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SPMC65P2404A在电动自行车中的应用
文章来源:凌阳单片机推广中心  发布时间:2006-3-14 14:28:56

摘  要:本文主要介绍电动自行车主控板方案的实现。本设计以凌阳科技公司的8位单片机SPMC65P2404A为核心,采用直流无刷电机,具有堵转断流、电子刹车、自动巡航、过流保护等功能,实现了电动自行车的低成本、高性能。SPMC65P2404A良好的性能和合理的资源非常适合于电动自行车。

关键词:电动自行车  直流无刷电机  凌阳单片机  SPMC65P2404A

引  言

  我国经济高速增长主要因为制造业的发展和城市化进程的加快。但城市化不能以环境作为代价,美化、绿化、亮化城市成为发展焦点所在。电动自行车是近年来发展起来的一种新产品,她采用电力为辅助动力能源,在保留了自行车全部功能的基础上,可以使用洁净的电动能源,大大延长了"自行车"的交通距离,非常适合广大百姓的个人交通工具,而且与大交通发展并无冲突,互为补充。它是城市化进程中一支不可空缺的生力军。

  从1998年全国销售12万辆到2003年430万辆的增长,足以说明这一产品的生命力。随着《道路交通安全法》的颁布并将其明确列为非机动车管理,电动自行车从去年10月份起更是产销两旺。它以轻便、安全、环保、使用费用低等显著优点倍受消费者青睐。其逐步替代传统的自行车已是必然的趋势。

  专家预计,随着电动自行车在许多城市合法上路,到2008年,我国电动自行车年销量可达1000万辆。

  这篇文章的主要目的是希望能够大力推动SPMC65系列芯片的应用,并根据国家标准验证其性能,走进国内各家电生产厂家。

1 工作原理

  电动自行车是具有电力驱动、脚踏驱动、电力和脚踏并用等功效的绿色环保交通工具。电动自行车的原理和结构都不复杂,可以认为是在自行车的基础上加一套电机驱动机构组成(见图 1?1)。蓄电池经过一个控制器给一个电机送电,电机放在后车轮中,电机的旋转带动自行车的行进。电动自行车的控制器连接一个调速手柄,在脚踏中轴上装有助力传感器,转动调速手柄可以让控制器检测到不同的电压值,控制器根据电压值大小,模拟调节输送给电机电压的高低,从而控制了电机的转速。

图 1-1电动自行车控制方框图

  控制器无刷电机控制的方法是根据电机的位置反馈信号,控制电机三相驱动上下臂MOS管的导通和截止,从而实现电子换向。如下图所示,电机为三角形连接,三相驱动上下臂各MOS管导通顺序组合为:V1-V2,V2-V3, V3-V4,V5-V4,V5-V6,V1-V6。

图 1-2驱动电路

2 系统方框图

  电动自行车采用SPMC65P2404A作为主控MCU。MCU主要任务是进行调速电压检测,电池电压检测,电流检测,过流中断检测,3路霍尔位置信号检测,1路霍尔位置信号中断检测,刹车信号检测,1:1助力检测,温度检测,故障显示输出,PWM控制电机转速输出,6路电机驱动输出,系统方框图如下:

图 2-1系统方框图

3 控制器电气规格

  ★型式    :直流无刷     ★额定功率:240W
  ★额定电压:36V          ★额定转速:210R/MIN
  ★额定扭矩:8.5N.M       ★欠压保护:31.5 ± 0.5V
  ★过流保护:15 ± 1A

4 控制器功能介绍

  ★1:1助力;              ★刹车断电,刹车灯供电;
    ★自动巡航;                ★欠压保护( 31.5V ± 0.5 );
    ★电子刹车;                ★休眠省电功能。
    ★过流保护(限流为 15A ± 1 );
  ★堵转断流(倒转,转把复位,重电源,自动复位); 

