基于单片机的电动车控制系统设计

图 ３ 无刷直流电动机控制系统功率主电路
控制器电路由微控制核心 ＰＩＣ１６Ｆ７２ 单片机、逻辑保 护门 ７４ＬＳ００ 和 ＋５Ｖ 电源电路构成，附加电路包括电源滤 波电路、位置传感器信号采集电路、电池电压降压监测电 路、微控制器时钟振荡电路和上电复位电路构成；同时电 路向外提供各种输入和输出接口：助力传感器接口 ｆＳｅｎ－
社，２００６． ［４］高湘．给水工程技术及工程实例 北京：化学工业
出版社，２００２． ［５］谌永红．给水排水工程 北京：中国环境科学出版
社，２００８． （收稿日期：２００８－０８－２７）
的调速设备价格较为昂贵，一次性投资较大，因此当管网
《湖北农机化》２００８ 年第 ５ 期 25
开发与研究
号的状态与电机的固定序列进行比较，以判断换相的正确 性；ＭＯＳＦＥＴ 驱动电路由 ＩＲ２１０３ 把上管和下管控制信号 进行放大，驱动大功率管。
年可节省电费成本支出约 ９４ 万元。保守一点算，一年也
可节省电费成本支出约 ４５．３ 万元。
参考文献
３ 结论
［１］关醒凡．现代泵技术手册［Ｍ］ ．北京：航宇出版社，
怀化市一水厂送水泵站中改造费用主要是更换 ５ 台 水泵，即 ４ 台 ２４ＳＡＰ－１４Ｂ 型泵和 １ 台 ３５０Ｓ４４Ａ 型泵。购 买 ５ 台泵所需费用约为 ３５￣４０ 万元，也就是说，改造一年 时间内节省的电费成本即基本可收回投入的改造费用。因 此，正确合理选择送水泵站的水泵和供水方式，采取最大 限度的节能措施，可以大幅度地降低电力消耗，最直接的 节约生产成本。
ｓｏｒ、速度传感器接口 ＳＰ、速度限定接口 ＳＥ，ａ 相位传感 器输入接口 ａＳｅｎｓｏｒ，ｂ 相位传感器输入接口 ｂＳｅｎｓｏｒ，ｃ 相 位传感器输入接口 ｃＳｅｎｓｏｒ、一个模式开关接口 ＫＭＯＤ、 刹车开关接口 ｋＢＲＫ、面板接口 Ｐａｎｅｌ。本系统还设置了过 压、欠压、过流、过热等保护环节，并根据简单可靠原则 设计了系统具体的保护电路。
５ 结论
本文提出的基于 ＰＩＣ 单片机控制的电动自行车控制系 统的设计方案是可行的，能实现快速、精确的调速，且系 统可靠性强，调试方便。实验样车起动时比较平稳，在起 动和运行中过载时，没有出现因大电流而损坏电子器件或 电机的现象。系统的过流保护值为 １０Ａ、欠压保护值为 ３１Ｖ，并且自检保护工作正常，运行时的面板显示部分工 作正常。
４ 系统软件设计
控制软件分主程序和中断服务子程序两大部分。其 中主程序包括初始化子程序、起动和软起动子程序、 双闭环 ＰＩ 调节子程序等；中断服务子程序主要有捕获 中断子程序、Ａ／Ｄ 中断子程序、定时器上溢中断、功率 保护中断、ＳＣＩ 接收中断等。主程序主要完成以下一些 功能：ＰＩＣ１６Ｆ７２ 的初 始 化 ；保 护 电 路 的 自 检 、预 置 系 统参数；判断电机起动和停止；运行时升降速和速度 显示等。
２ 无刷直流电机的介绍
无刷直流电动机，就其基本组成环节（结构）而 言，可以认为是一台由永磁式同步电动机、电子 换向线路以及位置传感器组成的电动机系统。其 组成亦可由图 １ 来表示。
基
于
单
片 日
机照 职
的业 技 术
电学 院
动机 电
车工 程 学
控院 制刘
田
系茜
统
设
计
图 １ 无刷直流电机组成方框图
永磁无刷直流电机的电机本体由定子和转子 两部分组成。定子绕组一般为三相且多采用整距 集中式绕组；转子则由永磁磁钢按一定的极对数 组成。星形连接的三相无刷直流电动机在理想条 件下，任何时刻只有两相定子绕组通电。令加在 两相通电绕组上的平均电压为 Ｖｄ，则电压平衡方 程式为：
开发与研究
１ 电动自行车控制器基本功能
电动车核心技术包括 ３ 个方面：电机与传动、 控制器与控制技术、电池，涉及电气、电力电子、 控制、机械等多学科。目前，我国对电动自行车 的研究已经进入实用阶段，具有相对成熟的技术， 可靠的驱动和控制。
控制系统即控制器，概括地讲是一个中枢系 统，它将各种有用信号转变为控制或保护指令， 监督电动机和电路的运行状态，采样、对比分析 并将信号转化为控制指令。对于电动自行车的控 制器而言，就是将给定速度信号、传感器检测到 的电动机转子位置信号、转速信号和电动机定子 的电压、电流反馈信号转变为控制或保护指令， 监督电动机和控制电路的运行状态，采样、对比 分析并将信号转化为控制指令，来控制电动机的 启停、加减速的运行状态。
（收稿日期：２００８－０９－０５）
