基于单片机的电动车控制器

1、目录1引言 (12总设计方案 (12.1 设计思路 (12.2单片机介绍 (12.3电动车介绍 (12.4 方案论证 (12.5 设计框图 (13设计原理 (23. 1硬件设计 (23.1.1最小系统 (23.1.2控制电路 (33.1.3驱动电路 (33.1.4显示电路 (43.2保护电路 (43. 2. 1 过流、欠压保护电路 (43. 2.2 刹车保护 (53.2.3低压指示灯 (53.3 软件设计 (53.3.1主程序设计 (64结束语 (6参考文献 (7附录1 (8附录2 (9基于单片机控制的电动车控制器摘要:电动车成为人类生活中越来越重要的交通工具。电动车控制器主要有单片机、ADC

2、0809、霍尔传感器、74LS164等组成。通过单片机控制电动车,使电动机转速发生变化达到对电动车的控制的目的。该设计具有结构简单、性能可靠使用方便、可实现较复杂的控制、具有防飞车保护和低压保护等重要的功能。关键词:电动车单片机ADC0809 A44E1 引言单片机的出现给人类生活带来加大方便,使控制系统简单化。本设计主要是设计一个由单片机控制的电动车控制系统,操作者可通过单片机系统控制电动车的转速,其旋转速度和当前电量可以在数码管上显示出来。该设计具有结构简单、性能可靠使用方便。2总设计方案2.1 设计思路根据电动车的工作原理可以知道,电动车控制器是通过霍尔转换器把采集的信号通过ADC080

3、9数模转换器将模拟信号传给单片机,利用单片机控制、驱动电路及显示电路从而达到控制电动车的要求。2.2 单片机介绍单片机即单片微型计算机,是将微处理器,一定容量的RAM和ROM以及I/O口,定时器等电路集成在一块芯片上,构成的单片微型计算机。随着科学的发展,越来越多的智能化产品都用到了单片机,由于单片机的体积小、成本低、功能强被广泛应用于智能化产品和工业自动化上,而51系列单片机是各系列单片机中最典型和最有代表性的一种。2.3 电动车的介绍随着科技的发展,人类生活水平的提高,电动车被越来越多的人使用。而单片机被用于电动车控制器中大大的降低了电动车的成本。电动车控制器主要由以单片机为核心,包括显示

4、电路、驱动驱动等电路系统组成。2.4 方案论证从该系统设计要求可知,通过霍尔传感器感应外界信号传给单片机,由单片机计算出车速并传给数码管显示器显示出来。车速的控制有ADC0809接受的外界数字信号转换成模拟信号传给单片机,有单片机控制其加速或减速。显示系统用串行口输出方式显示,外接串并转换芯片74HC164可以实现静态显示,串口P3.0,P3.1外扩两片74LSHC164串并转换芯片既可满足要求,选用共阳接法的数码管。2.5 设计框图 图1 总体设计框图3 设计原理3.1 硬件设计本设计的硬件电路主要包括最小系统、控制系统、显示系统、驱动电路四大部分组成。最小系统主要是为了是单片机正常工作;控

5、制电路主要由ADC0809组成,有操作者根据相应的工作需求进行操作;显示电路由数码管和74HC164芯片组成,主要是显示电动车的车速;驱动电路有OP07及其他相关元件组成,主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大,从而驱动电机。3.1.1 图2 复位及时钟震荡电路单片机最小系统或者成之为最小应用系统,是指用最少的元件所组成的单片机可以工作的电路系统,而对于51系列的单片机来说,最小系统一般包括:单片机,复位电路,晶振电路。复位电路通常有两种基本形式:上电或开关复位和上电复位。上电复位是要求电路接通电源后,自动实现复位。而上电或开关复位是要求电路接同电源后,单片机自动复位,并在单片机运行期间,用开关

6、操作也能实现复位。常用上电后开关复位。上电后,由于电容C3的充电作用,使RST持续一段时间的高电平,持续两个机器周期以上就将复位。单片机在运行当中时,按下复位健S1后松开,也能使RST为一段时间的高电平,从而实现上电或开关复位的操作。晶振电路:8051单片机的时钟信号通常有两种形式的到,内部震荡方式和外部震荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器或陶瓷谐振器,就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反向放大器,当外接晶振后,就构成了自激振荡器并产生震荡时钟脉冲。内部振荡电路的外部电路图如图2所示。其电容一般在5-30PF。晶振频率的典型值为12MHZ,采用6MHZ的情况也比较

