新豪庭電動車設(shè)計(jì)方案

1、武漢卓銳精誠商貿(mào)有限公司 新豪庭電動自行車方案 2015/2/5目錄第一章 概述 - 3第二章 系統(tǒng)需求分析- 4第三章 控制器分析 - 6一、電動車控制器框圖 - 6二、控制器關(guān)鍵功能分析 - 7第四章 控制器設(shè)計(jì)- 9一、硬件設(shè)計(jì) - 9二、軟件設(shè)計(jì) - 12第一章 概述 近年來，隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)發(fā)展日益深刻，人民生活水平日漸提高，出行交通工具也發(fā)生前所未有的變化。老百姓出行不僅考慮快捷、方便，還追求時(shí)尚環(huán)保，因此近年來電動自動自行車日益受老百姓喜愛。作為電動自行車，其核心控制器則是電動自行車的關(guān)鍵，控制的好壞決定車子的平穩(wěn)、安全、舒適，因此一個(gè)功能全面、可靠性強(qiáng)、符合要求的控制器決定了

2、電動自行車的質(zhì)量。為了使得電動自行車有良好的體驗(yàn)和可靠的質(zhì)量保證，因此本文介紹一種控制器的設(shè)計(jì)方案。第二章 系統(tǒng)需求分析1、具有安全檢測功能，檢測電池電壓，電流 需要檢測電池中電流，電池電流不能過大，防止損傷電池；需要檢查電機(jī)中的電流，并且識別是否是電機(jī)堵轉(zhuǎn)還是車子上坡或者負(fù)載過大，并且限制電機(jī)電流17A以下，在1517A間切換，防止大電流長時(shí)間燒壞電機(jī)；檢測電池電壓，電池電壓大于電機(jī)額定電壓120%時(shí)，發(fā)出報(bào)警鈴聲，提醒電壓過大，不能驅(qū)動電機(jī)；2、顯示速度和里程數(shù) 利用三位數(shù)碼管顯示里程數(shù)，范圍0999Km，保證每分鐘更新一次； 用5個(gè)發(fā)光二極管顯示速度，表示5個(gè)檔位，每個(gè)檔位間隔速度為10

3、Km/h，即表示的速度為10Km/h、20Km/h、30Km/h、40Km/h、50Km/h，速度在哪個(gè)檔位，對應(yīng)發(fā)光二極管閃亮。3、具有轉(zhuǎn)向燈控制電路 當(dāng)打開轉(zhuǎn)向燈開關(guān)時(shí)，對應(yīng)的轉(zhuǎn)向燈每隔0.5秒閃一次，每次持續(xù)0.5秒4、照明燈控制電路 當(dāng)打開照明燈時(shí)，在儀表盤上顯示照明打開，用一個(gè)發(fā)光二極管。5、具有報(bào)警功能 當(dāng)鑰匙開關(guān)不再車上時(shí)，若輪子速度有變化，即發(fā)出報(bào)警聲音。第三章 系統(tǒng)分析一、電動車控制器框圖上圖是整車的控制系統(tǒng)框圖，主要有電源、電機(jī)、控制器等，其中控制器位于核心地位，是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，也是負(fù)責(zé)組織各個(gè)部分協(xié)調(diào)工作的中心。其具體的控制框圖如下圖所示：從圖中可以看出，控制器由單

4、片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成，包括輸入信號處理電路、輸出信號處理電路、電源電路等。二、控制器關(guān)鍵功能分析控制器功能：1、改變電機(jī)速度即調(diào)速功能，檢測車把電壓，根據(jù)車把設(shè)定速度來進(jìn)行速度設(shè)定。同時(shí)檢測霍爾傳感器計(jì)數(shù)值，作為當(dāng)前速度，通過PID調(diào)節(jié)來計(jì)算應(yīng)該輸出的PWM波。2、剎車功能檢測剎車信號，當(dāng)剎車有效時(shí)，將速度設(shè)定值強(qiáng)制變?yōu)榱?，輸出PWM也變?yōu)榱恪?、有防過壓、過流檢測電路檢測電源電壓，低壓報(bào)警，防止損傷電池；檢測電源電流，當(dāng)電流過大時(shí)適當(dāng)降速，限制電流在合理區(qū)間，防止燒壞電機(jī)、電源。4、顯示電池電壓、車速、里程數(shù)將車子的速度用數(shù)碼管顯示在儀表盤上，將電池電壓通過發(fā)光二極管顯示在儀表盤上。5、防盜

5、當(dāng)車子鎖上時(shí)，車輪子有轉(zhuǎn)動則報(bào)警。6、照明燈控制開關(guān)、轉(zhuǎn)向燈控制開關(guān)可以采用雙刀雙擲開關(guān)，一個(gè)可控制強(qiáng)電信號，另一個(gè)給單片機(jī)進(jìn)行檢測。第四章 控制器設(shè)計(jì)控制器是電動自行車的核心，要實(shí)現(xiàn)的功能有：1、可以改變電機(jī)速度2、可以剎車3、有防過壓、過流檢測電路4、顯示電池電壓、車速、里程數(shù)5、防盜控制器不僅要具有所有功能并且引出相關(guān)信號線，而且要有合適的外觀尺寸，并且可以對內(nèi)部電路進(jìn)行保護(hù)。一、硬件設(shè)計(jì)1、電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)由V1V6六只功率管構(gòu)成的驅(qū)動全橋可以控制繞組的通電狀態(tài)。按照功率管的通電方式，可以分為兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通兩種控制方式。由于兩兩導(dǎo)通方式提 供了更大的電磁轉(zhuǎn)矩而被廣泛采用。在兩兩導(dǎo)通

