基于單片機的電動自行車控制器的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 7 的輸入輸出之間的電壓差不致太高，減小器件本身的功耗。 C102 為濾波電容，濾除電源輸入的尖峰電壓。 +5V 電壓直接從 +15V 經 LM7805 得到，此處因后端的功率不是很大，LM7805 可以滿足要求，不必使用 LM317。 圖中電容 均為濾波電容，濾除輸入電壓中的高頻成分，使輸出電壓平 滑，紋波小。 功率驅動電路 功率驅動電路由 分立元件構成，具有功率放大、自舉升壓、硬件互鎖、過流快速切斷的功能。如圖 所示 [12]， +C 1 021 00 U F /5 0 VC 1 031 04+C 1 042 20 U F /2 5 V+C 1 094 70 U F /1 6 VC 1 051 04+ 5V+ 15 VIN _ 4 8V4 8V _ SR 1 012 K 2R 1 021 K 2R 1 031 5KV O L T A G E _ 2R 1 261 50R 1 271 50C 1 011 04V in1GND2V o ut3U3L M 7 8X XR 1 055 k1R 1 065 10R 1 070R 1 081kR 1 09 1kC 1 061 04C 1 071 04C 1 081 04V in3ADJ1V o ut2U2L M 3 17+C 1 112 20 U F /1 6 V+C 1 102 20 U F /1 6 V邵陽學院畢業設計（論文） 10 圖 功率驅動電路 電流檢測電路 對于兩相導通三相六狀態無刷直流電動機，任一時刻，只有兩相繞組導通，電流從一相繞組流進，從另一相繞組流出，電流大小與直流側電流大小相等。這樣，只要在直流側串聯一個采樣電阻就可以檢測導通相的相電流。常見的無刷直流電動機的電流檢測方法有：電阻法，霍爾電流傳感器法，電流互感器法。這三種方法的對比如表 所示。 表 三種常見的電流檢測方法對比 電流檢測方法 電阻法 霍爾電流傳感器法 電流互感器法 精確度 好 好 中等 溫度影響 小 大 小 費用 最低 最高 中等 隔離程度 不隔離 隔離 隔離 大電流檢測能力 差 好 好 直流偏置問題 存在 無 無 存在飽和 /滯后 無 有 有 耗能情況 高 低 低 是否接入電路中 是 否 否 直流 /交流檢測 都可以 都可以 交流檢測 + 15 VV T 4P 75 N F 7 5V T 3P 75 N F 7 54 8V+E2 4 7U F /5 0 VR 3 01 0KC51 04V _ P O I N TT 110 80 5T 128 55 0D44 14 8R 2 11KR 2 32 K 2R 2 25 10T 138 55 0D54 14 8R 2 54 K 7C61 02T 148 05 0R 2 62 K 2 R 2 73 K 3R 2 91 00T 168 05 0T 158 55 0+ 5VR 2 42 K 2R 2 85 10+ 15 VC71 02P W M _ VC O N T R O L _ VD64 14 8R 3 151 C81 08VV邵陽學院畢業設計（論文） 11 由表 可以看出，電阻法具有檢測精度高、價格低廉等優點，因此廣泛應用檢測電流不高于 20 安培 的場合，電阻器既可以 接在母線高壓側，也可以接在母線低壓側，兩種接法各有利弊。本系統采用電阻器接在母線低壓側方式，如圖 所示。 圖 電流檢測電路 霍爾位置檢測電路 如圖 所示，霍爾位置檢測電路在系統中的作用主要有兩個：一是檢測電機定、轉子的相對位置并提供驅動換相信號；二是通過檢測某一路脈沖信號的個數，經軟件計算后轉換為速度信號 ,構成速度的反饋環節。 圖中位置傳感器為電機內置的三個霍爾傳感器，根據其安裝位置的不同可分為60176。 電機和 120176。 電機， 60176。 電機輸出的霍爾位置狀態有 000 和 111 狀態 ，而120176。 電機中沒有。 霍爾傳感器由于安裝在電機內部，與電機轉子一起運動而產生抖動，同時電機的繞組也會對其產生干擾，輸出信號中含有很多雜波，因此采用電容濾除，同時為了防止單片機控制電路對霍爾傳感器的影響，中間用二極管隔離，二極管采用IN4148 可以滿足要求。 1O1121+3GND4262O7V C C82+5U6 L M 3 5 8+ 5 VC _ IN T _ 2C 1 41 0 1+ 5 VR 1 2 82 0 KR 1 2 91KR 1 3 11KR 1 3 41 K 8R 1 3 22 0 KR 1 3 3 1 0 KC U R R E N TC U R R E N TC U R R E N T _ O U TR 1 3 5R E SR 1 3 61 0 K邵陽學院畢業設計（論文） 12 圖 霍爾位置檢測電路 手把電壓輸入電路 手把電壓輸入電路如圖 所示。電動自行車的手把為一個霍爾傳感器，其輸出電壓為 0~4V 的模擬信號，經過手把輸入電路送入單片機的 AD 口，轉換為數字信號，作為速度的給定信號。 圖 手把電壓輸入電路 剎車輸入電路 剎車輸入電路如圖 所示。電動自行車的剎車輸入信號有兩種：低電平和高電平，有的廠商采用低電平剎車，有的廠商采用高電平剎車。為了滿足所有需要，本系統兼容低電平和高電平剎車。 低電平剎車時，通過一個隔離二極管，把信號直接送入剎車信號檢測 I/O 口；高電平剎車時，通過一個取反電路，把高電平轉換為低電平。同時軟件檢測到 I/O電平為低時，判定為有剎車信號。 