基于STCl2C5410AD的電動車無刷電機(jī)控制器檢測
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伴隨著城市化進(jìn)程，人們生活的交通距離不斷擴(kuò)大，代替燃油汽車和自行車的電動車的普及大幅度的提高了電力資源的利用效率，促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。電動自行車以電力作動力，騎行中不產(chǎn)生污染，無損于空氣質(zhì)量。從改善人們的出行方式、保護(hù)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件許可情況等因素綜合來看，電動自行車目前乃至今后都有著廣闊的發(fā)展空間。電動自行車所用直流電機(jī)分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩種。其中有刷電機(jī)控制較簡單。但其易磨損的電刷帶來維修保養(yǎng)工作量相對較大、使用壽命相對較短等缺點(diǎn)。而直流無刷電機(jī)本身沒有易磨損部件，電機(jī)壽命長，維修保養(yǎng)工作量小。但直流無刷電機(jī)采用電子換向原理工作，其控制過程比有刷電機(jī)復(fù)雜得多，因此對控制器質(zhì)量的要求也高得多。
目前電動自行車采用的直流無刷電機(jī)都是三相電機(jī)，電角度有60°和120°兩種。電機(jī)極數(shù)大部分為18極，也有16極、20極等。控制器根據(jù)霍爾反饋的電機(jī)電極位置，控制相應(yīng)的功率驅(qū)動管的開通或關(guān)斷，在定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
為了判斷無刷控制器是否能夠正常運(yùn)行，也就是檢測轉(zhuǎn)把和剎車功能是否正常，判斷控制器的角度是60°還是120°，并且確定繞組A，B，C相與位置信號a，b，c之間的對應(yīng)關(guān)系，正確地將控制器與電機(jī)進(jìn)行連接，現(xiàn)在很多的檢測儀器都采用模擬電路，使得結(jié)果不是很精確，而且需要的電路也很復(fù)雜，成本很大。設(shè)計(jì)采用STCl2C5410AD單片機(jī)作為控制芯片，大大簡化了硬件電路，以軟件編程來實(shí)現(xiàn)。
l 電動車無刷電機(jī)控制器簡介
控制器由周邊器件和主芯片(或單片機(jī))組成。周邊器件是一些功能器件，如執(zhí)行、采樣等，它們是電阻、傳感器、橋式開關(guān)電路，以及輔助單片機(jī)或?qū)Ｓ眉呻娐吠瓿煽刂七^程的器件；單片機(jī)也稱微控制器，是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號語言的譯碼器、鋸齒波發(fā)生器和脈寬調(diào)制功能電路以及能使開關(guān)電路功率管導(dǎo)通或截止、通過方波控制功率管的的導(dǎo)通時(shí)間以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的驅(qū)動電路、輸入輸出端口等集成在一起，而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)片。這就是電動自行車的智能控制器。
控制器的設(shè)計(jì)品質(zhì)、特性、所采用的微處理器的功能、功率開關(guān)器件電路及周邊器件布局等，直接關(guān)系到整車的性能和運(yùn)行狀態(tài)，也影響控制器本身性能和效率。不同品質(zhì)的控制器，用在同一輛車上，配用同一組相同充放電狀態(tài)的電池，有時(shí)也會在續(xù)駛能力上顯示出較大差別。
目前，電動自行車所采用的控制器電路原理基本相同或接近。有刷和無刷直流電機(jī)大都采用脈寬調(diào)制的PWM控制方法調(diào)速，只是選用驅(qū)動電路、集成電路、開關(guān)電路功率晶體管和某些相關(guān)功能上的差別。元器件和電路上的差異，構(gòu)成了控制器性能上的不同。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
為了判斷無刷控制器是否正常，測量控制器各個(gè)部分的輸出信號是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠接收電機(jī)、轉(zhuǎn)把、剎車的信號，判斷這個(gè)控制器是否能實(shí)現(xiàn)其需要實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)要檢測控制器的轉(zhuǎn)把和剎把是否有穩(wěn)定的5 V電壓輸出，判斷控制器的角度，以及判斷霍爾控制線相序及與其對應(yīng)的電機(jī)電源相序是否一致。只有位置傳感器信號和繞組A，B，C正確連接才能使電機(jī)正常運(yùn)行。圖1為電路整體設(shè)計(jì)原理圖，系統(tǒng)采用STCl2C5410AD單片機(jī)作為主要控制芯片。STCl2C5410AD系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘／機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，4路PWM，8路高速10位A／D轉(zhuǎn)換，專門針對強(qiáng)干擾場合電機(jī)控制。
2．1 橋式整流電路
因?yàn)榭刂破鞴ぷ餍枰氖侵绷麟?，所以需要加個(gè)整流電路。系統(tǒng)選用的是單相橋式整流電路。這種電路只要將四只二極管口連接成“橋”式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)。
2．2 剎車與轉(zhuǎn)把信號的檢測
剎車信號高低電位的變化，是控制器識別電動車是否處于剎車狀態(tài)，從而判斷控制器是否給電機(jī)供電的依據(jù)。只要將剎車和轉(zhuǎn)把信號的輸出端接到STCl2C5410AD單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換端P16和P17，便能檢測輸出是否正常。
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