電動車電氣實用技術講座電動車控制器部分

第二節  應用單片機HT46R47構成的直流電機控制器
雖然由專用芯片TL494構成的控制器，線路簡潔，可靠性高，但功能單一，無法實現智能化的高要求，因此，必須借助單片機，采用數字技術來實現。圖1-7是用單片機HT46R47（臺灣和泰產）構建的控制器原理圖，它是一個成熟的產品圖，是由天津宏塔電子生產的，型號為ZK3615D，我們以此為典例介紹如下：

1、性能要求

(1)高可靠性功能
防水、防腐、防震，采用環氧樹脂全灌封工藝；
能確保在極限條件下安全可靠的工作，可抗拒線路之間的任何相互短路。

(2)智能輔助功能：
①定速：調速轉把停留在任意角度（任意車速）且12秒內保持不變時，能將車速鎖定（也稱“巡航”）即為定速，其方式分為自動和選擇定速兩種。同時要求在剎車、轉把二次歸零、響應各種保護功能后能夠解除定速。
②速度(Tempo)助力：在騎行時，腳踏軸的轉動速度(Tempo)，通過傳感器送給控制器，控制器控制電機給出一定的電壓，即助力行使；同時要求轉把和速度(Tempo)助力控制可自動切換。
③欠壓保護：當電池電壓下降到預定的欠壓值時，控制器能自動偵測，同時關閉PWM輸出。
④分段限流保護：在騎行狀態下，控制器能自動偵測電池電壓，當電池電壓下降到預定的電壓值時，控制器的最大輸出電流值，會隨之逐漸減少一定的量，直至到欠壓點。
⑤堵轉保護：在任何情況下而導致電機停轉時，控制器能偵測到，且在2秒后自動停止電機供電，以防止燒壞電路。
⑥上電自檢保護：控制器初始上電時，對轉把、剎車開關、助力傳感器等進行安全檢測，控制飛車等不安全故障的出現；同時儀表板能顯示故障點。
⑦智能顯示：控制器通過數字傳輸給譯碼電路通過LED管顯示出當前電池電量及當前控制器工作狀態（電動、助力、定速、發電）、速度(Tempo)、故障點等。

(3)主要參數指標（以36V為例）
①調速占空比：轉把電壓為5V時，輸出1.3～3.8V，0～100％連續可調
②限流保護值：不大于額定工作電流的2.5倍（15A）
③輸出短路保護響應時間：≤12μS
④欠壓保護值：41±0.5V（同時要求有5V的滯回寬度）
⑤定速：轉把停頓15S后自動定速或選擇定速
⑥工作環境溫度：－20～45℃
⑦堵轉保護：堵轉2秒后進入保護

2、線路原理說明

(1)線路原理如圖1-7：

(2)單片機HT46R47的外部接口及內部邏輯功能簡介

①單片機HT46R47的外部接口如圖1-8：

②單片機HT46R47的內部結構邏輯如圖1-9：

③單片機HT46R47的基本功能
A、HALD和喚醒功能可降低功耗
B、在VDD＝5V，系統頻率為8MHZ時，指令周期為0.5μS
C、欠壓監控保護、剎車關閉電路
D、終端功率斬波電路
E、一個8位的PWM（脈寬可調）輸出通道，與輸入/輸出口共用引腳
F、位操作指令
G、查表指令，表格內容字長14位
H、63條指令
I、指令執行時間為1或2個指令周期
J、低電壓復位功能
(3)單片機HT46R47各腳的定義，如圖1-10：

