电动车控制器设计方案Word文档下载推荐.docx
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第四章控制器设计-----------------------------------------9
一、硬件设计----------------------------------------9
二、软件设计-----------------------------------------12
第一章概述
近年来,随着改革开放和经济发展日益深刻,人民生活水平日渐提高,出行交通工具也发生前所未有的变化。
老百姓出行不仅考虑快捷、方便,还追求时尚环保,因此近年来电动自动自行车日益受老百姓喜爱。
作为电动自行车,其核心控制器则是电动自行车的关键,控制的好坏决定车子的平稳、安全、舒适,因此一个功能全面、可靠性强、符合要求的控制器决定了电动自行车的质量。
为了使得电动自行车有良好的体验和可靠的质量保证,因此本文介绍一种控制器的设计方案。
第二章系统需求分析
1、具有安全检测功能,检测电池电压,电流
需要检测电池中电流,电池电流不能过大,防止损伤电池;
需要检查电机中的电流,并且识别是否是电机堵转还是车子上坡或者负载过大,并且限制电机电流17A以下,在15~17A间切换,防止大电流长时间烧坏电机;
检测电池电压,电池电压大于电机额定电压120%时,发出报警铃声,提醒电压过大,不能驱动电机;
2、显示速度和里程数
利用三位数码管显示里程数,范围0~999Km,保证每分钟更新一次;
用5个发光二极管显示速度,表示5个档位,每个档位间隔速度为10Km/h,即表示的速度为10Km/h、20Km/h、30Km/h、40Km/h、50Km/h,速度在哪个档位,对应发光二极管闪亮。
3、具有转向灯控制电路
当打开转向灯开关时,对应的转向灯每隔0.5秒闪一次,每次持续0.5秒
4、照明灯控制电路
当打开照明灯时,在仪表盘上显示照明打开,用一个发光二极管。
5、具有报警功能
当钥匙开关不再车上时,若轮子速度有变化,即发出报警声音。
第三章系统分析
一、电动车控制器框图
上图是整车的控制系统框图,主要有电源、电机、控制器等,其中控制器位于核心地位,是整个控制系统的关键,也是负责组织各个部分协调工作的中心。
其具体的控制框图如下图所示:
从图中可以看出,控制器由单片机及其外围电路构成,包括输入信号处理电路、输出信号处理电路、电源电路等。
二、控制器关键功能分析
控制器功能:
1、改变电机速度
即调速功能,检测车把电压,根据车把设定速度来进行速度设定。
同时检测霍尔传感器计数值,作为当前速度,通过PID调节来计算应该输出的PWM波。
2、刹车功能
检测刹车信号,当刹车有效时,将速度设定值强制变为零,输出PWM也变为零。
3、有防过压、过流检测电路
检测电源电压,低压报警,防止损伤电池;
检测电源电流,当电流过大时适当降速,限制电流在合理区间,防止烧坏电机、电源。
4、显示电池电压、车速、里程数
将车子的速度用数码管显示在仪表盘上,将电池电压通过发光二极管显示在仪表盘上。
5、防盗
当车子锁上时,车轮子有转动则报警。
6、照明灯控制开关、转向灯控制开关
可以采用双刀双掷开关,一个可控制强电信号,另一个给单片机进行检测。
第四章控制器设计
控制器是电动自行车的核心,要实现的功能有:
1、可以改变电机速度
2、可以刹车
控制器不仅要具有所有功能并且引出相关信号线,而且要有合适的外观尺寸,并且可以对内部电路进行保护。
一、硬件设计
1、电机驱动电路设计
由V1~V6六只功率管构成的驱动全桥可以控制绕组的通电状态。
按照功率管的通电方式,可以分为两两导通和三三导通两种控制方式。
由于两两导通方式提供了更大的电磁转矩而被广泛采用。
在两两导通方式下,每一瞬间有两个功率管导通,每隔1/6周期即60°
电角度换相一次,每只功率管持续导通120°
电角度,对应每相绕组持续导通120°
,在此期间相电流方向保持不变。
