项目三电动滑板车控制器的设计与制作.doc

学习情境三 电动车控制器设计与制作 一、基础知识学习 （一）电动车及电动车控制器概述 滑板车继滑板之后的又一类运动型新产品，滑板车实际上是一辆小型的自行车，但滑板车速度可以达到20公里/时，滑板车来源于日本，它是一种简单的省力运动机械为了满足不同人的滑板车速度要求而出现了电动滑板车，也有为孩子设计儿童滑板车，电动车的品种多样。当然还有手摇滑板车等。滑板车与电动自行车相比，它造型美观、操作方便，而且因为座位重心低，驾驶更安全。电动滑板车一直在国外非常流行，近年才开始在国内涌现。电动滑板车的发展丰富世界手提交通工具类型。,驾驶者一般要求有冲浪的感觉,因此它的设计要求及性能与作为交通工具的电动自行车相比,具有较大的差异。电动滑板车要求具有起动时间短、速度快、噪音低、爬坡性能好等特点。 电动滑板车控制器是滑板车的核心部件, 它的任务是在驾驶者的控制下, 高效率地将蓄电池的能量转化为电动机的动能, 控制器的优劣直接影响到整车调速的平滑性、响应的快速性等。 作为滑板车的核心部件，电动车控制器必须具备的功能：1、控制器应具备调速功能控制器在接收到调速转把的调速信号时，根据信号的大小，对电机的转速进行无极调速。 2、控制器应具备制动断电功能电动车的刹把上均装有位置传感元件，当刹车时，改变了原来的状态，这个变化的信号传送到控制器中，控制器立即切断驱动电路，停止供电。这样，即保护了驱动电路功率管本身，又保护了电机，也防止了电源的浪费，还降低了刹车制动力矩，从而保护了骑行者的安全。3、控制器应具备欠压保护功能电池的过放电对电池的寿命带来极大的损害，控制器的欠压保护电路在检测到电池电压达到设定值时，控制器立即切断驱动电路，停止供电。从而保护电池不至于因过放电带来的损害。4、控制器应具备过流保护功能电流的超限对电动机、控制器和电路中的所有元器件均可能造成损伤和损害，控制器中的过流保护功能使得控制器的电流不得超过其设定的最大值，从而保护电气系统的元器件不至于烧毁。以上描述的仅仅只是控制器必须具备的基本功能，随着电动车技术的不断进步，电动车控制器还限速功能飞车保护功能巡航定速功能电磁制动功能智能锁功能能量回馈功能新的出现 目前市面上出售的控制器一般为铝合金外壳，通过线束和接插件将电锁开关、刹车开关、调速手柄以及电动机与控制器相连接。实物如下图1所示。电动车控制器的接线图如图2所示， 图1 电动车控制器的接线图 图2 电动车控制器的接线图 （三）电动车控制器基本结构 控制器采用单片机作为核心控制元件,由刹车开关、电池电压取样、限流保护、驱动电路、直流有刷电机、霍尔调速手柄等部分组成。如图3所示。 控制器内部的工作原理为：单片机首先接受到经过处理的电源供电，从欠压保护电路检测到的电压值大于欠压值时并且从刹车断电电路检测到的信号处于非刹车断电状态时，控制器才能工作。此时，控制器根据调速电路，输出相应的占空比变化的矩形波信号，经过驱动电路驱动放大后控制电机。调速电路输入的电压信号和单片机输出的矩形波信号的占空比存在一定的关系，且调速电路的电压信号可以通过调速转把无极可调，从而使电机无极变速。 图3 控制器结构框图 电动车上使用的转把有光电转把和霍耳转把两种，目前采用霍耳转把的电动车占绝大多数。霍耳转把的内部电路如图霍耳转把输出电压的大小，取决于霍耳元件周围的磁场强度。转动转把，改变了霍耳元件周围的磁场强度，也就改变了霍耳转把的输出电压其中最常用的是以下两种信号的转把：1-4.2V（俗称正把），4.2-1V（俗称反把）。两种信号的转把中，是1.0V～4.2V的转把占绝大多数,单片机根据这个数字量的大小进行PWM脉宽调制。从而控制功率管的导通关闭的比例以控制电机转速的大小。 图4 线性霍尔元件电路原理图 刹把分为机械刹把与电子刹把。机械刹把就是一种机械开关，所以有两条引线。在不刹车时有断开与闭合之分，所以叫常开、常闭。电子刹把是采用开关型霍尔元件，所以有三条引线，分别为信号、电源和地线，在不刹车时也有高低之分。当刹车时，控制器检测到刹车信号，无论转把在什么状态都断开电机供电。 电池电压经两个电阻分压后送至ADC转换成数字量再换算成具体的电压。电量的大小可采样7个发光二极管来指示。当电池电量不足时, 7个发光二极管全部闪烁,提醒用户电量不足,并由软件关闭PWM输出,达到保护蓄电池的目的。 电机电流的大小采用康铜丝电阻作为取样电阻，电阻两端的压降反映了电机电流的大小电压信号经放大器放大后经ADC转换成数字量。设定一个阀值,当数字量达到阀值时,说明电机电流到达上限,应减小输出PWM的占空比,从而减小电机电流,实现对电机的限流保护。 （四）直流电动机调速 与交流电动机相比，直流电动机