(4)線路設計說明
HT46R47有2K×14的程序空間，比業內很多品牌的MCU多1K程序，可有更多的程序空間實現輔助功能。用A/D轉換完成：轉把采樣、電流采樣、電池電壓測量、PWM輸出控制電機轉速、巡航定速（手動、自動）、助力功能、制動斷電、故障自檢、防飛車、顯示故障點等諸多功能。利用內部振蕩器，只要在OSCI上接電阻R11、C10即可產生8MHZ時鐘。
①欠壓保護：由R3、R4、C5構成分壓電路，電源經R3、R4所分得的電壓輸入到MCUA/D口適時監控電源電壓，一旦低于所設定的電壓值MCU便產生中斷，進入欠壓保護狀態。
②助力：助力脈沖信號給MCU5腳。
③轉把、限速：轉把電壓1～4V信號，輸入給MCU6腳A/D口，外部限速經一下拉電阻，將轉把電壓下拉一定的幅值（R5、R6分壓）。
④顯示電路：由MCU的2、3、4腳輸出指令數據，與外設譯碼電路串口聯結，構成顯示電路，實時顯示電動自行車的運行狀態。
⑤剎車：MCU的18腳接剎車信號，當18腳電壓為低電平時，即剎車接地，MCU產生中斷，PWM輸出停止。
⑥模式選擇：MCU的1腳接模式選擇信號，當1腳電壓為低電平時，即模式選擇。
⑦電流閉環控制回路
由外設IC6A、R28、R29構成的同相放大器、檢測信號電阻R26、及R42、C17構成的RC濾波電路、和MCU（內部9位A/D）的8腳輸入口構成電流閉環控制回路。工作過程是：從R26上獲取壓降，既電流檢測信號，RC濾波后輸入到放大電路的輸入端，再經放大后為MCU（8腳）A/D提供電流檢測信號，形成電流回路的閉環控制。
⑧PWM終端功率斬波電路
主要由MOS功率開關管T5、快恢復二極管D3、電機M、施密特放大器（T1、T2、T3、D2、）等構成，工作過程是：MCU的PWM信號為高電平時，經三級開關放大為MOS管柵極電壓，使MOS管導通；PWM信號為低電平時，T1截止、T2導通，MOS管柵極電壓為低，使MOS管關斷。快恢復二極管D3的作用是：將電機關斷時所產生的反電勢續流。
⑨輸出短路中斷保護電路
由外設IC6B及R42、R43基準分壓電路構成比較器與MCU的內部中斷口17腳構成，檢測信號從功率斬波電路中R26上取得，短路電流超過預設值后，比較器的輸出由原來的低電平轉為高電平到17腳，使MCU產生中斷，實現輸出短路保護。
⑩穩壓電路
由降壓電阻R1、集成穩壓塊IC3構成。
電源電壓經R1降壓后，穩壓管Z1將電壓鉗位在15V，再經穩壓塊78L05穩壓在5V。
3、軟件設計
軟件設計主要包括以下幾個功能模塊
(1)上電自檢
(2)面板顯示通訊程序
(3)助力信號測量
(4)轉把控制
(5)電機速度(Tempo)控制
(6)電池電壓測量
(7)定速剎車等控制
4.軟件運行流程，如圖1-11：
5.軟件部分源代碼（C語言）
注：單片機HT46R47資源定義部分，可結合HT46R47資料閱讀。
voidInitial(){//MCU初始化
#asm
mova,40h
mov[01h],a
clrram:
clr[00h]
inc[01h]
mova,0ffh
suba,[01h]
snz[0ah].2
jmpclrram
#endasm
_pwm=0x00;
_pdc=0x00;//0000,0000
_pd=0x00;
_pac=0x78;//0111,1000
_pbc=0x0f;//0000,1111
_pa=0x00;
//_pb=0x00;
_intc=0x06;
_tmr=0x00;//初始化一下定時器0，和定時器1
_tmrc=0x83;//0x83;//1000,0011;8分頻1M4US*256=2MS
}
voidisr_8()//定時哭中斷
{
TMR*ptmr;//;為記時器處理*
INT8Ui;
ptmr=&TmrTbl[0];
for(i=0;i<TMR_MAX_TMR;i++){
if(ptmr->TmrEn==TRUE){
if(ptmr->TmrCtr>0){
ptmr->TmrCtr--;
if(ptmr->TmrCtr==0){
ptmr->TmrEn=FALSE;ptmr->TmrEnd=TRUE;
}
}
}
ptmr++;
}
}
voidLedScan()//74LS164顯示驅動
{
INT8Uj;
if((DispSegEn[0]=1)|(DispSegEn[1]=1)){
for(DispSegTblIX=0;DispSegTblIX<2;DispSegTblIX++){
dispscan=DispSegTbl[DispSegTblIX];
for(j=0;j<8;j++){
SCL_164=0;
if(dispscan&0x80){
SDA_164=0;
}else{
SDA_164=1;
}
SCL_164=1;
dispscan<<=1;
}
}
DispSegEn[0]=0;
DispSegEn[1]=0;
}
}
voidHandCheck()//轉把計算
if(HandVol>HAND_VOL_MIN){
if((HandVol-HAND_VOL_MIN)>127){
PwmValHand=0xFF;
}else{
PwmValHand=(HandVol-HAND_VOL_MIN)<<1;//PWM輸出
}
if(PwmValHand>=PWM_OUT_MAX){
PwmValHand=PWM_OUT_MAX;
}
}else{
PwmValHand=0;
}
}
voidisr_4(){//短路保護
PWM_OUT_IO=0;
RunErr=TRUE;
}
voidmain()
{
_pwm=0x00;
if(_to==0){
Initial();
}
_clrwdt();
TmrInit();//記時器初始化
TmrSetT(0,0x03);//24ms測一次手柄
TmrStart(0);
TmrSetT(1,0x50);//自檢時測手柄間隔
TmrStart(1);
TmrSetT(2,0x02);//4MS測助力
TmrStart(2);
while(1){
_clrwdt();
KeyMenu();
HlpPower();//助力
HandCheck();//手柄采樣
BatCheck();//電池測量
PwmValCu（）;
……