为保证产生最大的电磁转矩,通常需要使绕组合成磁场与转子磁场保持垂直。
由于采用换相控制方式,其定子绕组产生的是跳变的磁场,使得该磁场与转子磁场的位置保持在60°
~120°
相对垂直的范围区间。
2、照明灯、转向灯、速度显示仪表
单片机检测到照明灯亮暗,转向灯亮暗及方向,将其显示在仪表盘上,灯的亮暗是通过三个发光二极管来显示的。
由于一般的发光二极管20mA的电流就可以驱动,因此可以用单片机I/O引脚直接驱动。
至于速度显示,可以通过数码管显示,数码管可以用三个,显示范围是0.0~99.9KM/h,可以用三极管控制选择端,每次选择一个数码管,进行给值,单片机输出的是四位信号,可以显示0~9的BCD码,通过数码管显示驱动芯片转换为数码管的7段码,则选中的数码管显示对应的数字,通过不断给数码管写值则可以达到看起来连续的效果。
或者要节省成本,其实速度显示可以仅显示档位,比如0~5km/h、5~10km/h、10~15km/h、15~20km/h、20~25km/h分为5档,每档对应一个发光二极管,当速度在对应的档位时,对应的发光二极管亮,其他的不亮。
3、电池电压检测电路
检测电池电压需要对电池电压进行采样,采样电路的作用是强弱分离,对单片机引脚进行保护,同时对电池电压进行变换,变到适合单片机A/D引脚采样的范围。
采样电路可以先用电容进行滤波,然后接上一个输入电阻很大的变换电路,可以通过741等放大器实现,然后对比较后的电压进行电阻分压转换,转换到0~3.3V,适合单片机采样。
4、电机电流检测、电池电流检测、漏电检测
在待检测的电路中串入阻值很小的电阻(注意大电流电路中电阻必须要有较大的功率),然后对电阻两侧的电压取样,经过后级差值比较电路得出压差。
差值转换可以采用741,然后在进行放大缩小变化,转换成0~3.3V的范围,可以接入单片机A/D引脚进行电压检测,然后除以电阻及变比等即可得到对应线路的电流。
通过和每个线路设定电流阈值及车状态检测,即可得到是否过流、是否漏电等信息。
5、报警电路
单片机通过I/O引脚输出报警信号开关,然后通过三极管驱动蜂鸣喇叭来提示是否有紧急情况。
通过不同频率的信号分辨不同的报警信息。
6、防盗电路
防盗检测其实是检测轮子是否转动来实现的,即利用霍尔器件检测速度,若速度大于某个去掉干扰后的阈值就认为有被盗的可能,就驱动蜂鸣喇叭报警。
二、软件设计
1、软件流程图设计
程序流程图1,主要流程图,包括初始化、主循环。
程序流程图2,速度调整程序流程图
程序流程图3,显示子函数程序流程图
程序流程图4,速度调控流程图
程序流程图5,安全检测程序流程图
2、软件功能设计
速度PID设计:
1)可以采用增量式PID,在不同电压、不同速度下比例积分微分系数有所不同;
2)带刹车检测,刹车时将设定速度设为0,电机PWM输出为零;
3)超速限制,当速度超过20Km/h时,进行适当减速,限制在20Km/h以下;
4)起步限速,开始时速度慢慢上升,防止突然启动。
安全检测设计:
1)检测电压电流,当电压较低时报警,以免损坏电池;
2)电流检测,防止超过限制电流烧坏电机、电源或者电线,当电流大于最大电流时,减速是电流在最大电流值以下附近一个区间内波动;
3)上电检测,当电机未开动时,若有较大电流则可能漏电进行报警;
4)当车钥匙拔出来,并且开启报警功能后,若车轮子光码盘有读数说明车子可能被盗,要进行报警。
显示设计:
1)速度显示设计,用三段数码管显示速度的十位、个位和小数位,采用共阴极数码管,LM373锁存数字,三个IO口选通数码管,一次显示一位,每个循环周期控制一次;
2)照明灯显示,主控电路用开关实现,单片机仅检测开关是否开启,并用一个IO口来控制三极管电路驱动发光二极管来显示是否开启照明灯,左右的转向灯采用相同的设计;
3)电源电压显示,将检测到的电压用多个发光二极管显示,亮的越多电压越高,当电压低于报警电压时,所有二极管熄灭,驱动电路采用三极管驱动,每个循环周期进行一次显示。