【《电动车无刷直流电机控制方案的硬件和软件设计案例》5400字】

电动车无刷直流电机控制方案的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u18461电动车无刷直流电机控制方案的硬件和软件设计案例 11298第1章硬件电路设计 1180061.1主控芯片 2187721.1.1PSOC的介绍 277891.1.2PSOC与传统单片机系统设计方案的比较 3116731.1.3CY8C24533芯片介绍 468101.1.4无刷直流电机控制系统整体框图 5292391.2无刷直流电机硬件电路设计 612681.2.1无刷直流电机电源电路的设计 6244971.2.2开关电源设计 6142231.2.3MOSFET电路设计 7217321.2.4PCB布局及信号抗干扰分析 813961第2章软件设计 9111082.1系统实现功能介绍 9274922.2程序整体设计思想 9194232.3主程序流程图 1052252.4中断程序 11231752.5各个功能子模块框图 12第1章硬件电路设计对于整个系统来说，最重要的是准确、精准的对外界环境变化的数据信息进行采集，而这部分功能主要是通过硬件部分来实现的，因对于完备的工作系统来说，硬件部分是整个装置的基石，对于后端的数据采集影响巨大，如果前端采集不准确，那么后端的数据处理也没有任何意义。那么，对于本研究的硬件部分，其设计难点主要在于功率管的防故障设置。这对于主要控制组件的要求也有所提高，在满足所需功能的前提下，要选择成本最低的组件。1.1主控芯片1.1.1PSOC的介绍POSC属于主要控制组件类型中的一种，它的技术功能水平在单片机的崛起过程中一起进步，半导体制作技术的进步和EDA手段逐渐完善。这些因素导致该行业能够制造出空间占用少，工作时间延长。此外，在电动车领域中对其提出了额外的功能需要，因为电动车本身的市场供应人员为低收入人群，因此其价格不能过高，这就要求类似主要控制组件等部分的成本很少。综上所述，PSOC产出并广泛投放于电动车领域中，该功能组件中含有许多性能，并且具有很多外部扩展电路接口，能够结合其他的功能组件联合完成相应的控制指令，其内部结构如图3-1所示。图3-1PSOC内部结构图PSOC的扩展连接接口与其中的控制单元将PSOC的扩展连接接口和里面的主要控制组件组装为一个整体。PSOC外部连接接口的启动性能非常好，一共存在八个方式。其对于外部连接装置的要求非常低，增加了它的可移植性。PSOC的信号输入输出组件包含信息传输组件。对于其内部的组成模块的具体选择如下及图3-2所示：6个时间设置组件；6个时间计算组件；6个信号更改组件；LED组件；5个信息输出组件；LCD组件。图3-2PSOC组成组件图1.1.2PSOC与传统单片机系统设计方案的比较该研究中采取PSOC是主要控制组件，由于它比老式的功能控制组件优越很多，其里面包括很多能够选取信息的组件，可以迅速由基础设置变换为高级设置，能够减少使用者的时间和精力。基于此，操作者能够将其与其他任何组件进行连接，以实现所需的功能。其中，该装置还具备非静态参数设定性质，该装置在开发过程中能够对外部组件进行选取，极大的减小了研究周期、提供了极大的便利。此外，对于该装置的软件部分，能够在开启状态下对其中的核心参数的数值进行设置，从而构成额外功能的组件。上述具备额外功能的组件能够在任意位置发挥作用。该装置特有的非静态参数设定性质使得其开发方式没有丝毫的复杂。能够最大程度的减少外部连接组件的设置。因为该装置的两种开发环境中包含了很多基础的启动方式，因此对该系统进行功能编写时，操作者能够将经历放在使用层面的研究，很大程度的减小了研究周期。由于该组件中包含许多数据信息处理组件，当它研发电路板的过程中，处于一样的条件中，其可以降低外部组件的连接，同时减小PCB半的占用空间。本研究采取STM89S51和用PSOC作为装置主要控制组件，其实物图如图3-3所示。图3-3STM89S51与PSOC组件对比实物图1.1.3CY8C24533芯片介绍该控制组件为应用在电机方面的组件，它内部由很多命令电机运行状态的组件，它的运行状态频率为38MHz。其计数能力很好，含有6*6的数据计算组件。