如题所述
第1个回答 2013-08-30
电动自行车工作原理
电动自行车是具有电力驱动、脚踏驱动、电力和脚踏并用等功效的绿色环保交通工具。电动自行车的原理和结构都不复杂,可以认为是在自行车的基础上加一套电机驱动机构组成(见图 1-1)。蓄电池经过一个控制器给一个电机送电,电机放在后车轮中,电机的旋转带动自行车的行进。电动自行车的控制器连接一个调速手柄,在脚踏中轴上装有助力传感器,转动调速手柄可以让控制器检测到不同的电压值,控制器根据电压值大小,模拟调节输送给电机电压的高低,从而控制了电机的转速。
控制器无刷电机控制的方法是根据电机的位置反馈信号,控制电机三相驱动上下臂MOS管的导通和截止,从而实现电子换向。如下图所示,电机为三角形连接,三相驱动上下臂各MOS管导通顺序组合为:V1-V2,V2-V3, V3-V4,V5-V4,V5-V6,V1-V6。
2 系统方框图
电动自行车采用SPMC65P2404A作为主控MCU。MCU主要任务是进行调速电压检测,电池电压检测,电流检测,过流中断检测,3路霍尔位置信号检测,1路霍尔位置信号中断检测,刹车信号检测,1:1助力检测,温度检测,故障显示输出,PWM控制电机转速输出,6路电机驱动输出,
3 控制器电气规格
★型式 :直流无刷 ★额定功率:240W
★额定电压:36V ★额定转速:210R/MIN
★额定扭矩:8.5N.M ★欠压保护:31.5 ± 0.5V
★过流保护:15 ± 1A
4 控制器功能介绍
★1:1助力; ★刹车断电,刹车灯供电;
★自动巡航; ★欠压保护( 31.5V ± 0.5 );
★电子刹车; ★休眠省电功能。
★过流保护(限流为 15A ± 1 );
★堵转断流(倒转,转把复位,重电源,自动复位);
4.1 1:1助力
1:1助力,是指在没有旋转调速车把,电动车电池打开时,电动车会根据骑行者的骑行速度提供1:1助力。
4.2 电子刹车
电子刹车,就是指在刹车时能做到让电机的驱动MOS管上臂(或者下臂)全部导通而下臂(或者上臂)截止,电机三相接线全部短接,能使电机产生阻力,达到刹车的效果。
4.3 自动巡航
自动巡航,是指把调速车把转到所需的角度,电动自行车达到相应车速后,在5S(时间可变)内调速车把不转动,则电动自行车就保持在这个速度行驶,这时骑行者可以松开调速车把,免去手一直拧着调速车把之累。自动巡航后只有松开调速车把,并重新旋转调速车把,才可以再次调节电动自行车的行驶速度。
4.4 堵转断流
堵转断流,是指电动自行车超载时,或是在爬坡时电流过大或者是阻力过大时,导致电机停止转动,系统能检测到这种现象,停止对电机的输出,起到保护作用。发生堵转断流后,只要满足倒转,复位调速车把或电源关闭后再重新打开,三个条件中的一个,系统会重新检测是否有堵转,如果恢复正常,系统会重新正 常工作。
4.5 智能过流保护
智能过流保护,一是指在高速时(平坦的道路上),最大电流不可以超过15A;二是速度很低时,尤其是在爬坡时电流不可以超过23A,过流保护的参考极限电流跟当前车速有关。
4.6 智能欠压保护
智能欠压保护,当蓄电池电压降至额定值的90%,36V电池降为31.5V时,电池自动停止供电,从而防止蓄电池放电过深,受到损害。系统会自动检测电池是否欠压,欠压会停止继续工作。在电池欠压停止工作时,会出现电池电压短时间回升,虽然超过欠压的电压值,但系统应不工作,只有当电池电压稳定 到额定电压以上,电动自行车才开始正常工作。
4.7 休眠省电
当系统在通电状态下,无任何操作,5分钟后会进入到休眠模式,人为转动车轮便可以唤醒系统,继续正常工作。
5 芯片特性简介
SPMC65P2404A是由凌阳公司设计开发的8位工业级单片机,采用凌阳SPMC65内核,支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及ADC、PWM、标准通讯接口SPI等多种功能。适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。SPMC65P2404A有20管脚和 28管脚两种封装。本设计选用28管脚封装,如图 6?1所示。28管脚封装芯片的具体特性如下:
◆ 工作电压:3.0V~5.5V
◆ 工作速度:8MHz
◆ 工作温度:-40℃~85 ℃
◆ 超强抗干扰、抗静电ESD保护能力
◆ 4K byte ROM,192 byte RAM
◆ 23个通用输入输出口
◆ 强大的定时计数器:2个8位、2个16位具有Capture\Compare\PWM功能
◆ 1个1KHz~62.5KHz的时基
◆ 8通道10位精度的ADC(带外部参考电压)
◆ 4个外部中断,12个内部中断
◆ SPI串行通讯接口
◆ 2种省电模式:Halt、Stop
◆ 蜂鸣器输出功能
◆ 4.0V/2.5V可选低电压复位功能
◆ 可编程看门狗功能
6 系统主流程设计
主程序主要采用时间槽轮循方式,每1MS走一个分支,共分四个分支,便于程序控制和功能增加。
7 结语
SPMC65系列芯片以优异的性能和丰富的资源适合于各个公控场合。本设计采用SPMC65P2404A做为主控芯片开发的电动自行车,真正做到低成本、高性能。