4.1 1:1助力

  1:1助力,是指在没有旋转调速车把,电动车电池打开时,电动车会根据骑行者的骑行速度提供1:1助力。

4.2 电子刹车

  电子刹车,就是指在刹车时能做到让电机的驱动MOS管上臂(或者下臂)全部导通而下臂(或者上臂)截止,电机三相接线全部短接,能使电机产生阻力,达到刹车的效果。

4.3 自动巡航

  自动巡航,是指把调速车把转到所需的角度,电动自行车达到相应车速后,在5S(时间可变)内调速车把不转动,则电动自行车就保持在这个速度行驶,这时骑行者可以松开调速车把,免去手一直拧着调速车把之累。自动巡航后只有松开调速车把,并重新旋转调速车把,才可以再次调节电动自行车的行驶速度。

4.4 堵转断流

  堵转断流,是指电动自行车超载时,或是在爬坡时电流过大或者是阻力过大时,导致电机停止转动,系统能检测到这种现象,停止对电机的输出,起到保护作用。发生堵转断流后,只要满足倒转,复位调速车把或电源关闭后再重新打开,三个条件中的一个,系统会重新检测是否有堵转,如果恢复正常,系统会重新正常工作。

4.5 智能过流保护

  智能过流保护,一是指在高速时(平坦的道路上),最大电流不可以超过15A;二是速度很低时,尤其是在爬坡时电流不可以超过23A,过流保护的参考极限电流跟当前车速有关。

4.6 智能欠压保护

  智能欠压保护,当蓄电池电压降至额定值的90%,36V电池降为31.5V时,电池自动停止供电,从而防止蓄电池放电过深,受到损害。系统会自动检测电池是否欠压,欠压会停止继续工作。在电池欠压停止工作时,会出现电池电压短时间回升,虽然超过欠压的电压值,但系统应不工作,只有当电池电压稳定到额定电压以上,电动自行车才开始正常工作。

4.7 休眠省电

  当系统在通电状态下,无任何操作,5分钟后会进入到休眠模式,人为转动车轮便可以唤醒系统,继续正常工作。

5 控制板界面

图 5-1系统硬件

6 芯片特性简介

  SPMC65P2404A是由凌阳公司设计开发的8位工业级单片机,采用凌阳SPMC65内核,支持位操作指令。具有强大的定时/计数器、丰富的外部中断源以及ADC、PWM、标准通讯接口SPI等多种功能。适用于通用工控场合、计算机外围控制和家电等。SPMC65P2404A有20管脚和28管脚两种封装。本设计选用28管脚封装,如图 6?1所示。28管脚封装芯片的具体特性如下:
◆ 工作电压:3.0V~5.5V
◆ 工作速度:8MHz
◆ 工作温度:-40℃~85 ℃
◆ 超强抗干扰、抗静电ESD保护能力
◆ 4K byte ROM,192 byte RAM
◆ 23个通用输入输出口
◆ 强大的定时计数器:2个8位、2个16位具有Capture\Compare\PWM功能
◆ 1个1KHz~62.5KHz的时基
◆ 8通道10位精度的ADC(带外部参考电压)
◆ 4个外部中断,12个内部中断
◆ SPI串行通讯接口
◆ 2种省电模式:Halt、Stop
◆ 蜂鸣器输出功能
◆ 4.0V/2.5V可选低电压复位功能
◆ 可编程看门狗功能

图 6-1 SPMC65P2404A*28P封装

7 系统主流程设计

  主程序主要采用时间槽轮循方式,每1MS走一个分支,共分四个分支,便于程序控制和功能增加。

图 7-1主流程图

8 结语

  SPMC65系列芯片以优异的性能和丰富的资源适合于各个公控场合。本设计采用SPMC65P2404A做为主控芯片开发的电动自行车,真正做到低成本、高性能。

9 参考文献

[1] SPMC65编程指南         凌阳科技网站http://www.sunplusmcu.com/
[2] SPMC65P2404A数据手册       凌阳科技网站http://www.sunplusmcu.com/

                            
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