12345J4C O N 5+ 5VR 1 13 3 K 3R 1 14 3 K 3R 1 15 3 K 3D E T E C T _UD E T E C T _VD E T E C T _WR 1 16R E SR 1 17R E SR 1 18R E S1234J5C O N 4+ 5 VR 1 3 84 K 7R 1 3 9 4 K 7A D C _ TE M P邵陽學院畢業設計（論文） 13 圖 剎車輸入電路 + 5VL IM TS P D _ INB R E A KR 1 113 K 3R 1 10 4 K 7R T 11 03S P E E D _ O U T+ 5VR 0 7 4 K 7123456789J7C O N 9+ 5V邵陽學院畢業設計（論文） 14 第 4 章 電動自行車控制器軟件設計 主程序設計 主程序要完成系統初始化 (如設置 PWM、 ADC 等單元 [13])，中斷設置，變量初始化和電機的軟起動過程。為了在初始化的過程中，防止中斷的意外到來，應在主程序的開始處先關閉中斷，完成初始化后，再打開中斷。完成軟起動后，主程序進入一個查詢操作的循環過程，程序不斷地查詢判斷換相更新標志是否為真，若為真則調用換相服務子程序以給電機相應定子繞組饋電 。若為假則等待換相更新標志在 ADC 轉換結束中斷子程序中置為真。主程序的流程圖如圖 所示。 圖 主程序流程圖 （ 1） 系統主程序如下： void main(void) { Reset_Initial()。 while(1) { 邵陽學院畢業設計（論文） 15 Monitor_ADC()。 if(PWM_REQ==1) { PWM_REQ=0。 PWM_ADJ()。 } speed()。 } } （ 2） 系統初始 化程序的設計 系統初始化主要包括 I/O 口初始化，定時器的初始化， PWM 的設計以及 ADC的初始化設計。 初始化程序如下： void Reset_Initial(void) //上電初始化程序 { P1M1=0x3c。//3f。 P1M2=0xc3。//c0。 P1=0xc0。 P0M1=0x7c。 P0M2=0x83。 P0ID=0x78。 P0=3。 P2M1=0x01。 P2M2=0x02。 P2=00。 TH0=0Xba。TL0=0Xba。 TH1=0x00。TL1=0x00。 TMOD=0x22。 // timer 0 work in mode1 CKCONamp。=0X00。 // time source as clk/12 ET0=1。 // enable timer0 interrupt TR0=1。 邵陽學院畢業設計（論文） 16 TR1=1。 ET1=1。 PWMCON1=0Xc0。 PWMPH=0X01。 // 設置 PWM 的狀態 PWMPL=0X77。 PWM0H=0X00。 PWM0L=0Xcc。 PWM1H=2。 PWM1L=0X00。 PWM2H=2。 PWM2L=0X00。 PWM3H=2。 PWM3L=0X00。 PWMCON1=0Xc0。 AUXR1|=0x04。 // 打開 ADC 電路 EADC=1。 // 允許 ADC 中斷 Error_Type=0。 PWM_Duty_H=0。 PWM_Duty_L=0。 ADC_Point=0。 ADC_SUM1=0。 ADC_REQ=0。 ADC_RD=0X55。 ADC_SUM2=0。 PWM_REQ=0。 PWM_TMR=0。 PWM_MAX_H=0。 PWM_MAX_L=0。 PWM_0_Duty=1。 PowerOff=0。 ADC_SUM_tmp=0x630。 邵陽學院畢業設計（論文） 17 DS_Flag=0。 DZ_Flag=0。 CYJ_TM=0。 EA=1。 //設置程序開始運行標志，超靜音用 PG_start=1。 ADC_H=0XFF。 while(ADC_H0x50) { ADCCON=1。 ADCCONamp。=0xef。 ADCCON|=0x08。 while(ADC_RD==0X55)。 } EA=0。 while(P02==0) { PWM1H=0。PWM2H=0。PWM3H=0。 PWM1L=0。PWM2L=0。PWM3L=0。 PWMCON1=0Xe0。 Vstep=P1。 Vstep=Vstep2。 Vstepamp。=0x07。 switch(Vstep) { case 3://6 BT=0。AT=0。CT=1。 break。 case 1: //4 BT=0。AT=0。CT=1。 break。 邵陽學院畢業設計（論文） 18 case 5: //5 case 0: //0 BT=0。CT=0。AT=1。 break。 case 4: //1 BT=0。CT=0。AT=1。 break。 case 6: //3 AT=0。CT=0。BT=1。 break。 case 2: //2 case 7: //7 CT=0。AT=0。BT=1。 default: break。 } } } 中斷服務程序設計 定時中斷服務程序是整個控制器的靈魂，是軟件部分的核心，采用“時間片”分時思想，完成了控制器所有的功能設計、保護模塊以及驅動換相。定時中斷服務程序一方面接受外部輸入的按鍵操作信號，執行各個功能模塊，例如，按下巡航按鍵，電動自行車進入巡航模式，按下剎車按鍵，進入柔性電子剎車模式；另一方面根據檢測得到的電壓、電流值，當電源電壓低于某個值時進入欠壓保護，當電流高于某個值時，進入過流保護。編程時，把各個功能模塊當