單片機PICl6F72控制電瓶車
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一、電路簡介與自檢
開通電門鎖，48V電瓶直流電經(jīng)電門鎖線輸入到控制器，一路經(jīng)R3、R13、R4等送入U6的③腳作電瓶欠壓檢測用，另一路送入U13、U14、U15輸出+15V和+5V給IC和末級驅(qū)動供電。單片機PICl6F72的⑨、⑩腳外接16MHz晶體，①腳外接R13、C25組成復位電路，電門鎖開鎖，單片機得電工作后即進入初始化自檢狀態(tài)，它主要檢測：
1．由R3、R73、R4、R11、C2l等組成的電池欠壓檢測電路(典型值U6的③腳輸入3.8V)。
2．由R5、R6、U1等組成的末級電流檢測和過流保護電路(正常值Ul的⑦腳輸出0V，①腳輸出約3.6V)。
3．轉(zhuǎn)把復位信號(正常值U6的⑥腳輸入約0.8V的低電平)。
4．剎車復位信號(正常值U6的⑦腳輸入4.8V高電平)。
5．電機霍爾元件檢測到的無刷電機相位信號(正常時至少有一根霍爾線輸入為4.1V，其他為0V)。
自檢后的狀態(tài)由LED2顯示結(jié)果，以下是參照值(具體顯示與單片機的程序設(shè)計有關(guān))。
閃l停l--自檢正常通過
閃2停l--欠壓
閃3停l--LM358故障
閃4停1--電機霍爾信號故障
閃5停l--下管故障
閃6停l--上管故障
閃7停1--過流保護
閃8停l--剎車保護
閃9停1--手把地線斷開
閃10停1--手把信號和手把電源線短路
閃l停11--上電時手把信號未復位
若自檢正常通過，當轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把時，U6根據(jù)轉(zhuǎn)把輸出電壓的大小，將相應(yīng)脈沖寬度的載波信號與三路驅(qū)動上下管的換相導通信號混合，從而達到控制無刷電機速度的目的，不同的速度對應(yīng)不同的電機電流，同時行駛速度與電機換相頻率成正比。
電路中，末級功率管V1和V2，V3和V4分別為無刷電機U相的上、下路驅(qū)動管；V5和V6，V7和V8分別為無刷電機V相的上、下路驅(qū)動管；V9和V10，Vll和V12分別為無刷電機W相的上、下路驅(qū)動管。U2為下管驅(qū)動IC，U4為上管驅(qū)動IC；U3、U5為上、下管R55、R56(康銅絲)串接在末級功率管的地線上，因而末級功率管的電流變化會在R55、R56上產(chǎn)生壓降，所以由R5、R6和Ul等組成的電流檢測電路可以隨時檢測無刷電機電流的大小，避免過流損壞電機。由R3、R73、R4、R11、C21、U6等組成欠壓保護電路，當蓄電池電壓下降到設(shè)定值時，U6即停止輸出，避免電池過度放電。此外U6分別為模擬三相交流電的6組上下功率管輸入預先設(shè)定的換相信號，這6組上、下功率管必須按嚴格順序依次導通和關(guān)閉，其次U6處理轉(zhuǎn)把的調(diào)速電壓并輸出PWM(即脈沖寬度調(diào)制)信號和U6輸出的換相信號在后級電路中混合疊加輸出控制電壓，去分別控制3路上、下功率管的導通和截止。
二、故障檢修
在檢修時，首先要排除短路故障，特別是末級功率管。在電門鎖一側(cè)，可以斷開電門鎖插接件測電流，若為正常的約65mA則說明控制器前級無短路。
其次當無短路而電機不轉(zhuǎn)時，要先檢查初始化自檢條件是否正常(如前面所述)。
檢查電機霍爾元件好壞的一種簡單方法：打開電門鎖，用不帶阻尼的指針式(下同)萬用表交流10V擋分別測U6的?、?和?腳即電機霍爾的w、V和u相的輸入端，用手慢慢轉(zhuǎn)動電機輪，如果看見表上的指針在0～4V左右擺動，則說明電機霍爾元件基本正常。
檢查控制器前級是否正常的方法，先要控制器自檢通過，觀察LED2即自檢燈看出正常與否，若LED2閃一次停一次，說明自檢通過，否則應(yīng)檢查自檢燈指示的相關(guān)故障電路，自檢正常通過后，月萬用表交流10V擋測試U6的○26、○27和○28腳(即下管換相信號)，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把使電機輪盡量旋轉(zhuǎn)慢一點，若表針在O～4V左右擺動，再測U6的23、24和⑤腳(即上管換相信號)，表針應(yīng)在O～2V左右擺動。然后測U6的13腳(即PWM輸出腳)，此點電壓隨轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動而變化若為0V～4.8V，說明單片機U6輸出基本正常。
電機電流檢測和保護電路由電流取樣電咀R5、R6和U1等組成，當無刷電機電流增大到使Ul的②腳電壓大于③腳約O.23V時，U1的①腳電壓跳變至低電平，U6的21腳變?yōu)榈碗娖?，單片機進入過流保護狀態(tài)。
PIC單片機控制的電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)C程序
#include