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
年 供 水 量 为 ６２ ０５０ ０００ ｔ。 改 造 后 一 年 节 电 可 达 ： 中有水塔和水池且其调节容积足够大时，就没有必要采用
３０．３ｘ６２０５０≈１８８ 万度。按每度工业用电 ０．５ 元计算，一 变速调节了。
当然，也可以在正确合理选择水泵和供水方式的基 础上，通过采用变频器对自来水厂送水泵站中的水泵进行 变速调节，从而进一步达到节能降耗的效果。但是，先进
Hale Waihona Puke １９９５． ［２］沈阳水泵研究所，中国农业机械化研究所．叶片泵
设计手册［Ｍ］，北京：机械工业出版社，１９８３． ［３］赵新华．刘洪波． 输配水工程 北京：化学工业出版
本设计中应用到的 ＰＩＣ 单片机的中断源有：外部触发 中断 ＩＮＴ，定时器 ＴＭＲＯ 溢出中断，定时器 ＴＭＲ１ 溢出 中断，定时器 ＴＭＲ２ 溢出中断，Ａ／Ｄ 转换中断，ＣＣＰ 中 断。其中外部触发中断 ＩＮＴ，ＴＭＲＯ 溢出中断为第一级中 断，ＴＭＲ１ 溢出中断，ＴＭＲ２ 溢出中断，Ａ／Ｄ 转换中断， ＣＣＰ 中断为第二级中断。所有中断源都受全局中断屏蔽 位 （也可以称为总屏蔽位） ＧＩＥ 的控制；第一级中断源 不仅受全局中断屏蔽位的控制，还受各自中断屏蔽位 的控制；第二级中断源不仅受全局中断屏蔽位和各自中 断屏蔽位的控制，还要额外受到一个外设中断屏蔽位 ＰＥＩＥ 的控制。
26 《湖北农机化》２００８ 年第 ５ 期
参考文献 ［１］张深．直流无刷电动机原理及应用［Ｍ］．北京：机械工业 出版社，１９９６． ［２］易将能，韩力．电动车驱动电机及其控制技术综述 ［Ｊ］．微特电机，２００１．４． ［３］陈憬华，汪锐，李日隆．基于 ＴＭＳ３２０Ｃ２４０ 芯片的 永磁无刷直流电机控制器［Ｊ］．中小型电机，２０００．６． ［４］潘建．三相无刷直流电机控制器 ＭＬＸ９０４０１ 的原理 及应用［Ｊ］．国外电子元器件，２００３．２． ［５］韩安太，刘峙飞，黄海．ＤＳＰ 控制器原理及其在运 动 控 制 系 统 中 的 应 用 ． 北 京 ： 清 华 大 学 出 版 社 ， ２００３： ２８￣２９．
（１） 可以得到转速为：
（２） 式中：Ｅｍ 为电机各相反电动势； Ｉｍ 为各相电流； ｎ 为无刷直流电动机转速； Ｒ 为回路等效电阻，包括电机两相电阻和管 压降的等效电阻。 由式 （２） 可知，无刷直流电动机的转速调节 可以通过改变外施平均电压来实现，本系统是通 过调节逆变器功率器件的 ＰＷＭ 触发信号的占空 比来改变外施的平均电压从而实现无刷直流电动 机的调速。
３ 无刷直流电机控制主回路设计
电动自行车控制器的硬件部分如图 ２ 所示分 为以下几部分：电源部分是利用控制器的电源 ＶＳＳ 经过电压转换产生 ＋５Ｖ 和 ＋１５Ｖ，分别供给 单片机及其外围部分和 ＩＲ２１０３ 功率驱动部分， ＶＳＳ 提供 ＭＯＳＦＥＴ 管的电源输入；欠压检测部分 把 ＶＳＳ 通过电阻分压送入单片机与设定电压比较 来判断电源是否欠压；换相电路通过 ７４ＨＣ０８ 与 非门产生跟电机相位序列一致的控制序列，经过 霍尔传感器利用反电势原理的位置信号，把该信
图 ２ 电路原理框图
无刷直流电动机控制系统功率主电路如图 ３，由于 该系统电机额定电压为 ３６Ｖ，额定电流为 ５Ａ，因此功 率电路应属于小功率范围。本系统选用国际整流公司 的 ＭＯＳＦＥＴ 功率管 ＩＲＦ２８０７，采用 ＩＲＦ２８０７ 可以获得较 快的开关速度，尤其适合驱动小功率电机，其内部 漏—源极间集成有反向快 速 恢 复 二 极 管 ，直 接 对 ＭＯＳ 管起保护作用而不必外接。旁路电阻 Ｒ 用来检测电机 的直流母线上电流，该电流信号 Ｉ 由电阻 Ｒ 的压降测 出，不但可以为电流环提供反馈电流信号，还可以通 过实时监控电流防止电机过流发生故障，过流信号输 入到功率桥的级驱动芯片和 ＰＩＣ１６Ｆ７２ 中，在过流时及 时封锁功率场效应管门极驱动信号。功率管的前级驱 动电路采用 ＩＲ 公司的电机驱动芯片 ＩＲ２１３０。该芯片集 驱动、死区、过流保护等功能于一体，可以驱动工作 在母线电压不超过 ６００Ｖ 的电路中的功率 ＭＯＳ 器件，使 用单电源即可完成对功率桥 ６ 只功率管的驱动，使用 时极为方便，特别适合于小功率驱动领域，内部设有 过电流、过电压及欠电压保护，可以用来方便地保护 被驱动的功率 ＭＯＳ 管。