電動(dòng)車電氣實(shí)用技術(shù)講座電動(dòng)車控制器部分

第二節(jié)  應(yīng)用單片機(jī)HT46R47構(gòu)成的直流電機(jī)控制器
雖然由專用芯片TL494構(gòu)成的控制器，線路簡潔，可靠性高，但功能單一，無法實(shí)現(xiàn)智能化的高要求，因此，必須借助單片機(jī)，采用數(shù)字技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。圖1-7是用單片機(jī)HT46R47（臺(tái)灣和泰產(chǎn)）構(gòu)建的控制器原理圖，它是一個(gè)成熟的產(chǎn)品圖，是由天津宏塔電子生產(chǎn)的，型號(hào)為ZK3615D，我們以此為典例介紹如下：

1、性能要求

(1)高可靠性功能
防水、防腐、防震，采用環(huán)氧樹脂全灌封工藝；
能確保在極限條件下安全可靠的工作，可抗拒線路之間的任何相互短路。

(2)智能輔助功能：
①定速：調(diào)速轉(zhuǎn)把停留在任意角度（任意車速）且12秒內(nèi)保持不變時(shí)，能將車速鎖定（也稱“巡航”）即為定速，其方式分為自動(dòng)和選擇定速兩種。同時(shí)要求在剎車、轉(zhuǎn)把二次歸零、響應(yīng)各種保護(hù)功能后能夠解除定速。
②速度(Tempo)助力：在騎行時(shí)，腳踏軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度(Tempo)，通過傳感器送給控制器，控制器控制電機(jī)給出一定的電壓，即助力行使；同時(shí)要求轉(zhuǎn)把和速度(Tempo)助力控制可自動(dòng)切換。
③欠壓保護(hù)：當(dāng)電池電壓下降到預(yù)定的欠壓值時(shí)，控制器能自動(dòng)偵測，同時(shí)關(guān)閉PWM輸出。
④分段限流保護(hù)：在騎行狀態(tài)下，控制器能自動(dòng)偵測電池電壓，當(dāng)電池電壓下降到預(yù)定的電壓值時(shí)，控制器的最大輸出電流值，會(huì)隨之逐漸減少一定的量，直至到欠壓點(diǎn)。
⑤堵轉(zhuǎn)保護(hù)：在任何情況下而導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，控制器能偵測到，且在2秒后自動(dòng)停止電機(jī)供電，以防止燒壞電路。
⑥上電自檢保護(hù)：控制器初始上電時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)把、剎車開關(guān)、助力傳感器等進(jìn)行安全檢測，控制飛車等不安全故障的出現(xiàn)；同時(shí)儀表板能顯示故障點(diǎn)。
⑦智能顯示：控制器通過數(shù)字傳輸給譯碼電路通過LED管顯示出當(dāng)前電池電量及當(dāng)前控制器工作狀態(tài)（電動(dòng)、助力、定速、發(fā)電）、速度(Tempo)、故障點(diǎn)等。

(3)主要參數(shù)指標(biāo)（以36V為例）
①調(diào)速占空比：轉(zhuǎn)把電壓為5V時(shí)，輸出1.3～3.8V，0～100％連續(xù)可調(diào)
②限流保護(hù)值：不大于額定工作電流的2.5倍（15A）
③輸出短路保護(hù)響應(yīng)時(shí)間：≤12μS
④欠壓保護(hù)值：41±0.5V（同時(shí)要求有5V的滯回寬度）
⑤定速：轉(zhuǎn)把停頓15S后自動(dòng)定速或選擇定速
⑥工作環(huán)境溫度：－20～45℃
⑦堵轉(zhuǎn)保護(hù)：堵轉(zhuǎn)2秒后進(jìn)入保護(hù)

