一种应用在电动车上的数字速度_里程表方案

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　[新设备・新材料・新方法]

收稿日期:2006204220

作者简介:李　宪(1982-),男,河北衡水人,浙江大学电气工程学院硕士研究生,专业方向为电机与电器。一种应用在电动车上的数字速度 里程表方案

李　宪,陈敏祥

(浙江大学电气工程学院,浙江杭州　310027)

摘　要:电动自行车在城市交通中的应用越来越广泛,有着广阔的前景。本文介绍了一种应用在电动车上的速度 里程累积方法,利用电机换相信号测速和累计里程,并选用EEPR OM 器件来保存里程值。给出了基于A T 89C 2051芯片的数字速度 里程表的具体实现方案。通过实验验证,此方案可行,可考虑发展规模化生产。关　键　词:无刷直流电机;电动车;测速;里程

中图分类号:U 484 文献标志码:A 文章编号:100522895(2007)022*******

1　系统任务

近年来,电力电子技术的飞速发展带动了电机行

业新的革命。本文介绍了一种基于A T 89C 2051芯片的应用在电动车上的数字速度 里程表,主要适用于有位置传感器的无刷直流电机。

直流无刷电机,是一种应用范围很广的机电一体化设备,由电动机、转子位置检测器和驱动电路组成。其基本原理是用电子线路来取代直流电机的电刷和换向器。,转子传感器就发出一个信号,使线路中的一些电子元器件按预定的逻辑导通或关断,控制绕组线圈,或者使线圈中的电流改变方向,通过电子换向,使电机受到单一方向力矩而转动。数字里程表就是利用对电机换向信号的检测,掌握电机转子位置的信息,并据此算出电机转速,同时进行累计,通过电动车的轮径信息,得出速度、里程,显示在L CD 面板上。作为一款实用性产品的研究,电动车车载电池的电压信息也要同时显示,以便用户对电量情况的掌握。2　系统介绍

系统选用A T 89C 2051来处理所需的信号采样、速度测量、里程累积、送显示,以及数据的保存。如图1。

在实验系统里,L CD 采用1602A 进行显示,EEPROM 选用的是有I 2C 总线的BR 24C 01A 。按功能可分为测速及里程模块,A D 模块,显示模块和存储模块。

(1)测速及里程模块

传统的测速方法分为M 法,T 法以及M T 法

。由

图1　系统硬件框图

于电动车速度的变化范围一般不大,而单片机的运算速度不利于做除法运算,这里采用单位时间测脉冲数的方法。为了合理利用系统资源,这里使用外部中断来监测位置信号。对位置信号的每一个下降沿,都会引起中断程序的执行,从而保证不漏掉脉冲。为了让脉冲信号正常无误,布板时,应注意脉冲信号的走线要走最短回路。无刷直流电机的转速范围一般在100～3000r m in ,每圈霍尔信号变化为6P 周期(P 为极对数)。这里取P =2分析,每秒有20～600个周期。这样每2次中断之间的时间间隔,为1.5～50m s 。而一次中断程序的执行时间为u s 级,所以不会发生一次中断未执行完,又一次脉冲又发生的情况。据以上估计,可取200m s 为一个计时周期,可以保证8位的脉冲计数器char 型不会溢出一个计时周期内霍尔信号的周期数。根据电动车轮径等信息,设置里程预设值,每发生一次外部中断,里程累积值加1。当累积值达到预设值时,里程加1,累积值清零,以此实现电动车的里程累积。

(2)存储模块

第25卷第2期2007年4月

轻工机械

L ight I ndustry M achi nery

V o l .25N o.2

A p r .2007

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存储在单片机片内存储器里的信息在单片机掉电

或者复位以后,就会丢失。为了实现里程信息的保存,同时也可以存储一些电动车运行状态,做电机运行参数记录。为此选用了一款有I 2C 接口的BR 24C 01A 作为存储器。每次开机时,从EEPROM 里读取初值,每次累积值变化时,都记录在EEPROM 里。

A T 89C 2051本身不带I 2C 总线硬件接口,但可以用I O 模拟。由于51系列单片机的I 2C 程序在一般教科书上都能找到,这里就不多作讨论。

(3)显示模块

为实验系统的可用性,选用JHD 162A 作为输出。162A 需要8位并行数据显示,为节约单片机的I O 口,选用一片串入并出芯片74HC 164实现数据转换。只要对L CD 的CS ,E 以及R S 3位进行控制就可实现对L CD 的数据写入。里程表数据显示格式为XX .X km

h ,里程显示为XXXX km ,电压的显示为XX .X V 。

送显示时,先经过计算程序,把数据转化为个位、十位、百位等要显示的数据,再经过74HC 164把数据送到L CD 里。

(4)A D 模块选用一款82b itA D 芯片的ADC 082S 021。该芯片能测量的电压范围是0～5.25V ,电池电压一般为安全电压36V ,充足电时,电压接近43V ,当电压低于32.0V ,一般会做断电处理。这个范围的电压,不能直接进入A D 口,这里选用大电阻比7∶1分压后进入A D 口。由于电压变化不会太快,故采样频率不用很高。采样结果,通过控制SCL K 从VOU T 里读出。这里采用里程每更新一次,A D 采样一次。为减小采样误差,将ADC 082S 021的2个A D 口都接到电压信号上,通过片选信号,进行2次采样,并取平均值。传递给L CD 的电压信息也按里程信息的刷新频率进行。3　系统流程图

系统流程图如图2所示。应用定时器0的中断,来实现测速的计时。外部中断检测电机的霍尔信号的下降沿,来完成测速的计数以及里程的累计。显示和存

储,都在主程序里实现。当没有事件发生时,单片机进

入休眠状态实现节电。定时中断和外部中断都可以唤醒单片机使其正常运行

。

图2　系统流程图

参考文献:

[1]　朱明程,吕利昌.无传感器无刷直流电机系统设计[J ].测控技术,

2000(1):66-67.

[2]　陈家新.电动滑板车控制原理及设计中若干问题的研究[J ].电机

电器技术,2001(5):38-42.

[3]　曹昕鸷,韩　珏,陈隆道.高性价比无刷直流电机测速方法的研究

[J ].轻工机械,2006,24(1):107-109.

Speedom eter M ethod Appl ied on Electr ica l Veh icles

L I X ian ,CH EN M in 2x iang

(Co llege of E lectrical Engineering ,Zhejiang U niversity ,H angzhou 310027,Ch ina )

Abstract :E lectrical veh icles are w idely u sed in city tran spo rtati on .It has b road m arket p ro spects .H ere g ives a

sp eed and m ileag e m easu re m ethod ,w h ich is app lied on electrica l veh icles .I t m easu res the sp eed and the d istances by the p hase chang e sig na ls ,and record s the m ileag e inf or m a tion in the E E P ROM .Specific so lu ti on s based on

A T 89C 2051are also given .It p roves to be p ractical though t exp eri m en t .It m ay be developed in to p roducti on in large scale .

Key words :b ru sh less DC m o to r ;electrical veh icles ;speeding ;m ileage

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