6、方式下，每一瞬間有兩個(gè)功率管導(dǎo)通，每隔16周期即60電角度換相一次，每只功率管持續(xù)導(dǎo)通 120電角度，對應(yīng)每相繞組持續(xù)導(dǎo)通120，在此期間相電流方向保持不變。為保證產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，通常需要使繞組合成磁場與轉(zhuǎn)子 磁場保持垂直。由于采用換相控制方式，其定子繞組產(chǎn)生的是跳變的磁場，使得該磁場與轉(zhuǎn)子磁場的位置保持在60120相對垂直的范圍 區(qū)間。2、照明燈、轉(zhuǎn)向燈、速度顯示儀表單片機(jī)檢測到照明燈亮暗，轉(zhuǎn)向燈亮暗及方向，將其顯示在儀表盤上，燈的亮暗是通過三個(gè)發(fā)光二極管來顯示的。由于一般的發(fā)光二極管20mA的電流就可以驅(qū)動，因此可以用單片機(jī)I/O引腳直接驅(qū)動。至于速度顯示，可以通過數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管可

7、以用三個(gè)，顯示范圍是0.0 99.9KM/h，可以用三極管控制選擇端，每次選擇一個(gè)數(shù)碼管，進(jìn)行給值，單片機(jī)輸出的是四位信號，可以顯示09的BCD碼，通過數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的7段碼，則選中的數(shù)碼管顯示對應(yīng)的數(shù)字，通過不斷給數(shù)碼管寫值則可以達(dá)到看起來連續(xù)的效果?；蛘咭?jié)省成本，其實(shí)速度顯示可以僅顯示檔位，比如05km/h、510km/h、1015km/h、1520km/h、2025km/h 分為5檔，每檔對應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)速度在對應(yīng)的檔位時(shí)，對應(yīng)的發(fā)光二極管亮，其他的不亮。3、電池電壓檢測電路 檢測電池電壓需要對電池電壓進(jìn)行采樣，采樣電路的作用是強(qiáng)弱分離，對單片機(jī)引腳進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)

8、對電池電壓進(jìn)行變換，變到適合單片機(jī)A/D引腳采樣的范圍。采樣電路可以先用電容進(jìn)行濾波，然后接上一個(gè)輸入電阻很大的變換電路，可以通過741等放大器實(shí)現(xiàn)，然后對比較后的電壓進(jìn)行電阻分壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到03.3V，適合單片機(jī)采樣。4、電機(jī)電流檢測、電池電流檢測、漏電檢測在待檢測的電路中串入阻值很小的電阻（注意大電流電路中電阻必須要有較大的功率），然后對電阻兩側(cè)的電壓取樣，經(jīng)過后級差值比較電路得出壓差。差值轉(zhuǎn)換可以采用741，然后在進(jìn)行放大縮小變化，轉(zhuǎn)換成03.3V的范圍，可以接入單片機(jī)A/D引腳進(jìn)行電壓檢測，然后除以電阻及變比等即可得到對應(yīng)線路的電流。通過和每個(gè)線路設(shè)定電流閾值及車狀態(tài)檢測，即可得到是否

9、過流、是否漏電等信息。5、報(bào)警電路單片機(jī)通過I/O引腳輸出報(bào)警信號開關(guān)，然后通過三極管驅(qū)動蜂鳴喇叭來提示是否有緊急情況。通過不同頻率的信號分辨不同的報(bào)警信息。6、防盜電路防盜檢測其實(shí)是檢測輪子是否轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)的，即利用霍爾器件檢測速度，若速度大于某個(gè)去掉干擾后的閾值就認(rèn)為有被盜的可能，就驅(qū)動蜂鳴喇叭報(bào)警。二、軟件設(shè)計(jì)1、軟件流程圖設(shè)計(jì)程序流程圖 1，主要流程圖，包括初始化、主循環(huán)。 程序流程圖 2，速度調(diào)整程序流程圖程序流程圖 3，顯示子函數(shù)程序流程圖 程序流程圖 4，速度調(diào)控流程圖程序流程圖 5，安全檢測程序流程圖2、軟件功能設(shè)計(jì)速度PID設(shè)計(jì)：1）可以采用增量式PID，在不同電壓、不同速度下

10、比例積分微分系數(shù)有所不同；2）帶剎車檢測，剎車時(shí)將設(shè)定速度設(shè)為0，電機(jī)PWM輸出為零；3）超速限制，當(dāng)速度超過20Km/h時(shí)，進(jìn)行適當(dāng)減速，限制在20Km/h以下；4）起步限速，開始時(shí)速度慢慢上升，防止突然啟動。安全檢測設(shè)計(jì)：1）檢測電壓電流，當(dāng)電壓較低時(shí)報(bào)警，以免損壞電池；2）電流檢測，防止超過限制電流燒壞電機(jī)、電源或者電線，當(dāng)電流大于最大電流時(shí)，減速是電流在最大電流值以下附近一個(gè)區(qū)間內(nèi)波動；3）上電檢測，當(dāng)電機(jī)未開動時(shí)，若有較大電流則可能漏電進(jìn)行報(bào)警；4）當(dāng)車鑰匙拔出來，并且開啟報(bào)警功能后，若車輪子光碼盤有讀數(shù)說明車子可能被盜，要進(jìn)行報(bào)警。顯示設(shè)計(jì)：1）速度顯示設(shè)計(jì)，用三段數(shù)碼管顯示速度的十位、個(gè)位和小數(shù)位，采用共陰極數(shù)碼管，LM373鎖存數(shù)字，三個(gè)IO口選通數(shù)碼管，一次顯示一位，每個(gè)循環(huán)周期控制一次；