基于PIC单片机的电动自行车控制系统设计

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0 引 言    随着社会的不断进步，人们生活水平的提高，环境保护和能源节约问题已经越来越受到重视，开发“零污染”、高效率的绿色环保电动自行车代替已成为一个不可逆转的趋势，且具有良好的发展前景。近年来，无刷直流电机(BLDCM)以其体积小，结构简单，功率密度高，输出转矩大，动态性能好等特点而得到了广泛应用。在电机的数字调速控制中，选择高效可靠的单片机将使控制系统的硬件电路简单可靠、软件编制方便，系统整体性能得以提高。    PIC系列单片机是采用精简指令集RISC技术、哈佛总线和两级指令流水线结构的高性能价格比的8位嵌入式控制器(Embedded Controller)。在此研究的电动自行车控制系统是一个以PIC16F72单片机为核心，无刷直流电机为控制对象的系统。
1 PIC16F72单片机的功能简介    PIC16F72单片机内部有2 KB的FLASH程序存储器和128 B的RAM数据存储器；不仅采用精简指令集RISC技术，而且还采用哈佛总线结构，两级流水线操作，提高了指令执行速度。    此外它还具有22个I／O引脚，与电源掉电复位的功能，内置的外围含3个定时器(Timer0～Timer2)、一个捕捉／比较／PWM(CCP)模块和一个同步串行通信端口SSP。该系统利用PIC单片机此脉宽调制模块输出脉宽可调的信号，实现无刷直流电机调速。
2 电动自行车控制系统的设计方案2．1 系统的硬件设计与原理    这里设计的电动自行车控制系统主要由以下几部分组成：以PIC16F72单片机为主控电路，其主要功能是完成电机的起动、换相、调速、制动等控制并实现对电机、电池的保护；以IR2132S为核心的驱动、逆变电路，其主要功能是利用IR2131S的自举技术驱动功率MOSFET管控制电机电流；位置信号处理电路、电流信号处理电路以及一些外围保护、辅助电路，其主要功能有完成对信号的采样、对电路的供电、提供显示信号、发出报警信号等功能。系统原理框图如图1所示。



    该系统的基本原理是：PIC单片机的PWM输出端口经驱动芯片，驱动6个功率场效应管，由其组成的三相全桥驱动电路对电机进行控制，位置检测和电流检测形成负反馈，位置检测的同时可以计算出电机转速参数，因此可以对电机进行位置环、速度环和电流环的三闭环控制。位置参数由无刷直流电动机自带的霍尔元件测出，并由PIC16F72的C端口进行捕捉定位，反馈的电流量是通过检测旁路电阻上的压降实现的，由PIC自带的A／D进行采样、转换。无刷直流电机的速度、电流双闭环控制如图2所示。