2、線路原理說明

(1)線路原理如圖1-7：

(2)單片機(jī)HT46R47的外部接口及內(nèi)部邏輯功能簡介

①單片機(jī)HT46R47的外部接口如圖1-8：

②單片機(jī)HT46R47的內(nèi)部結(jié)構(gòu)邏輯如圖1-9：

③單片機(jī)HT46R47的基本功能
A、HALD和喚醒功能可降低功耗
B、在VDD＝5V，系統(tǒng)頻率為8MHZ時(shí)，指令周期為0.5μS
C、欠壓監(jiān)控保護(hù)、剎車關(guān)閉電路
D、終端功率斬波電路
E、一個(gè)8位的PWM（脈寬可調(diào)）輸出通道，與輸入/輸出口共用引腳
F、位操作指令
G、查表指令，表格內(nèi)容字長14位
H、63條指令
I、指令執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)指令周期
J、低電壓復(fù)位功能
(3)單片機(jī)HT46R47各腳的定義，如圖1-10：

(4)線路設(shè)計(jì)說明
HT46R47有2K×14的程序空間，比業(yè)內(nèi)很多品牌的MCU多1K程序，可有更多的程序空間實(shí)現(xiàn)輔助功能。用A/D轉(zhuǎn)換完成：轉(zhuǎn)把采樣、電流采樣、電池電壓測量、PWM輸出控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、巡航定速（手動(dòng)、自動(dòng)）、助力功能、制動(dòng)斷電、故障自檢、防飛車、顯示故障點(diǎn)等諸多功能。利用內(nèi)部振蕩器，只要在OSCI上接電阻R11、C10即可產(chǎn)生8MHZ時(shí)鐘。
①欠壓保護(hù)：由R3、R4、C5構(gòu)成分壓電路，電源經(jīng)R3、R4所分得的電壓輸入到MCUA/D口適時(shí)監(jiān)控電源電壓，一旦低于所設(shè)定的電壓值MCU便產(chǎn)生中斷，進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)。
②助力：助力脈沖信號(hào)給MCU5腳。
③轉(zhuǎn)把、限速：轉(zhuǎn)把電壓1～4V信號(hào)，輸入給MCU6腳A/D口，外部限速經(jīng)一下拉電阻，將轉(zhuǎn)把電壓下拉一定的幅值（R5、R6分壓）。
④顯示電路：由MCU的2、3、4腳輸出指令數(shù)據(jù)，與外設(shè)譯碼電路串口聯(lián)結(jié)，構(gòu)成顯示電路，實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)自行車的運(yùn)行狀態(tài)。
⑤剎車：MCU的18腳接剎車信號(hào)，當(dāng)18腳電壓為低電平時(shí)，即剎車接地，MCU產(chǎn)生中斷，PWM輸出停止。
⑥模式選擇：MCU的1腳接模式選擇信號(hào)，當(dāng)1腳電壓為低電平時(shí)，即模式選擇。
⑦電流閉環(huán)控制回路
由外設(shè)IC6A、R28、R29構(gòu)成的同相放大器、檢測信號(hào)電阻R26、及R42、C17構(gòu)成的RC濾波電路、和MCU（內(nèi)部9位A/D）的8腳輸入口構(gòu)成電流閉環(huán)控制回路。工作過程是：從R26上獲取壓降，既電流檢測信號(hào)，RC濾波后輸入到放大電路的輸入端，再經(jīng)放大后為MCU（8腳）A/D提供電流檢測信號(hào)，形成電流回路的閉環(huán)控制。
⑧PWM終端功率斬波電路
主要由MOS功率開關(guān)管T5、快恢復(fù)二極管D3、電機(jī)M、施密特放大器（T1、T2、T3、D2、）等構(gòu)成，工作過程是：MCU的PWM信號(hào)為高電平時(shí)，經(jīng)三級(jí)開關(guān)放大為MOS管柵極電壓，使MOS管導(dǎo)通；PWM信號(hào)為低電平時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通，MOS管柵極電壓為低，使MOS管關(guān)斷。快恢復(fù)二極管D3的作用是：將電機(jī)關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的反電勢續(xù)流。
⑨輸出短路中斷保護(hù)電路
