專利名稱：：電動自行車控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：電動自行車控制系統(tǒng)
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)，特別是涉及一種用于電動自行車上的電機控制系統(tǒng)。背聚技術電動自行車因其具有的體積小、重量輕、無尾氣排放、低噪音，以及方便、快捷、耐用、低價等特點業(yè)已成為具有廣闊市場前景的代步交通工具。在目前面市的電動自行車中，驅動電機主要采用有刷高速電機、無刷電機和有刷低速電機三種類型，并以前兩種類型電機較為常見。與有刷電機相比，無刷電機的控制相對較復雜，一般采用MC33035、LB11690、LM621等專用集成電路控制方案，對于生產(chǎn)廠商來說,此類方案相對成本較高，專用控制器的資源有限，控制比較單一化，不能提供一些智能控制(1)在驅動60G和120^電角度兩種不同型號電機時，必須采用不同的硬件設計電路才能夠實現(xiàn)，給生產(chǎn)商帶來成本增加和必須增加產(chǎn)品型號才可以解決上述問題的困擾；(2)在小于10%PWM占空比驅動電機運轉控制上，專用芯片無法解決電機運轉不連續(xù)的問題；(3)出現(xiàn)堵轉時，專用芯片控制方案無法識別堵轉狀態(tài)。(4)無法實現(xiàn)電子輔助制動EABS(ElectronicAirBrakeSystem)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是針對現(xiàn)在電動自行車控制成本較高，專用控制器的資源有限，控制比較單一化，不能提供一些智能控制，而提供一種電動自行車控制系統(tǒng)，在保證產(chǎn)品穩(wěn)定和性能的前提下，力爭用最低的成本實現(xiàn)其功能的升級。本發(fā)明的技術方案為一種電動自行車控制系統(tǒng)，其特點是，它包括三相無刷電機、單片機、前置驅動電路、驅動電路；單片機的輸入端分別和霍爾信號、剎車信號、EABS信號、過流信號、欠壓信號和前置驅動電路反饋信號相連接；單片機輸出端連接前置驅動電路，前置驅動電路和由兩兩串聯(lián)的6只場效應管組成的驅動電路相連接，兩場效應管的串聯(lián)中間點分別連接三相無刷電機三相A、B、C以控制三相無刷電機換相、變速、停止。單片機采用20引腳的MCU(upd78F9222)作為主控芯片，用于電動自行車控制的解決方案。本實用新型的有益效果是本設計方案主要針對直流無刷電機，電路簡單，價格低廉，具有無極變速、堵轉斷流、欠壓及過流保護、電子輔助制動(EABS)、巡航定速、60Q/120Q電角度智能選擇等功能。綜合參數(shù)測定表明轉距在4.510.5之間電機的效率可以達到80%左右。電流曲線的線性度好，功率隨轉距線性上升。完全達到國家相關標準。實現(xiàn)了電動自行車的低成本、高性能的要求。圖1是本發(fā)明直流無刷電機控制系統(tǒng)示意圖；圖2是本發(fā)明電機60Q電角度的控制時序圖；圖3是本發(fā)明電機120n電角度的控制時序圖；圖4是本發(fā)明電機6(^和120Q電角度的智能選擇程序流程圖。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。如圖l所示系統(tǒng)圖，一種電動自行車控制系統(tǒng)，其特點是，它包括三相無刷電機9、單片機6、前置驅動電路7、驅動電路8;單片機6的輸入端分別和霍爾信號1、剎車信號2、EABS信號3、過流信號4、欠壓信號5和前置驅動電路7反饋信號相連接；單片機6輸出端連接前置驅動電路7，前置驅動電路7和由兩兩串聯(lián)的6只場效應管組成的驅動電路8相連接，兩場效應管的串聯(lián)中間點分別連接三相無刷電機9三相A、B、C，以控制三相無刷電機9換相、變速、停止。系統(tǒng)選用單片機控制芯片6為upd78F9222，我們稱為MCU，前置驅動電路7采用分立器件實現(xiàn)，構成三相無刷電機9三相A、B、C的上橋和下橋控制信號AH，AL,BH，BL，CH,CL。