//電動車雙閉環(huán)程序，采用雙閉環(huán)方式控制電機，以得到最好的zh轉(zhuǎn)速性能，并且可以
//限制電機的最大電流。本應(yīng)用程序用到兩個CCP部件，其中CCP1用于PWM輸出，以控
//制電機電壓；CCP2用于觸發(fā)AD，定時器TMR2、TMR1，INT中斷，RB口電平變化中斷，
//看門狗以及6個通用I/O口
#defineAND0xe0//狀態(tài)采集5，6，7位
#defineCURA0X0a//電流環(huán)比例和積分系數(shù)之和
#defineCURB0X09//電流環(huán)比例系數(shù)
#defineTHL0X6400//電流環(huán)最大輸出
#defineFULLDUTY0X0FF//占空比為1時的高電平時間
#defineSPEA0X1d//轉(zhuǎn)速環(huán)比例和積分系數(shù)之和
#defineSPEB0X1c//轉(zhuǎn)速環(huán)比例系數(shù)
#defineGCURHILO0X0330//轉(zhuǎn)速環(huán)最大輸出
#defineGCURH0X33//最大給定電流
#defineGSPEH0X67//最大轉(zhuǎn)速給定
#defineTSON0X38//手柄開啟電壓1.1V，TSON*2為剎車后手柄開啟電壓，即
//2.2V
#defineVOLON0X4c//低電壓保護重開電壓3.0V即33V
#defineVOLOFF0X49//低電壓保護關(guān)斷電壓2.86V即31.5V
volatileunsignedcharDELAYH,DELAYL,oldstate,speed,
speedcount,tsh,count_ts,count_vol,gcur,currenth,
voltage;//寄存器定義
staticbitsp1,spe,ts,volflag,spepid,lowpower,
off,shutdown,curpid;//標志位定義
staticvolatileunsignedcharnew[10]={0xaf,0xbe,0xff,0x7e,0xcf,
0xff,0xd7,0x77,0xff,0xff};//狀態(tài)寄存器表
//------------PIC16F877初始化子程序------------
voidINIT877()
{
PORTC=0X0FF;//關(guān)斷所有MOSFET
TRISC=0X02;//設(shè)置C口輸出
PIE1=0X00;//中斷寄存器初始化，關(guān)斷所有中斷
TRISA=0XCF;//設(shè)置RA4,RA5輸出
TRISB=0XEF;//RB口高三位輸入，采集電機三相的霍爾信號
PORTC=new[(PORTB&AND)>>5];//采集第一次霍爾信號，并輸出相應(yīng)的信號，導通
//兩個MOS管
T2CON=0X01;//TMR24分頻
CCPR1L=0X0FF;//初始時PWM輸出全高
CCP1CON=0X0FF;//CCP1設(shè)置為PWM方式
CCP2CON=0X0B;//CCP2設(shè)置為特殊方式，以觸發(fā)AD
ADCON0=0X81;//AD時鐘為32分頻,且AD使能,選擇AN0通道采集手
//柄電壓
TMR2=0X00;//TMR2寄存器初始化
TMR1H=0X00;//TMR1寄存器初始化
TMR1L=0X00;
T1CON=0X00;//TMR1為1分頻
CCPR2H=0X08;
CCPR2L=0X00;//電流采樣周期設(shè)置為TAD=512μs
PR2=0XC7;//PWM頻率設(shè)置為5kHz
ADCON1=0X02;//AD結(jié)果左移
OPTION=0XFB;//INT上升沿觸發(fā)
TMR2ON=1;//PWM開始工作
INTCON=0XD8;//中斷設(shè)置GIE=1,PEIE=1,RBIE=1
ADIE=1;//AD中斷使能
speedcount=0x00;//轉(zhuǎn)速計數(shù)寄存器
speed=0x7f;//轉(zhuǎn)速保持寄存器
spe=1;//低速標志位
sp1=1;//低速標志位
oldstate=0x0ff;//初始狀態(tài)設(shè)置，區(qū)別于其他狀態(tài)
count_ts=0x08;//電流采樣8次,采集1次手柄
count_vol=0x00;//采樣256次手柄,采集1次電池電壓
ts=1;//可以采集手柄值的標志位
ADGO=1;//AD采樣使能
TMR1ON=1;//CCP2部件開始工作
}
//------------延時子程序---------------
#pragmainterrupt_level1
voidDELAY1(x)
charx;
{
DELAYH=x;//延時參數(shù)設(shè)置
#asm
DELAY2MOVLW0X06
MOVWF_DELAYL
DELAY1DECFSZ_DELAYL
GOTODELAY1
DECFSZ_DELAYH
GOTODELAY2