7、多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定,实用电路中使用较多。3.1.2 控制电路ADC0809是CMOS工艺,采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片,28引脚双列直插式封装,片内除A/D转换部分外还有许多模拟开关部分。其电源电压由于是COMS芯片,允许的电压较宽,可以是+5+15V。控制电路由以98C51单片机和ADC0809为主组成的电路,控制信号从ADC0809的12管脚(REF进入,通过ADC0809进行数模转换,将转换成的模拟信号传给单片机由P2进入。再有单片机根据采集的数字量的大小进行,来控制P3.7输出脉冲的占空比进而控制驱动电路功率管的开通与关闭。这样通过改变PWM的方法来控制功率管

8、输出功率进而控制电动机的运行速度,从而进一步控制电动车进行加速或者减速。 图3 控制电路3.1.3 驱动电路从ADC0809转换成的模拟控制信号传给单片机并由其分析转化,使单片机从P3.7管脚输出驱动信号经过OP07放大后,驱动Q1,Q2进而驱动永磁直流电动机进行工作。 图4驱动电路3.1.4 显示电路单片机中通常使用显示器主要有发光二极管显示器,简称LED;液晶显示器,简称LCD;单片机中经常使用7段LED构成字型“8”,另外,还有一个小说点发光二极管,以显示数字、符号及小说点。这种显示器由共阳极和共阴极两种。在显示电路中,主要是利用了单片机的串行口,单片机98C51的串行口是一个全双工的串

9、行通信口,可以作为同步移位寄存器使用,其数据有RXD(P3.0端串行输入和输出;而同步移位时钟有TXD(P3.1端串行输出,在同步时钟的作用下,可以实现由串行到并行的数据通信。在该电路中,主要利用单片机的串行口外加芯片74HC164构成了该电路的显示器。该电路主要用来显示电动车的车速和电动车电瓶的剩余电量,在本电路中数码管使用共阳极的。 图5 显示电路3.2 保护电路3.2.1 电动车在爬坡、顶风等情况下均会产生大电流,影响电机及蓄电池的使用. 另外,蓄电池电量下降到某一值(如80 % 时,不可继续使用,否则会对蓄电池造成不可恢复的损害,所以有必要对过流、欠压进行设定保护. 同时,考虑到蓄电池

10、如果有较大电流放电,即使电量较多,电压也会下降到低点(如欠压设定值 ,而这时,应认为工作正常,以充分发挥电池能力. 具体电路如图6所示从主电路R 上取来的电流反馈信号经滤波后送到放大器A3 ,Vo3 = 1 + R6/ (R5 + W1 3 Vi3 . 如果Vo3> V4 ,则Vo5 为“1”,端10 得到高电平,关闭PWM输出,实现大电流保护. 其设定值可由W1 或V4 调节.另一方面,蓄电池电压U 分压后与Vo3 共同作用于A4 反相端,组成“或非”功能电路. 只有两个信号均为“低”(U 下降到欠压设定值,电流不大于额定值 时,Vo4 为“1”,关闭PWM输出,实现欠压保护. 只要两

11、个输入信号中有一个是“高”(U 不小于欠压设定值,或电流较大 ,Vo4 为”0”. 电路正常可控.本电路为暂态保护,如需对保护时间进行设定,则可对控制信号进行延时保存,直至形成需人工复位的“死保护”3.2.2 刹车保护刹车时,为避免大电流对控制器、电机、蓄电池的冲击,要求在刹车瞬间即刻关闭PWM输出,即关掉电动机电源,电动车随即进行刹车。刹车开关 图7刹车保护3.2.3低压指示灯当电动车电瓶电压小于一定值时,欠压保护电路将会发出一触发信号,触发单片机的低压保护程序,单片机发出信号使发光二极管发光。该电路能提示车主给电动车电瓶充电,具有保护电动车电瓶的作用。 图8 低压指示灯3.3 软件设计通过

12、分析可以看出,可以有多种方法实现该系统的功能,由于随时有可能输入加速、减速信号,因而用中断方式效率最高,本设计主要用到外部中断0,用它来计算车轮旋转圈说,且用定时器T1来记忆固定旋转圈数所需要的时间用以计算车速。而对于低压保护和刹车保护则用查询方式。数码管显示使用静态显示。3.3.1、主程序设计主程序中要完成的工作主要有系统初始值的设置、系统状态的显示、及驱动程序。其中显示程序有电压过低时的警示,车速的显示。驱动程序也就是把霍尔手柄的变动的05v的模拟电压信号通过AD0809转换成数字量用这个数字量作为输出脉冲高低电平的延迟子程序中的参数变量,这样就实现改变PWM占空比从而改变车速的目的。主程