其内部有两个时间输出装置，其中包括38MHz核心时间输出装置及26KHz的信息输出次数控制装置。上等数据信息输出装置能够当成主要控制组件时间，且能够使用数据信息发射次数分开或增加输出次数的主控组件的时间，此外通过上述作用过程，它能够对其中的部分组件给予动力。通过第二种工作方式时，核心时间输出装置能够发出32MHz的时间。38KHz的数据信息，此外，该组件中存在防止低电压的维稳扎UN整个hi，在组件处于运行状态下瞬间发生电压值改变的情况下能够将信息顺利的放置至装置的单元内，且对CPU的正常运行提供了保障。这个装置有能够随便改变的电压监察区间，同时在电压不在区间内该装置能够自动停止运行来保护电路。综上所述，选取此种启动方法，能够在PWM波的每次循环的设置时间启动模数数据信息输入装置获取电流信息，次过程可以快速准确的受到信息。信息的获取为该装置的核心问题，依托于装置获取的信息能够来分辨，并对装置的运行状态监测，当运行状态有问题出现时，能够使用PWM的占空比变化及开启或关闭外部连接端口供电装置。由于前端数据信息的准确获取对于整个装置来说至关重要，且本研究选取的组件刚好能够满足该要求。该组件的结构图及数据信息传输图分别如图3-4及3-5所示。图3-4主要控制组件结构图图3-5数据信息传输图1.1.4无刷直流电机控制系统整体框图该系统中主要有数据信息获取和其他性质的组件。该装置的电源给予组件能够区别成两部分，分别为强电流及弱电流部分，其中强电流电路的功能时为功率管组件做电源供应，弱电流电路的功能为开启电路及其他外部连接部分做电源供应，进入开启部分的电压为20V，其余为3V电压。其整体框图如图3-6所示。图3-6整体框图1.2无刷直流电机硬件电路设计1.2.1无刷直流电机电源电路的设计该研究选取36V的直流能量来为装置给予能源。然而对于电动车等实用性要求较高的领域来说，它的运行输出电压在34-48V左右进行更改。该装置中的能源给予包括三个。其一，消耗能量巨大的的功率开关电路，能源输入到实际运行需要用到的功率管中，来让电机正常运行。其二，开启组件的功率管，它要求存在电压差是20V的电压控制其运行过程中的启动和关闭。其三，核心组件与其外部扩展组件连接电路。由于该装置要求差异较大的组件为所有的组件提供能源。1.2.2开关电源设计由于该研究要求将电压由大调整到小，因此采取了减压型开关能量给予装置。这个装置包括T开关管，二极管，电感及电容等四个组成部分。其电路结构如图3-7及3-8所示。其中在不考虑其他外部干扰时，他们能够视为电路开启中断装置。在AR1连接，AR2中断的状态下，能量供给装置为电感供能并为整个电路中的其他组件给予能量，上述状态下电路中的电流也随之变大。与之相反，在AR1中断，AR2连接的状态下，其中电感持续传送电流使得电路中的电流持续变大。此外整个电路的电压维持不变。图3-7连接情况结构图3-8中断情况结构1.2.3MOSFET电路设计基于功率管的防治是针对减小浪涌电流对电路造成的干扰，它出现是由于电路在刚刚启动的时候进入到各个组件中的电流值突然间变大，当其值超过组件能够承受的最大值时，就容易造成组件损坏。出现该现象的原因是电感对突然流过其的电流会发生阻碍作用导致其发生巨大的变化。该组件停止运行的时候，电路中的电流马上通知，然而电感仍会继续工作，出现电流影响电路运行安全。因此，该研究为了避免出现此种状况，对电路进行了全新的处理，其结构如图3-9所示。图3-9电路结构图1.2.4PCB布局及信号抗干扰分析由于该装置中含有能量消耗高的组件，因此对于构建电路板和数据分析部分应观察电磁干扰的影响，另外因为运行状态下电压很大，能量消耗很大，在该组件的表面及内部可能出现温度急剧上升的情况，因此在设计过程中应安装风扇来降低其温度。信号干扰于制作电路板过程中进行处理包括表征在PCB布局领域。对于这部分操作主要是要将各个组件都用绝缘材料包裹起来，以防止他们之间的影响，来确保整个电路能够正常运行。能源给予组件与地线的安装空间方位和电流的方位相同，能够将不确定因素降到最低。第2章软件设计无刷电机控制系统主要对以下需要标准很严格，其一为稳定性，其二为实时性。这两中性质的标准好坏主要由系统的软件部分决定，因此本章将对软件部分进行详细阐述。