#endasm
}
//-----------狀態(tài)采集子程序----------------------
voidsample()
{
charstate1,state2,state3,x;
do{
x=1;
state1=(PORTB&AND);//霍爾信號采集
DELAY1(x);
state2=(PORTB&AND);
}while(state1-state2);//當三次采樣結(jié)果不相同時繼續(xù)采集狀態(tài)
if(state1-oldstate!=0)//看本次采樣結(jié)果是否與上次相同，不同
//則執(zhí)行
{oldstate=state1;//將本次狀態(tài)設(shè)置為舊狀態(tài)
state1=(oldstate>>5);
PORTC=new[state1];//C口輸出相應(yīng)的信號觸發(fā)兩個MOS管
if(sp1==1){spe=1;sp1=0;}
else{//如果轉(zhuǎn)速很低，則spe置1
spe=0;sp1=0;
speedcount<<=1;
state3=(TMR1H>>2);//否則，spe=0,計轉(zhuǎn)速
speed=speedcount+state3;//speed寄存器為每256μs加1
}
speedcount=0;
}
}
//-----------------AD采樣子程序----------------------
voidAD()
{
charx;
ADIF=0;//清AD中斷標志位
if(ts==1){//如果為手柄采樣，則采樣手柄值
CHS0=1;//選擇電流采樣通道
count_vol=count_vol+1;//電池采樣計數(shù)寄存器
spepid=1;//置轉(zhuǎn)速閉環(huán)運算標志
ts=0;tsh=ADRESH;//存手柄值
if(count_vol==0){//如果電池采樣時間到，則選擇AN2通道，采集電池電壓
CHS0=0;CHS1=1;volflag=1;x=1;DELAY1(x);ADGO=1;
}
}
elseif(volflag==1){//電池采樣完畢，進行相應(yīng)的處理
CHS1=0;CHS0=1;volflag=0;voltage=ADRESH;lowpower=1;
}
else{//否則，中斷為采樣電流中斷
speedcount=speedcount+1;//speedcount寄存器加1，作為測量轉(zhuǎn)速用
if(speedcount>0x3d)sp1=1;//如果轉(zhuǎn)速低于1000000μs/(512μs*3eh*3)
//則認為為低速狀態(tài)
currenth=ADRESH;
curpid=1;
count_ts=count_ts-1;
if(count_ts==0){//如果手柄時間到，則轉(zhuǎn)入手柄采樣通道
CHS0=0;count_ts=0x08;ts=1;x=1;DELAY1(x);ADGO=1;
}
}
}
//-------------剎車處理子程序------------------
voidBREAKON()
{
charx;
off=0;//off清零，如果是干擾則不復位
shutdown=0;
if(RB0==1){//如果剎車信號為真，則停止輸出電壓
ADIE=0;//關(guān)AD中斷
INTE=0;//關(guān)剎車中斷
CCPR1L=FULLDUTY;//輸出電壓0
TMR1ON=0;//關(guān)CCP2，不再觸發(fā)AD
for(;ADGO==1;)continue;//如正在采樣，則等待采樣結(jié)束
ADIF=0;//ADIF位清零
CHS0=0;//選擇通道0采樣手柄
CHS1=0;
x=1;
DELAY1(x);
do{
ADGO=1;
for(;ADIF==0;)continue;
ADIF=0;
CCPR1L=FULLDUTY;
asm("CLRWDT");
tsh=(ADRESH>>1);
}while(tsh>TSON||RB0==1);//當手柄值大于2.2V或剎車仍舊繼續(xù)時,執(zhí)行以
//上語句
off=1;//置復位標志
}
}
//---------欠保護子程序-------------------
voidPOWER()
{
charx;
lowpower=0;
voltage>>=1;//電壓值換為7位，以利于單字節(jié)運算
if(voltage
ADIE=0;
INTE=0;
TMR1ON=0;
CCPR1L=FULLDUTY;
for(;ADGO==1;)continue;
ADIF=0;
CHS0=0;CHS1=1;
x=1;
DELAY1(x);
do{ADGO=1;
for(;ADIF==0;)continue;
ADIF=0;
voltage=(ADRESH>>1);
CCPR1L=FULLDUTY;
asm("CLRWDT");
}while(voltage
off=1;//置復位標志
}
}
