在夹具上
电流纹波：Buck开关纹波造成电压与电流波动
温升：绕组与分流器发热导致电阻变化（铜温度系数明显）

抑制方法：

Kelvin采样线必须直接接到绕组端子，尽量靠近被测体
电压采样前端使用高CMRR仪表放大器，布局屏蔽，差分走线
采样与控制地分区，采用单点接地
输出电流加滤波电感、电容，减少纹波
软件中对V/I进行同步采样与平均
加入温度采样，对电阻进行温度修正（可扩展）

6.2、50A大电流路径设计与散热

大电流路径必须：

使用铜排或大截面积导线
接线端子采用大电流端子，避免接触电阻过大
MOSFET、整流器、分流器要有足够散热（风扇+散热片）
PCB走线需加厚铜或使用多层并联、焊锡加厚、铜条加固

6.3、与AC220V相关的安全隔离

必须确保：

低压控制板与高压输入隔离
外壳接地
输入端具备保险丝与漏电保护
维修与测试时必须断电操作
关键区域留足爬电距离与电气间隙

6.4、WIFI上传可靠性与数据完整性

WIFI在工业现场可能存在干扰或掉线，建议：

断线重连机制
缓存未上传数据（队列）
上传包含序号与时间戳，服务器可去重
支持本地存储（SD卡/Flash）作为备份（可扩展）

7、总结

基于单片机的开尔文电路电阻测量WIFI上传系统，针对电机绕组毫欧级电阻测量的高精度需求，采用开尔文四线检测方式有效消除导线电阻与接触电阻带来的误差，并通过0_{50A可调恒流源提高测量电压降，从而增强分辨率与重复性。系统支持外部0}5V模拟量控制测试电流，可依据被测电机额定电流灵活设置测试条件，兼顾测量精度与绕组温升安全。

在电路设计方面，系统包含AC220V隔离供电、大功率恒流源、电流采样、差分电压采样、高精度ADC、单片机运算与控制、本地显示与WIFI通信等模块，并配套完善的过流、过温、开路短路保护机制，确保高电流测试过程安全可靠。在程序设计方面，系统通过PI闭环控制稳定输出电流，通过多级滤波与稳定判定实现可靠电阻计算，并以JSON形式完成WIFI数据上传，使测量结果能够实现自动记录与远程管理。

该设计具备明显的工程应用价值，适用于电机制造、维修与质量检测场景。通过进一步扩展温度补偿、量程自适应、曲线记录与云平台管理等功能，可将其升级为更高精度、更智能化的电机绕组电阻综合在线检测终端。

基于单片机的开尔文电路电阻测量WIFI上传设计