电动车控制器设计方案.doc

电动自行车控制器方案

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目录
第一章 概述 -------------------------------------------- 3

第二章 系统需求分析 -------------------------------------- 4

第三章 控制器分析 ---------------------------------------- 6

一、电动车控制器框图 ------------------------------------- 6

二、控制器关键功能分析 ------------------------------------ 7

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，伴随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、以便，还追求时尚环境保护，因此近年来电动自动自行车日益受老百姓爱慕。作为电动自行车，其关键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，因此一种功能全面、可靠性强、符合规定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，因此本文简介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，并且识别与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如下，在15～17A间切换，防止大电流长时间烧坏电机；
检测电池电压，电池电压不小于电机额定电压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
运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，表达5个档位，每个档位间隔速度为10Km/h，即表达的速度为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，用一种发光二极管。

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，重要有电源、电机、控制器等，其中控制器位于关键地位，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。其详细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、变化电机速度
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。同步检测霍尔传感器计数值，作为目前速度，通过PID调整来计算应当输出的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，当电流过大时合适降速，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，一种可控制强电信号，另一种给单片机进行检测。

第四章 控制器设计

控制器是电动自行车的关键，要实现的功能有：
1、可以变化电机速度
2、可以刹车
3、有防过压、过流检测电路
4、显示电池电压、车速、里程数
5、防盗
控制器不仅要具有所有功能并且引出有关信号线，并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，一般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，每次选择一种数码管，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，通过不停给数码管写值则可以到达看起来持续的效果。

或者要节省成本，其实速度显示可以仅显示档位，例如0～5km/h、5～10km/h、10～15km/h、15～20km/h、20～25km/h 分为5档，每档对应一种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，同步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，然后接上一种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，通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，即可得到与否过流、与否漏电等信息。

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醒与否有紧急状况。通过不一样频率的信号辨别不一样的报警信息。

6、防盗电路
防盗检测其实是检测轮子与否转动来实现的，即运用霍尔器件检测速度，若速度不小于某个去掉干扰后的阈值就认为有被盗的也许，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，重要流程图，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，在不一样电压、不一样速度下比例积分微分系数有所不一样；
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，进行合适减速，限制在20Km/h如下；
4）起步限速，开始时速度慢慢上升，防止忽然启动。

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，当电流不小于最大电流时，减速是电流在最大电流值如下附近一种区间内波动；
3）上电检测，当电机未开动时，若有较大电流则也许漏电进行报警；
4）当车钥匙拔出来，并且启动报警功能后，若车轮子光码盘有读数阐明车子也许被盗，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，单片机仅检测开关与否启动，并用一种IO口来控制三极管电路驱动发光二极管来显示与否启动照明灯，左右的转向灯采用相似的设计；
3）电源电压显示，将检测到的电压用多种发光二极管显示，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。