一種通用型電動車自動續(xù)航器的設計與實現(xiàn)

　　1 系統(tǒng)電路分析設計

　　經(jīng)過觀察測量，電池的電壓衰減呈非線性。蓄電池充滿電時電壓緩慢降低，當電壓一旦不足，衰減就是一個越來越快過程。在行駛時，應緩慢提速，不能直接一下就讓它上到高速，這樣電池損耗就非常大。勻速行駛最省電，如果一個過程，我們不提速，也不剎車，就是保持一個速度一直這么開，那么這個過程其實是相當省電的。

　　通過以上調(diào)查分析我們提出了基于恒流源的電動自行車自動續(xù)航器的設計流程，它主要由STC15F408AD 單片機及其外圍電路、電壓檢測電路、測速電路、電源電路、按鍵顯示電路、電壓調(diào)節(jié)電路、聲光報警電路組成。單片機是該控制系統(tǒng)的核心， 其主要功能是根據(jù)電壓檢測電路和測速電路的信息控制電流調(diào)節(jié)電路、聲光報警電路和顯示電路。實現(xiàn)在電壓正常情況下顯示速度與里程，當電壓低于正常值的85% 時，發(fā)出聲關報警，同時啟動恒流電路，控制電動車勻速行駛，達到續(xù)航目的。原理框圖如圖1 所示下：

　　1.1 測速電路

　　采用霍爾傳感器測速。將小磁鐵塊固定在電機的轉(zhuǎn)子上，將霍爾傳感器（開關型）靠近小磁鐵附近，當電機轉(zhuǎn)動以后，磁鐵會在一定的周期內(nèi)靠近傳感器一次，這樣霍爾傳感器將輸出一個高電平，當小磁鐵遠離傳感器時，傳感器輸出一個低電平；利用單片機內(nèi)部定時器，計算出脈沖一個周期的時間，經(jīng)過相關運算處理，就可以算出電機的轉(zhuǎn)速，然后送顯示電路顯示速度和里程。

　　1.2 電池電壓檢測電路

　　電路由二極管VD1， 電阻Ra、Rb 構成， 電阻Ra 和Rb對輸入的電池電壓進行分壓， 經(jīng)過光耦隔離后送到ADC 通道A1 通過控制器的片內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采集分壓后的電壓， 從而進一步計算出分析電池電壓。大于設定值時，LCD 顯示里程和速度，低于設定值時，啟動恒流調(diào)節(jié)電路和聲光報警電路，提示車主注意。

　　1.3 報警電路設計

　　語音報警電路的核心是WTV040 語音芯片。當電動車的行使速度達到或超過測速器預設速度時，單片機往外發(fā)出一個低電平，直接拉低I/O 口電平，使WTV040 語音芯片被觸發(fā)，點亮報警指示進行提示并觸發(fā)語音進行報警。

　　1.4 液晶和鍵盤接口電路的設計

　　STC15F408AD 的I/O 口都是典型的復用端口（ 外圍模塊功能和I/O 端口功能），在對LCD 讀寫操作之前要選擇為I/O端口功能，設置P3、P4 口為輸出口。本系統(tǒng)接口電路端口功能分配如下：P3.5 接到LCD 的E 端口，作為使能端，P3.6 和P3.7 作為控制口分別接到R/W 和RS 引腳。P4.0~P4.7 作為數(shù)據(jù)線分別接到LCD 的DB0~DB7.

　　1.5 恒流源電路

　　當蓄電池電壓低于設定值時，啟動電流調(diào)節(jié)電路，恒流源電路由集成運放和達林頓管構成。STC15F408AD 作為系統(tǒng)控制核心，通過設定D/A 的輸出電壓來控制恒流源的輸出電流，并通過A/D 采樣實現(xiàn)反饋控制以提高輸出電流的精度。該電路實現(xiàn)了35V/3A 的恒定電流輸出。

　　2 軟件設計

　　軟件采用模塊化設計思想，使用C 語言編程， 主要包括初始化子程序、霍爾信號采集子程序、A/D 轉(zhuǎn)換子程序、D/A轉(zhuǎn)換子程序、速度運算子程序、中斷服務子程序、顯示子程序等。

　　在主程序模塊中，包括對各接口的初始化、自行車里程、速度、顯示緩沖存儲單元的初始化、中斷向量的設計以及開中斷、循環(huán)等待等工作。另外，在主程序模塊中還需要設置啟動/清除標志寄存器、里程寄存器、速度寄存器，電流預置值存儲器等，并對它們進行初始化。然后主程序?qū)⒏鶕?jù)各標志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動、清除、計程和計速等不同的操作。

　　3 測試

　　首先根據(jù)電池構造特征和差異，測試時選擇電動自行車用的電池容量10Ah、放電時率為2 小時，它的額定放電電流為10（Ah）/2（h）=5A ;工作能持續(xù)2 小時下降到設定的電壓。

　　將設計電路接入電源測量，以1C 倍率也就是10A 放電時間只能持續(xù)31 分鐘，能夠放出的電量僅為10A×0.52h=5.2Ah.以0.6C 倍率也就是6A 放電時間只能持續(xù)1 小時，能夠放出的電量僅為6A×1h=6Ah.而以0.5C 也就是5A 放電時間可以持續(xù)2 小時，放出電量5A×2h=10Ah.盡管前者的終止電壓比后者低，但能夠放出的電量要小于后者。實測中以0.3C 也就是3A 放電時間可以持續(xù)3.3 小時。因此當電壓下降時，我們采取合理的放電模式，給電流和電機一個最佳配合，確保電動車的正常騎行，是能夠延長騎行里程的。從而證明了基于恒流源電動自行車自動續(xù)航器設計的可行性和實用性。

　　4 結論

　　本設計分為硬件部分和軟件部分，硬件部分著重考慮硬件電路的簡單性，故盡可能簡化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達到硬件電路最優(yōu)化設計。軟件采用模塊化設計思想，程序可讀性強。通過仿真、實驗驗證了系統(tǒng)的可行，能滿足設計要求，可以提高電動自行車整體性能，具有良好的應用前景。