//------------電流環(huán)運算子程序-----------------
voidCURPI()
{staticintcurep=0x00,curek=0x00,curuk=0x00;
uniondata{intpwm;
chara[2];}b;//定義電流環(huán)運算寄存器
curpid=0;//清電流運算標志
curep=curek*CURB;//計算上一次偏差與比例系數(shù)的積
if(currenth<2)currenth=2;//如果采樣電流為零，則認為有一個小電流以利于
//使轉(zhuǎn)速下降
currenth>>=1;
curek=gcur-currenth;//計算本次偏差
curuk=curuk+curek*CURA-curep;//按閉環(huán)PI運算方式得到本次輸出結(jié)果，下
//面對結(jié)果進行處理
if(curuk<0x00){//如果輸出小于零，則認為輸出為零
curuk=0;CCPR1L=FULLDUTY;CCP1X=0;CCP1Y=0;
}
elseif(curuk-THL>=0){//如果輸出大于限幅值，則輸出最大電壓
curuk=THL;CCPR1L=0;CCP1X=0;CCP1Y=0;
}
else{//否則，按比例輸出相應(yīng)的高電平時間到CCPR1寄存器
b.pwm=THL-curuk;
b.pwm<<=1;
CCPR1L=b.a[1];//CCPR1L=(b.pwm>>8)&0x0ff;將PWM寄存器的高半字節(jié)
if(b.pwm&0x80!=0)CCP1X=1;
elseCCP1X=0;
if(b.pwm&0x40!=0)CCP1Y=1;
elseCCP1Y=0;
}
}
//---------------轉(zhuǎn)速環(huán)運算子程序-----------------------
voidSPEPI()
{staticintspeep=0x00,speek=0x00,speuk=0x00;
inttsh1,speed1;//轉(zhuǎn)速寄存器定義
spepid=0;//清轉(zhuǎn)速運算標志
if(spe==1)speed1=0x00;//若轉(zhuǎn)速太低，則認為轉(zhuǎn)速為零
elsespeed1=0x7f-speed;//否則計算實際轉(zhuǎn)速
if(speed1<0)speed1=0;
speep=speek*SPEB;
tsh1=tsh-0x38;//得到計算用的手柄值
speek=tsh1-speed1;
if(tsh1<0){speuk=0;gcur=0;}//當手柄值低于1.1V時，則認為手柄給定為零
else{//否則，計算相應(yīng)的轉(zhuǎn)速環(huán)輸出
if(tsh1>=GSPEH)//限制最大轉(zhuǎn)速
tsh1=GSPEH;
speuk=speuk+speek*SPEA-speep;//計算得轉(zhuǎn)速環(huán)輸出
if(speuk<=0X00){speuk=0x00;gcur=0x00;}//轉(zhuǎn)速環(huán)輸出處理
elseif(speuk>GCURHILO){//轉(zhuǎn)速環(huán)輸出限制，即限制最大電流約12A
speuk=GCURHILO;gcur=GCURH;}
else{//調(diào)速狀態(tài)時的輸出
gcur=(speuk>>4)&0x0ff;
}
}
}
//-----------主程序-------------------------
main()
{
for(;;){
INIT877();//單片機復位后，先對其進行初始化
off=0;//清復位標志
for(;off==0;){//復位標志為零，則執(zhí)行下面程序，否則復位
if(curpid==1)CURPI();//電流PI運算
elseif(spepid==1)SPEPI();//轉(zhuǎn)速PI運算
elseif(lowpower==1)POWER();
elseif(shutdown==1)BREAKON();
asm("CLRWDT");
}
}
}
//---------中斷服務(wù)子程序---------------------
#pragmainterrupt_level1
voidinterruptINTS(void)
{
if(RBIF==1){RBIF=0;sample();}
elseif(ADIF==1)AD();
elseif(INTF==1){shutdown=1;INTF=0;}//剎車中斷來，置剎車標志
1復位端口5V
2電流檢測<1v
3電池電壓檢測>3V
4電機相序選擇>2V120度否則60度
5轉(zhuǎn)把信號1-4V
7剎車信號>4V
8，19地
13PWM信號輸出
15，16，17電機豁爾信號輸入端
18指示燈
20電源5V
21過流正常時為5V
23-28驅(qū)動信號輸出
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