由外設(shè)IC6B及R42、R43基準(zhǔn)分壓電路構(gòu)成比較器與MCU的內(nèi)部中斷口17腳構(gòu)成，檢測信號(hào)從功率斬波電路中R26上取得，短路電流超過預(yù)設(shè)值后，比較器的輸出由原來的低電平轉(zhuǎn)為高電平到17腳，使MCU產(chǎn)生中斷，實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)。
⑩穩(wěn)壓電路
由降壓電阻R1、集成穩(wěn)壓塊IC3構(gòu)成。
電源電壓經(jīng)R1降壓后，穩(wěn)壓管Z1將電壓鉗位在15V，再經(jīng)穩(wěn)壓塊78L05穩(wěn)壓在5V。
3、軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)功能模塊
(1)上電自檢
(2)面板顯示通訊程序
(3)助力信號(hào)測量
(4)轉(zhuǎn)把控制
(5)電機(jī)速度(Tempo)控制
(6)電池電壓測量
(7)定速剎車等控制
4.軟件運(yùn)行流程，如圖1-11：
5.軟件部分源代碼（C語言）
注：單片機(jī)HT46R47資源定義部分，可結(jié)合HT46R47資料閱讀。
voidInitial(){//MCU初始化
#asm
mova,40h
mov[01h],a
clrram:
clr[00h]
inc[01h]
mova,0ffh
suba,[01h]
snz[0ah].2
jmpclrram
#endasm
_pwm=0x00;
_pdc=0x00;//0000,0000
_pd=0x00;
_pac=0x78;//0111,1000
_pbc=0x0f;//0000,1111
_pa=0x00;
//_pb=0x00;
_intc=0x06;
_tmr=0x00;//初始化一下定時(shí)器0，和定時(shí)器1
_tmrc=0x83;//0x83;//1000,0011;8分頻1M4US*256=2MS
}
voidisr_8()//定時(shí)哭中斷
{
TMR*ptmr;//;為記時(shí)器處理*
INT8Ui;
ptmr=&TmrTbl[0];
for(i=0;i<TMR_MAX_TMR;i++){
if(ptmr->TmrEn==TRUE){
if(ptmr->TmrCtr>0){
ptmr->TmrCtr--;
if(ptmr->TmrCtr==0){
ptmr->TmrEn=FALSE;ptmr->TmrEnd=TRUE;
}
}
}
ptmr++;
}
}
voidLedScan()//74LS164顯示驅(qū)動(dòng)
{
INT8Uj;
if((DispSegEn[0]=1)|(DispSegEn[1]=1)){
for(DispSegTblIX=0;DispSegTblIX<2;DispSegTblIX++){
dispscan=DispSegTbl[DispSegTblIX];
for(j=0;j<8;j++){
SCL_164=0;
if(dispscan&0x80){
SDA_164=0;
}else{
SDA_164=1;
}
SCL_164=1;
dispscan<<=1;
}
}
DispSegEn[0]=0;
DispSegEn[1]=0;
}
}
voidHandCheck()//轉(zhuǎn)把計(jì)算
if(HandVol>HAND_VOL_MIN){
if((HandVol-HAND_VOL_MIN)>127){
PwmValHand=0xFF;
}else{
PwmValHand=(HandVol-HAND_VOL_MIN)<<1;//PWM輸出
}
if(PwmValHand>=PWM_OUT_MAX){
PwmValHand=PWM_OUT_MAX;
}
}else{
PwmValHand=0;
}
}
voidisr_4(){//短路保護(hù)
PWM_OUT_IO=0;
RunErr=TRUE;
}
voidmain()
{
_pwm=0x00;
if(_to==0){
Initial();
}
_clrwdt();
TmrInit();//記時(shí)器初始化
TmrSetT(0,0x03);//24ms測一次手柄
TmrStart(0);
TmrSetT(1,0x50);//自檢時(shí)測手柄間隔
TmrStart(1);
TmrSetT(2,0x02);//4MS測助力
TmrStart(2);
while(1){
_clrwdt();
KeyMenu();
HlpPower();//助力
HandCheck();//手柄采樣
BatCheck();//電池測量
PwmValCu（）;
……