SPMC65P2404A在電動自行車中的應(yīng)用

引 言

　　我國經(jīng)濟高速增長主要因為制造業(yè)的發(fā)展和城市化進程的加快。但城市化不能以環(huán)境作為代價，美化、綠化、亮化城市成為發(fā)展焦點所在。電動自行車是近年來發(fā)展起來的一種新產(chǎn)品，她采用電力為輔助動力能源，在保留了自行車全部功能的基礎(chǔ)上，可以使用潔凈的電動能源，大大延長了"自行車"的交通距離，非常適合廣大百姓的個人交通工具，而且與大交通發(fā)展并無沖突，互為補充。它是城市化進程中一支不可空缺的生力軍。

　　從1998年全國銷售12萬輛到2003年430萬輛的增長，足以說明這一產(chǎn)品的生命力。隨著《道路交通安全法》的頒布并將其明確列為非機動車管理，電動自行車從去年10月份起更是產(chǎn)銷兩旺。它以輕便、安全、環(huán)保、使用費用低等顯著優(yōu)點倍受消費者青睞。其逐步替代傳統(tǒng)的自行車已是必然的趨勢。

　　專家預(yù)計，隨著電動自行車在許多城市合法上路，到2008年，我國電動自行車年銷量可達1000萬輛。

　　這篇文章的主要目的是希望能夠大力推動SPMC65系列芯片的應(yīng)用，并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)驗證其性能，走進國內(nèi)各家電生產(chǎn)廠家。

1工作原理

　　電動自行車是具有電力驅(qū)動、腳踏驅(qū)動、電力和腳踏并用等功效的綠色環(huán)保交通工具。電動自行車的原理和結(jié)構(gòu)都不復(fù)雜，可以認為是在自行車的基礎(chǔ)上加一套電機驅(qū)動機構(gòu)組成(見圖 1?1)。蓄電池經(jīng)過一個控制器給一個電機送電，電機放在后車輪中，電機的旋轉(zhuǎn)帶動自行車的行進。電動自行車的控制器連接一個調(diào)速手柄，在腳踏中軸上裝有助力傳感器，轉(zhuǎn)動調(diào)速手柄可以讓控制器檢測到不同的電壓值，控制器根據(jù)電壓值大小，模擬調(diào)節(jié)輸送給電機電壓的高低，從而控制了電機的轉(zhuǎn)速。

圖 1－1電動自行車控制方框圖

　　控制器無刷電機控制的方法是根據(jù)電機的位置反饋信號，控制電機三相驅(qū)動上下臂MOS管的導(dǎo)通和截止，從而實現(xiàn)電子換向。如下圖所示，電機為三角形連接，三相驅(qū)動上下臂各MOS管導(dǎo)通順序組合為:V1-V2，V2-V3, V3-V4，V5-V4，V5-V6，V1-V6。

圖 1-2驅(qū)動電路

2系統(tǒng)方框圖

　　電動自行車采用SPMC65P2404A作為主控MCU。MCU主要任務(wù)是進行調(diào)速電壓檢測，電池電壓檢測，電流檢測，過流中斷檢測，3路霍爾位置信號檢測，1路霍爾位置信號中斷檢測，剎車信號檢測，1：1助力檢測，溫度檢測，故障顯示輸出，PWM控制電機轉(zhuǎn)速輸出，6路電機驅(qū)動輸出，系統(tǒng)方框圖如下：

圖 2-1系統(tǒng)方框圖

3控制器電氣規(guī)格

　　★型式 ：直流無刷 　　★額定功率：240W
　　★額定電壓：36V 　　 ★額定轉(zhuǎn)速：210R/MIN
　　★額定扭矩：8.5N.M 　　 ★欠壓保護：31.5 ± 0.5V
　　★過流保護：15 ± 1A

4控制器功能介紹

　　★1：1助力； 　　 ★剎車斷電，剎車燈供電；
★自動巡航； ★欠壓保護（ 31.5V ± 0.5 ）；
★電子剎車； ★休眠省電功能。
★過流保護（限流為 15A ± 1 ）；
　　★堵轉(zhuǎn)斷流（倒轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)把復(fù)位，重電源，自動復(fù)位）；　

4.1 1：1助力

　　1:1助力，是指在沒有旋轉(zhuǎn)調(diào)速車把，電動車電池打開時，電動車會根據(jù)騎行者的騎行速度提供1:1助力。

4.2 電子剎車

　　電子剎車，就是指在剎車時能做到讓電機的驅(qū)動MOS管上臂（或者下臂）全部導(dǎo)通而下臂（或者上臂）截止，電機三相接線全部短接，能使電機產(chǎn)生阻力，達到剎車的效果。