霍爾信號(H1,H2，H3)1分別輸入單片機6的引腳(P121,P122,P123)，通過軟件計算得到霍爾信號值，再根據(jù)換相表的換向運算找到當前對應的導通相，按照換相控制時序圖導通當前相。電機9的驅動電路8采用6只MOS管10,分別為(Q1Q6)，兩兩串聯(lián)，串聯(lián)中間點分別接三相無刷電機9三相A、B、C。MCU通過內(nèi)部AD采樣速度手柄(由ANIO引腳輸入)，由軟件計算出對應的PWM值，通過內(nèi)部定時器H1產(chǎn)生PWM信號，對電機9進行調速控制。剎車信號2、EABS信號3、過流信號4分別輸入MCU,通過軟件檢測這些信號的狀態(tài)，再根據(jù)當前的狀態(tài)進行各種控制。欠壓信號5的形成是通過兩個分壓電子將36V電壓降低到5V以內(nèi)，送入MCU的AD輸入引腳(ANIl)，通過軟件進行AD采樣，獲知當前是否欠壓，如果欠壓進入欠壓處理模式。60°和120°的自適應控制，通過軟件實現(xiàn)，即在內(nèi)存中建立2個換相表，在進行換相控制時不考慮電機9的電角度，只根據(jù)霍爾的狀態(tài)，決定要導通的相。堵轉的實現(xiàn)也是通過軟件實現(xiàn)，用定時器的計數(shù)功能，對換相時間進行計數(shù)，計數(shù)器到達5s時，表示堵轉發(fā)生，將堵轉狀態(tài)報告給主控程序，進行進一步處理。巡航控制也無需外圍硬件，而是采用軟4牛處理，2s內(nèi)手柄速度無變化即進入巡航定速模式，電機9以一定的速度轉動，轉把可以回到零位，減輕長時間旋轉手柄的疲勞，手柄速度加大、剎車、EABS信號輸入退出巡航定速模式。下面表1為upd78f9222單片機控制芯片的I/O腳和功能的對應表格,表2為功能和MCU控制信號的對應關系表。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>下面對MCU單片機控制的具體實現(xiàn)作一一闡述。1、電機換向控制通過換相對應表表3控制逆變器的上下橋導通。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>軟件上定時讀入Hl、H2、H3的狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)的變化，控制ABC三相的輸出，每次導通兩個MOSFET管。如圖2所示60°電角度的控制時序圖和圖3所示120°電角度的控制時序圖。2、60°和120°電角度智能選擇具體的控制不需任何硬件資源，通過軟件的控制可以實現(xiàn)電機的60"和120°電角度智能選擇。如程序流程圖4。3、速度控制通過改變PWM的占空比，對下橋輸出電壓進行斬波，從而實現(xiàn)調速控制。對于PWM信號的產(chǎn)生是利用upd78F9222內(nèi)部的8位定時器Hl產(chǎn)生的。8位定時器H1工作在PWM輸出模式；PWM輸出期間，占空比可調。(1)PWM頻率12KHZ;占空比0100%;(2)PWM操作P麵的周期設置8位定時器比較寄存器01(CMP01)控制定時器輸出的周期，在定時器操作期間不可以重寫CMP01;PWM的占空比設置8位定時器比較寄存器11(CMP11)控制定時器輸出的占空比，在定時器操作期間可以重寫CMPll。操作機理向CMPOl中寫入周期的控制值N;向CMP11中寫入占空比的控制值M。計數(shù)時鐘的頻率為fOT。則PWM的周期及占空比如下PWM脈沖輸出周期-(N+l)/fOT占空比-活躍電平寬度PWM的總寬度-(M+1):(N+l)且00H《CMP11(M)〈CMPOl(N)《FFH定時器啟動后，當定時器的計數(shù)器H1中的數(shù)值與CMPOl的值匹配時，定時器的輸出變?yōu)榛钴S的髙電平，同時H1被清0;之后，H1從0開始計數(shù)，當計數(shù)值與CMP11的值匹配時，定時器的輸出變?yōu)榈碗娖健?設置TOLEV1=0，默認為低電平有效，T0EN1-1允許輸出)定時器-Hl計數(shù)頻率fcNt的確定分析逆變電機的調制頻率設為12KHZ;則周期二1/12KHZ，設置fOT=2.5MHZ，則CMPOl取值N-167，CMP11取值M-166。