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。

控制输入电路

电机 驱动电路

AT89C51

欠压保护 单片机

最小系统

电机状态/转速显示电路

车

图1总设计框图

刹保护过流保护 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

稳定，实用电路中使用较多。如图2.。 2VCCS1R1VCC2009AT89C51RST40C122uC218Y1R21K30PFC36MHz192030PFXTAL2XTAL1GND 345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。 U1123456781312151431191891716P10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR80519610RXDTXDALE/PPSEN10113029P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P273938373635343332U22122232425262728212019188151417725242322msb2-12-22-32-42-52-62-7lsb2-8EOCIN-5ADD-AADD-BADD-CALEENABLESTARTCLOCKADC0809ref(-)ref(+)16125VIN-6IN-7IN-0IN-1IN-2IN-3IN-426272812345R22 Title图3 控制电路 3.1.3驱动电路 SizeBDate:File:2345Number16-Mar-2010C:\\Documents and Settings\\Administrator\\桌面\\x

3 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456进行工作。其中D7做为续流保护。具体电路如图4。 D+15p3.7MG1+D7A-R1410KR11Q12N222A7RA23R1310KC51UF362TL33141KR12200K6RA12Q22N222A1K4R157-15 图4驱动电路 C3.1.4 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) ] 3 Vi3 . 如果Vo3> V4 ,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。 R5A12BD524A345R9Vo3D3TitleW2SizeBNumberRevisionDate:File:5123P1.1C D4R?4R616-Mar-20105A45R7Sheet of C:\\Documents and Settings\\Administrator\\桌面\\xiaofei\\BackupDrawn By: of Backup of wangzheng.DDBR102R5R5C?W1 R36D623A45R11R12Vo4电流反馈信号123 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。

3

D7P1.0R1R13k5刹车开关VCCC1

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。

5vCI112ABQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213679105421LEDADPYaabcfbgdeecdfdpgdpD13R410R310R210R110KD218D289CLKMRD2274LS16412ABCI289CLKMRQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213679105421DPYaabcfbgdeecdfdpgLEDBdp3D3D23D24874LS164 图7显示电路

321632AR11774R154

R4R3R2R1D21D22U1C4R5U2IN-0IN-1IN-2IN-37IN-4EOCIN-5252423229610ADD-AADD-BADD-CALEIN-6IN-726272812345D23D24R22C3R6R71312INT1INT0T1T0EA/VPX1X2RESETRDWR151412345678P10P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P073938373635343332D5D431J1C3191716RXDTXDALE/PPSEN1011302919184P20P21P22P23P24P25P26P272122232425262728212019188151417msb2-12-22-32-42-52-62-7lsb2-8R87RA3C2R10D6C1

S1 ref(-)ref(+)16ENABLESTARTCLOCK125VCI112LEDAAB3D189R9F1+15R21TB2R14RA23629812CLKMRQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213679105421DPYaabcfbgdeecdfdpgdp8D2MG1D73+AB3CI2CLKMRD3LEDB8-Q1R126R13C5Q2RA12Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213679105421DPYaabcfbgdeecdfdpgdp-15图10总图

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