电动车控制器设计方案

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，因比近

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C

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。〜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

驱

驾驶员输

入信号动

电

检测系统

路

电源系统

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：

电源降爪模块灯管骤动电路

信号

控速盘电压信号转换

刹车信号电路

MOS驱

信号

转向灯、照明灯转换动电路

信号电路

信号电机电海输出电路

电机电路电流、

转换

机电压

电路

三极管驱动电路

电机俄尔信号

数码管显示电路

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。〜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。〜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PTD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、