2.1系统实现功能介绍该研究中所组件的装置能够实现很多特定的性质，例如电动车的开机，变化快慢，停车，危险状况监测，快慢监测等性能等，另外具备许多其他的优秀性能：1.欠压保护：由于该研究所涉及到的电动车的能源供应是铅蓄电池，当该装置的输出能量不能够达到其用电要求的情况下，可能减少该装置的使用时间。因此需要主要控制组件对供应能源进行实时的检测，在装置出现上述状况时可以随之变换PWM波的输出占比，来实现延长该装置使用时间的功能。2.限流保护：必须针对母线中的电流值实现调节以避免电流值超过电机所能承受的最大值，造成电机损坏。1.堵转保护：在电机因为环境中的影响因素导致其中断正在进行的工作的状况下，若此时电动车的移动情况较快，在装置电路内部能够出现反电动势，这种情况是所有组件都无法承受的，从而对装置中的各个组件产生负面影响。2.防飞车：因为存在异常情况导致电机运行超负荷，假如装置中存在防飞车就能够增加操作人员的安全保障。5.三挡选择：由于每个操作者在不同情况下对于速度的要求是不同的，因此，该装置设置有三个速度区间，可依据适合自己的速度进行实时调换。6.巡航模式：该功能可以在一定程度上解放操作者的双手，让操作者进行适当的放松休息、增强了系统的人性化。7速度显示2.2程序整体设计思想装置的整体研究包括装置的组件分区及功能分区，组件分区是将装置中要求具备的功能按照组件进行划分。并且这样做的另外一个好处为能够将性质类似的组件集中放置到相同区域内。按照上述操作就能够使开发者运用起来更加快捷、更加得心应手。特别的，对于程序编写过程中需要确定每个指令的释放时间，这就需要所有组件之间的功能具备协调性，释放应具备先后顺序。一次循环的时间要设置的恰到好处，既不能过多也不可过少，由于过少的循环周期能够让主控组件转变不同功能时占用很多时间。若其周期过多也会造成功能延后的情况，无法实现操作者想要的功能。因此，本研究选取RMS算法来对所有组件的运行周期进行设置来保证装置能够达到要求。2.3主程序流程图对于主程序来讲，首先需要让各个组件恢复到最初的状态来等待主要控制组件对其发送指令。各个组件的运行流程图如4-1所示。图4-1主程序流程图图4-1中显示了该装置中的所有组件首先安排他们在进入A/D时完成恢复到最原始状态。Slice是运行时间检测点，在它的值为1的条件下，即所有组件运行了一个周期后，接下来开始运行相关的子程序。该子程序由电动车的各项运动能力所组成。此外，对该过程来说，对于电路中各个元器件进行保护是十分必要的，将这部分安排在这里是为了减少装置运行的复杂程度并保障操作者的生命安全。2.4中断程序中断程序的功能为将各个组件所需执行的功能进行给予并分出时间顺序。该程序里面包括A/D数据信息采集，数据信息的类型转换及保存。PWM运行一次所需的时间是64us，运行暂时停止的时间为64us。其流程如图4-2所示。图4-2中断程序流程图要求特别的为各个部分之间的顺序安排极为重要。该部分正常工作的要求为，各个功能实现的实时性。在这种情况下假定某个功能执行起来过于耗时，是由于该功能过于繁琐。主要控制组件的运行功率是24MHz，所以运行某个程序的时间是0.25us。所以在PWM高低电平比例约等于100%的情况下，数据采集的准备耗时及另外的功能能够使用的剩余时间变得非常短。因此，要使功能在执行过程中能够平稳进行，将耗时很长的功能划为很多的部分来分别执行。2.5各个功能子模块框图（1）刹车模块框图刹车部分的工作原理为监察电路中的控制组件有没有给予阻止输出或停电信息给出，在接收到这些信息后，系统将给到相应的执行模块来实现刹车功能。停止电源供应会使得PWM瞬间将其内部电平状态由1转换至0。上述操作能够将其浓缩到API函数，经过这步处理后，整个装置中凡是要将其内部电平状态进行变换都能够选取该函数，极大的节省了开发及运行时间。在PWM内部电平从1转换到0的情况下，假定此时受到制动数据信息。接下来，相应的触发机制被打通。刹车部分程序开始运行，由于刹车从开始到完全停下时需要一定时间的。这个时间如果太久的话，就有可能对装置中消耗功率较大的组件造成损坏。通常所说的电制动为控制组件将导通的接线对磁场进行反复切割，其作用的多少与其运动的快慢有直接的关系。对于让电路通知工作的做法有两种，