4.3 自動巡航

　　自動巡航，是指把調(diào)速車把轉(zhuǎn)到所需的角度，電動自行車達到相應(yīng)車速后，在5S(時間可變)內(nèi)調(diào)速車把不轉(zhuǎn)動，則電動自行車就保持在這個速度行駛，這時騎行者可以松開調(diào)速車把，免去手一直擰著調(diào)速車把之累。自動巡航后只有松開調(diào)速車把，并重新旋轉(zhuǎn)調(diào)速車把，才可以再次調(diào)節(jié)電動自行車的行駛速度。

4.4 堵轉(zhuǎn)斷流

　　堵轉(zhuǎn)斷流，是指電動自行車超載時，或是在爬坡時電流過大或者是阻力過大時,導(dǎo)致電機停止轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)能檢測到這種現(xiàn)象，停止對電機的輸出，起到保護作用。發(fā)生堵轉(zhuǎn)斷流后，只要滿足倒轉(zhuǎn)，復(fù)位調(diào)速車把或電源關(guān)閉后再重新打開，三個條件中的一個，系統(tǒng)會重新檢測是否有堵轉(zhuǎn)，如果恢復(fù)正常，系統(tǒng)會重新正常工作。

4.5 智能過流保護

　　智能過流保護，一是指在高速時(平坦的道路上)，最大電流不可以超過15A；二是速度很低時，尤其是在爬坡時電流不可以超過23A，過流保護的參考極限電流跟當(dāng)前車速有關(guān)。

4.6 智能欠壓保護

　　智能欠壓保護，當(dāng)蓄電池電壓降至額定值的90%，36V電池降為31.5V時，電池自動停止供電，從而防止蓄電池放電過深，受到損害。系統(tǒng)會自動檢測電池是否欠壓，欠壓會停止繼續(xù)工作。在電池欠壓停止工作時，會出現(xiàn)電池電壓短時間回升，雖然超過欠壓的電壓值，但系統(tǒng)應(yīng)不工作，只有當(dāng)電池電壓穩(wěn)定到額定電壓以上，電動自行車才開始正常工作。

4.7 休眠省電

　　當(dāng)系統(tǒng)在通電狀態(tài)下，無任何操作，5分鐘后會進入到休眠模式，人為轉(zhuǎn)動車輪便可以喚醒系統(tǒng)，繼續(xù)正常工作。

5控制板界面

圖 5-1系統(tǒng)硬件

6芯片特性簡介

　　SPMC65P2404A是由凌陽公司設(shè)計開發(fā)的8位工業(yè)級單片機，采用凌陽SPMC65內(nèi)核，支持位操作指令。具有強大的定時/計數(shù)器、豐富的外部中斷源以及ADC、PWM、標(biāo)準(zhǔn)通訊接口SPI等多種功能。適用于通用工控場合、計算機外圍控制和家電等。SPMC65P2404A有20管腳和28管腳兩種封裝。本設(shè)計選用28管腳封裝，如圖 6?1所示。28管腳封裝芯片的具體特性如下：
◆ 工作電壓：3.0V～5.5V
◆ 工作速度：8MHz
◆ 工作溫度：-40℃～85 ℃
◆ 超強抗干擾、抗靜電ESD保護能力
◆ 4K byte ROM，192 byte RAM
◆ 23個通用輸入輸出口
◆ 強大的定時計數(shù)器：2個8位、2個16位具有CaptureComparePWM功能
◆ 1個1KHz～62.5KHz的時基
◆ 8通道10位精度的ADC(帶外部參考電壓)
◆ 4個外部中斷，12個內(nèi)部中斷
◆ SPI串行通訊接口
◆ 2種省電模式：Halt、Stop
◆ 蜂鳴器輸出功能
◆ 4.0V/2.5V可選低電壓復(fù)位功能
◆ 可編程看門狗功能

圖 6-1 SPMC65P2404A*28P封裝

7系統(tǒng)主流程設(shè)計

　　主程序主要采用時間槽輪循方式，每1MS走一個分支，共分四個分支，便于程序控制和功能增加。

圖 7－1主流程圖

8結(jié)語

　　SPMC65系列芯片以優(yōu)異的性能和豐富的資源適合于各個公控場合。本設(shè)計采用SPMC65P2404A做為主控芯片開發(fā)的電動自行車，真正做到低成本、高性能。