PWM模式的選擇TMHMD1寄存器中的T醒D11:TMMD10=10。值。P確輸出的啟動和停止控制啟動寄存器TMHMD1的TMHEl-l,啟動之前，確定CMP11已被賦值。停止寄存器TMHMD1的TMHEl-O,停止之后，確定再一次設置了CMP11的PWM模式控制寄存器的格式如下1MHMD1TM使1CKS，2CKS10*nC)iiTMMD10TOLEV1TOEN10an0/1Qf1:00/11-定時器輸出允許-定時器輸出電平反轉設置-PWM輸出模式選擇H十數(shù)時鐘(fcNT)選擇-計數(shù)操作停止(3)最小和最大占空比的獲得最小占空比清除T朋El,停止PWM產(chǎn)生，使下橋輸出為高電平(關閉)最大占空比清除TMHE1，停止PWM產(chǎn)生，使下橋輸出為低電平(全部打開)手柄的速度信號是05V的電壓信號，送入微處理器的19引腳AIN0，A/D的輸入端，軟件上每隔10ms采樣一次。有效的電壓范圍取為L4V4V，對應速度值020km/h。對應PWM的占空比范圍為0100%。對應關系如下電壓取值1.44V對應A/D值71204;通過軟件將其修正為0133速度取值01234............131132133CMP11的設置值01.251.51.752............163.75165166.25通過設置CMP11的值獲得PWM的占空比調制。4、、剎車控制剎車信號2通過單片機的17引腳輸入，通過軟件檢測到剎車信號后，將當前的速度逐步調低，直至為o。5、過流保護過流保護是通過硬件的方式實現(xiàn)的。電機的反饋電流經(jīng)過過流保護電路，輸出過流信號4接P34腳，通過軟件檢測P34引腳狀態(tài)，為低電平，則進入過流保護狀態(tài)。關閉PWM輸出，速度逐步降低直至過流解除。6、欠壓保護欠壓保護是通過接收到欠壓信號5，控制速度的遞減，進而關閉電機。7、EABS功能EABS信號3通過16引腳輸入到MCU，MCU檢測到EABS信號3之后，以當前速度的50%反向控制MOS管，使電機9倒轉，當PWM降低到15%占空比時，關斷P冊。8、堵轉檢測采用MCU內(nèi)部的定時器對換相信號進行檢測，即檢測霍爾信號1的輸入是否發(fā)生變化，如果發(fā)生變化，說明有換相信號，清除計數(shù)器的計數(shù)值。如果沒有發(fā)生變化，在此計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，當計數(shù)到5s時，說明5s內(nèi)MCU沒有檢測到換相信號。則堵轉發(fā)生，將此信號報告給主控軟件進行處理。9、巡航定速2s內(nèi)手柄速度無變化即進入巡航定速模式，電機9以一定的速度轉動，轉把可以回到零位，減輕長時間旋轉手柄的疲勞，手柄速度加大、剎車信號2、EABS信號3輸入退出巡航定速模式。權利要求1.一種電動自行車控制系統(tǒng)，其特征在于，它包括三相無刷電機(9)、單片機(6)、前置驅動電路(7)、驅動電路(8)；單片機(6)的輸入端分別和霍爾信號(1)、剎車信號(2)、EABS信號(3)、過流信號(4)、欠壓信號(5)和前置驅動電路(7)反饋信號相連接；單片機(6)輸出端連接前置驅動電路(7)，前置驅動電路(7)和由兩兩串聯(lián)的6只場效應管組成的驅動電路(8)相連接，兩場效應管的串聯(lián)中間點分別連接三相無刷電機(9)三相A、B、C以控制三相無刷電機(9)換相、變速、停止。專利摘要本實用新型涉及一種電動自行車控制系統(tǒng)，霍爾信號、剎車信號、電子輔助制動(EABS)信號、過流信號和前置驅動電路反饋信號輸入單片機，單片機輸出信號給前置驅動電路轉化為控制信號通過驅動電路控制三相無刷電機換相、變速、停止。本實用新型電路簡單，價格低廉，具有無極變速、堵轉斷流、欠壓及過流保護、電子輔助制動(EABS)、巡航定速、60°/120°電角度智能選擇等功能；實現(xiàn)了電動自行車的低成本、高性能的要求。文檔編號H02P6/24GK201113873SQ200720070950公開日2008年9月10日申請日期2007年6月12日優(yōu)先權日2007年6月12日發(fā)明者佟國香,溫田學申請人:上海理工大學;上海雅泰電子有限公司