13、序流程如图9所示。 图9主程序流程图4. 结束语本设计主要是体现了单片机在电动车控制器方面的应用。通过这次的课程设计使我在焊接、电路板设计、单片机的理解等方面有了很大的提高。虽然本电路不够完美但还能实现电动车的基本控制要求。通过这次实习,首先,让我培养了独立思考的能力,用一双锐利的眼睛去发现问题。其次,同样再设计中还发现了自己的不足,基本知识理解不透彻。再次让我充分理解了团队合作的力量,和同学们互相帮助,开阔思路。有很多不懂的问题都是在同学们的帮助下完成的。虽然本次设计不够完美但我坚信总有一天我会更好。参考文献1 李朝青. 单片机原理及接口技术(第3版M. 北京: 北京航空大学出版社,2005

14、2 王晓明.电动机的单片机控制(第二版M.北京:北京航空航天大学出版社,20073 蒋辉平.周国雄.单片机原理及应用技术M. 北京:北京航空航天大学出版社,20074 张大明.单片机控制实训指导及综合应用M.北京:机械工业出版社,20075 张迎新.单片机初级教程(第二版M.北京:北京航空航天大学出版社,20066 刘玉宾.朱焕立.单片机原理及接口技术M.北京:机械工业出版社,20047 谢自美.电子线路设计实验测试(第三版M.武汉:华中科技大学出饭社,20068 童诗白.华成英. 模拟电子技术基础(第三版 M.北京: 高等教育出版社,20019 万光毅.单片机实验与实践教程(第二版 M.北京

15、: 北京航空航天大学出版社,2006年,第2版10 周润景.袁伟亭.景晓松Proteus在MCS-51&ARM7系统中的应用M. 北京:电子工业出版社,2006附录1 总图V 附录 2 总程序HICOUNT EQU 72HLOWCOUNT EQU 71HTOCOUNT EQU 70HSCOUNT EQU 60HADC EQU 35HST BIT P1.2OE BIT P1.4EOC BIT P1.3PWM BIT P3.7ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INSERO主程序ORG 0030HMAIN:SETB EASETB EX0MOV P0,#00HMO

16、V P1,#00HSETB P1.0MOV TH1,#3CHMOV TL1,#0B0HWAIT:JB P1.1,LOWPOWERJNB TF1,GOON1INC R0GOON1:CJNE R0,#0FEH,GOON2MOV 71H,#00HMOV 72H,#00HGOON2:LJMP OUTPUTSPEEDJNB P1.0,STOPCLR STSETB STCLR JNB ST EOC,$ SETB OE MOV ADC,P2 CLR OE SETB PWM MOV A,ADC LCALL DELAY CLR MOV PWM A,#255 SUBB A,ADC LCALL DELAY SJMP

17、 WAIT 延时子程序 DELAY: MOV R6,#1 D1: DJNZ R6,D1 DJNZ ACC,D1 RET 刹车时停止 PWM 输出子程序 STOP: CLR PWM RET 电池电压过低警示子程序 LOWPOWER: MOV P1,#0FEH RET 电动车时速显示子程序 OUTPUTSPEED: PUSH PSW PUSH ACC LJMP TOSPEED MOV R1,LOWCOUNT MOV A,R1 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A KLO: JNB TI,KLO CLR TI INC R1 10 MOV A,R1 MOV DP

18、TR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV SBUF,A POP ACC PUSH PSW RET 求时速子程序 TOSPEED: PUSH PSW PUSH ACC MOV R6,#02H MOV R5,#0D0H DV: SO: CLR C MOV R7,#08H MOV A,R5 RLC A MOV R5,A MOV A,R6 RLC A MOV 07H,C CLR C SUBB A,TOCOUNT JB 07H,S1 JNC S1 ADD A,TOCOUNT SJMP S1: INC S2: MOV R6,A DJNZ R7,SO MOV A,R5 DA A MOV R5,A ANL A,#0FH MOV LOWCOUNT,A R5 S2 11 MOV A,R5 SWAP A ANL A,#0FH MOV HICOUNT,A POP ACC POP PSW RET 外部中断 0 中断服务子程序 INSERO: PUSH