电动自行车是具有电力驱动、脚踏驱动、电力和脚踏并用等功效的绿色环保交通工具。电动自行车的原理和结构都不复杂,可以认为是在自行车的基础上加一套电机驱动机构组成(见图 1-1)。蓄电池经过一个控制器给一个电机送电,电机放在后车轮中,电机的旋转带动自行车的行进。电动自行车的控制器连接一个调速手柄,在脚踏中轴上装有助力传感器,转动调速手柄可以让控制器检测到不同的电压值,控制器根据电压值大小,模拟调节输送给电机电压的高低,从而控制了电机的转速。
控制器无刷电机控制的方法是根据电机的位置反馈信号,控制电机三相驱动上下臂MOS管的导通和截止,从而实现电子换向。如下图所示,电机为三角形连接,三相驱动上下臂各MOS管导通顺序组合为:V1-V2,V2-V3, V3-V4,V5-V4,V5-V6,V1-V6。
2 系统方框图
电动自行车采用SPMC65P2404A作为主控MCU。MCU主要任务是进行调速电压检测,电池电压检测,电流检测,过流中断检测,3路霍尔位置信号检测,1路霍尔位置信号中断检测,刹车信号检测,1:1助力检测,温度检测,故障显示输出,PWM控制电机转速输出,6路电机驱动输出,
3 控制器电气规格
★型式 :直流无刷 ★额定功率:240W
★额定电压:36V ★额定转速:210R/MIN
★额定扭矩:8.5N.M ★欠压保护:31.5 ± 0.5V
★过流保护:15 ± 1A
4 控制器功能介绍
★1:1助力; ★刹车断电,刹车灯供电;
★自动巡航; ★欠压保护( 31.5V ± 0.5 );
★电子刹车; ★休眠省电功能。
★过流保护(限流为 15A ± 1 );
★堵转断流(倒转,转把复位,重电源,自动复位);
4.1 1:1助力
1:1助力,是指在没有旋转调速车把,电动车电池打开时,电动车会根据骑行者的骑行速度提供1:1助力。
4.2 电子刹车
电子刹车,就是指在刹车时能做到让电机的驱动MOS管上臂(或者下臂)全部导通而下臂(或者上臂)截止,电机三相接线全部短接,能使电机产生阻力,达到刹车的效果。
4.3 自动巡航
自动巡航,是指把调速车把转到所需的角度,电动自行车达到相应车速后,在5S(时间可变)内调速车把不转动,则电动自行车就保持在这个速度行驶,这时骑行者可以松开调速车把,免去手一直拧着调速车把之累。自动巡航后只有松开调速车把,并重新旋转调速车把,才可以再次调节电动自行车的行驶速度。
4.4 堵转断流
堵转断流,是指电动自行车超载时,或是在爬坡时电流过大或者是阻力过大时,导致电机停止转动,系统能检测到这种现象,停止对电机的输出,起到保护作用。发生堵转断流后,只要满足倒转,复位调速车把或电源关闭后再重新打开,三个条件中的一个,系统会重新检测是否有堵转,如果恢复正常,系统会重新正 常工作。
4.5 智能过流保护
智能过流保护,一是指在高速时(平坦的道路上),最大电流不可以超过15A;二是速度很低时,尤其是在爬坡时电流不可以超过23A,过流保护的参考极限电流跟当前车速有关。
4.6 智能欠压保护
智能欠压保护,当蓄电池电压降至额定值的90%,36V电池降为31.5V时,电池自动停止供电,从而防止蓄电池放电过深,受到损害。系统会自动检测电池是否欠压,欠压会停止继续工作。在电池欠压停止工作时,会出现电池电压短时间回升,虽然超过欠压的电压值,但系统应不工作,只有当电池电压稳定 到额定电压以上,电动自行车才开始正常工作。
4.7 休眠省电
当系统在通电状态下,无任何操作,5分钟后会进入到休眠模式,人为转动车轮便可以唤醒系统,继续正常工作。
5 芯片特性简介
SPMC65P2404A是由凌阳公司设计开发的8位工业级单片机,采用凌阳SPMC65内核,支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及ADC、PWM、标准通讯接口SPI等多种功能。适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。SPMC65P2404A有20管脚和 28管脚两种封装。本设计选用28管脚封装,如图 6?1所示。28管脚封装芯片的具体特性如下:
◆ 工作电压:3.0V~5.5V
◆ 工作速度:8MHz
◆ 工作温度:-40℃~85 ℃
◆ 超强抗干扰、抗静电ESD保护能力
◆ 4K byte ROM,192 byte RAM
◆ 23个通用输入输出口
◆ 强大的定时计数器:2个8位、2个16位具有Capture\Compare\PWM功能
◆ 1个1KHz~62.5KHz的时基
◆ 8通道10位精度的ADC(带外部参考电压)
◆ 4个外部中断,12个内部中断
◆ SPI串行通讯接口
◆ 2种省电模式:Halt、Stop
◆ 蜂鸣器输出功能
◆ 4.0V/2.5V可选低电压复位功能
◆ 可编程看门狗功能
6 系统主流程设计
主程序主要采用时间槽轮循方式,每1MS走一个分支,共分四个分支,便于程序控制和功能增加。
7 结语
SPMC65系列芯片以优异的性能和丰富的资源适合于各个公控场合。本设计采用SPMC65P2404A做为主控芯片开发的电动自行车,真正做到低成本、高性能。