基于单片机的电动车控制器

基于单片机的电动车控制器一．设计要求1.显示：实时显示电瓶的电量；车速2.线性调速功能：要求采用传统的手把调速方式（通过线性霍尔传感器），此处对霍尔器件的电压处理要求利用压频转换来代替A/D转换。3.具备完善的保护功能：如过载保护、欠压保护、短路保护和防飞车等功能。电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。微型计算机的出现给人类生活带来了根本性的变化，使现代科学研究发生了质的飞跃，单片机技术的出现给现代生活带来了一次新的技术革命。本设计主要是设计一个由单片机控制的电动车控制器系统，操作者可通过系统的按钮控制电动车的旋转速度电量和里程。同时为了可以直观的看出电动车的运行状态，其旋转速度和当前电量可以在数码管上显示出来。2总体设计方案2.1设计思路根据电动车的工作原理可以知道，电动车控制器是通过霍尔速度转把采集信号，然后通过数模转换将信号传给单片机，利用单片机控制输出用改变功率管控制信号PWM的方法来控制电动车的转速，用霍尔元件A44E安装在车轮上，车轮每转一圈霍尔器件就会给单片机一个脉冲，单片机根据这个脉冲的频率来计算车速，另外为了保护电池当电池电压下降到一定程度的时候要有警示电路（用普通发光二极管警示）。并且要设计配套的刹车保护、欠压保护、过流保护等保护电路。2.1.2电动车电机的选用目前电动车电机普遍采用永磁直流电机。所谓永磁电机，是指电机线圈采用永磁体激磁，不采用线圈激磁的方式。这样就省去了激磁线圈工作时消耗的电能，提高了电机机电转换效率，这对使用车载有限能源的电动车来讲，可以降低行驶电流，延长续行里程。本设计也选用此永磁直流电机。2.1.3设计框图如下图1。图1总设计框图3设计原理分析3.1、硬件设计本设计的硬件电路主要包括最小系统、时速控制电路、显示电路、驱动电路四大部分组成。最小系统主要是为了使单片机正常工作；控制电路主要由开关和按键组成，由操作者根据相应的工作需求进行操作；显示电路主要是为了显示电机的工作状态和转速；驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。3.1.1、最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、复位电路、晶振电路。复位电路通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。常用的上电或开关复位电路图3所示。上电后，由于电容C1的充电作用，使RST持续一段时间的高电平，持续两个机器周期以上就将复位。单片机在运行当中时，按下复位键S1后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作晶振电路：8031单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。内部振荡方式的外部电路如图3示。其电容值一般在5-30pF。晶振频率的典型值为12MH2，采用6MHz的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟情号比较控制输入电路最小系统AT89C51单片机电机状态/转速显示电路电机驱动电路欠压保护刹车保护过流保护稳定，实用电路中使用较多。如图2.。图2复位及时钟振荡电路3.1.2时速控制电路ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，28引脚双列直插式封装，片内除A/D转换部分外还有许多模拟开关部分。其电源电压由于是COMS芯片，允许的电压较宽，可以是+5~+15V。控制电路由以98C51单片机和ADC0809为主组成的电路，控制信号从ADC0809的12管脚（REF）进入，通过ADC0809进行数模转换，将转换成的模拟信号传给单片机由P2进入。再有单片机根据采集的数字量的大小进行，来控制P3.7输出脉冲的占空比进而控制驱动电路功率管的开通与关闭。这样通过改变PWM的方法来控制功率管输出功率进而控制电动机的运行速度，从而进一步控制电动车进行加速或者减速。电路如图3。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:16-Mar-2010SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\xiaofei\BackupofBackupofwangzheng.DDBDrawnBy:IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U2ADC0809R225VEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U18051图3控制电路3.1.3驱动电路C230PFC330PFC122uR21KR1200S1Y16MHzRST9XTAL218XTAL119GND20VCC40AT89C51VCC单片机从P3.7输出驱动信号经过OP07放大后，驱动Q1，Q2进而驱动永磁直流电动机进行工作。其中D7做为续流保护。具体电路如图4。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:16-Mar-2010SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\Administrator\桌面\xiaofei\BackupofBackupofwangzheng.DDBDrawnBy:A-+MG1R1310KR1410KR12200KR111KR151KQ12N222AQ22N222AD7+15-15C51UF32674RA132674RA2TL331p3.7图4驱动电路3.1.4过流、欠压保护电路电动车在爬坡、顶风等情况下均会产生大电流,影响电机及蓄电池的使用.另外,蓄电池电量下降到某一值(如80%)时,不可继续使用,否则会对蓄电池造成不可恢复的损害,所以有必要对过流、欠压进行设定保护.同时,考虑到蓄电池如果有较大电流放电,即使电量较多,电压也会下降到低点(如欠压设定值),而这时,应认为工作正常,以充分发挥电池能力.具体电路如图6所示从主电路R上取来的电流反馈信号经滤波后送到放大器A3,Vo3=[1+R6/(R5+W1)]3Vi3.如果Vo3V4,则Vo5为“1”,端10得到高电平,关闭PWM输出,实现大电流保护.其设定值可由W1或V4调节.另一方面,蓄电池电压U分压后与Vo3共同作用于A4反相端,组成“或非”功能电路.只有两个信号均为“低”(U下降到欠压设定值,电流不大于额定值)时,Vo4为“1”,关闭PWM输出,实现欠压保护.只要两个输入信号中有一个是“高”(U不小于欠压设定值,或电流较大),Vo4为”0”.电路正常可控.本电路为暂态保护,如需对保护时间进行设定,则可对控制信号进行延时保存,直至形成需人工复位的“死保护”.如图5。P1.1CR?R9R5R10R7R6R11R12R3R5R5D5D65423124A5423125A5423123AD3D4W2W1C?电流反馈信号Vo4Vo3图5过流，欠压保护电路3.1.5刹车保护刹车时,为避免大电流对控制器、电机、蓄电池的冲击,要求在刹车瞬间即刻关闭PWM输出.如图6。R1R13D7k5C1VCCP1.0刹车开关图6刹车保护3.1.6显示电路四个LED显示电池电量，当电池电压不足时四个LED全亮。两个数码管显示电动车的时速，范围0~99千米每小时。电路如下图7。D3D2D1A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9CI174LS164A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9CI274LS164abfcgdeDPYdp97641038abcdefg1dp52LEDBabfcgdeDPYdp97641038abcdefg1dp52LEDA5vD23D22D21D24R110KR210R310R410图7显示电路TB2D23D22D21D24A-+MG1R1S1R8R5R9R2R6R10D5D6D4C4R13R14R12R11R15Q1Q2D7+15-15R21C3R3R4IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U2R225VC31C2C1D3D2D1123J1R7C5EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1F1A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9CI1A1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713CLK8MR9CI232674RA132674RA232674RA3abfcgdeDPYdp97641038abcdefg1dp52LEDBabfcgdeDPYdp97641038abcdefg1dp52LEDA图10总图