本實(shí)用新型涉及助力自行車技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于STM32單片機(jī)的助力自行車車速調(diào)節(jié)控制器。

背景技術(shù)：

目前，電動(dòng)助力自行車從電機(jī)安裝位置分為前置、中置和后置三種結(jié)構(gòu)方式。助力模式分為為踏頻助力模式和扭矩助力模式。踏頻模式在上坡路面由于阻力增大，騎行者踏頻減少導(dǎo)致電機(jī)輸出功率也隨之降低，坡路騎行困難；扭矩模式克服了坡路騎行的問題，但在正常騎行過程中，由于踏頻過程中扭矩波動(dòng)造成騎行速度隨之成輕微正玄曲線震蕩，騎行體驗(yàn)過程中能夠感覺到時(shí)快時(shí)慢，車速不夠穩(wěn)定，因此，設(shè)計(jì)開發(fā)一種車速更加穩(wěn)定的基于STM32單片機(jī)的助力自行車車速調(diào)節(jié)控制器顯得是尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于STM32單片機(jī)的助力自行車車速調(diào)節(jié)控制器，該基于STM32單片機(jī)的助力自行車車速調(diào)節(jié)控制器能夠提高助力自行車車速的穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種基于STM32單片機(jī)的助力自行車車速調(diào)節(jié)控制器，至少包括：

STM32系列的單片機(jī)；

用于檢測(cè)電機(jī)電流信號(hào)的電機(jī)電流檢測(cè)模塊；

用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作狀態(tài)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；

MOS驅(qū)動(dòng)模塊；

反向電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)模塊；

以及電源模塊；其中：

所述單片機(jī)的I/O端口分別與電機(jī)電流檢測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、MOS驅(qū)動(dòng)模塊、反向電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)模塊電連接；所述電源模塊與單片機(jī)的電源端子電連接。

作為優(yōu)選，本實(shí)用新型還采用了如下的附加技術(shù)特征：

進(jìn)一步：所述單片機(jī)的型號(hào)為STM32F103RBT6；所述電機(jī)電流檢測(cè)模塊包括第一放大器、第二放大器、第三放大器；所述第一放大器、第二放大器、第三放大器的型號(hào)為TS912A；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管；所述第一MOS管、第三MOS管、第五MOS管的源極與36V電源端子電連接；所述第二MOS管、第四MOS管、第六MOS管的漏極分別通過限壓電阻接地；所述第一MOS管的漏極與第二MOS管的源極電連接；所述第三MOS管的漏極與第四MOS管的源極電連接；所述第五MOS管的漏極與第六MOS管的源極電連接；所述第一MOS管的漏極與電機(jī)的C相端子電連接；所述第三MOS管的漏極與電機(jī)的B相端子電連接；所述第五MOS管的漏極與電機(jī)的A相端子電連接；所述MOS驅(qū)動(dòng)模塊包括型號(hào)為IR2101的第一驅(qū)動(dòng)芯片、第二驅(qū)動(dòng)芯片、第三驅(qū)動(dòng)芯片；所述反向電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)模塊包括六個(gè)1/11比例分壓電阻；

其中：所述單片機(jī)通過第一驅(qū)動(dòng)芯片與電機(jī)的C相端子電連接；所述單片機(jī)通過第二驅(qū)動(dòng)芯片與電機(jī)的B相端子電連接；所述單片機(jī)通過第三驅(qū)動(dòng)芯片與電機(jī)的A相端子電連接；所述單片機(jī)通過反向電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)模塊分別與電機(jī)的三相端子電連接；所述單片機(jī)通過第一放大器、額定電阻與電機(jī)的C相端子電連接；所述單片機(jī)通過第二放大器、額定電阻與電機(jī)的B相端子電連接；所述單片機(jī)通過第三放大器、額定電阻與電機(jī)的A相端子電連接。

進(jìn)一步：所述單片機(jī)設(shè)置有CAN總線端子。

本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：通過采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)助力自行車騎行助力控制功能，當(dāng)助力車正常騎行過程中，目標(biāo)車速能夠穩(wěn)定在騎行者提前設(shè)定的目標(biāo)車速，車輛的最高限速25km/h(根據(jù)本行業(yè)的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定)。車速調(diào)節(jié)過程采用PID速度閉環(huán)控制，更符合運(yùn)動(dòng)控制實(shí)際情況，提高了騎行的安全性，進(jìn)一步改善了騎行的體驗(yàn)感。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的電路框圖；

圖2是本實(shí)用新型的電路圖。

具體實(shí)施方式

為能進(jìn)一步了解本實(shí)用新型的實(shí)用新型內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說明如下：

請(qǐng)參閱圖1和圖2，一種基于STM32單片機(jī)的助力自行車車速調(diào)節(jié)控制器，包括型號(hào)為STM32F103RBT6的單片機(jī)；

用于檢測(cè)電機(jī)電流信號(hào)的電機(jī)電流檢測(cè)模塊；所述電機(jī)電流檢測(cè)模塊包括第一放大器U301A、第二放大器U301B、第三放大器U301C；所述第一放大器U301A、第二放大器U301B、第三放大器U301C的型號(hào)為TS912A；

用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作狀態(tài)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括第一MOS管Q200、第二MOS管Q201、第三MOS管Q202、第四MOS管Q203、第五MOS管Q204、第六MOS管Q205；所述第一MOS管Q200、第三MOS管Q202、第五MOS管Q204的源極與36V電源端子電連接；所述第二MOS管Q201、第四MOS管Q203、第六MOS管Q205的漏極分別通過限壓電阻接地；所述第一MOS管Q200的漏極與第二MOS管Q201的源極電連接；所述第三MOS管Q202的漏極與第四MOS管Q203的源極電連接；所述第五MOS管Q204的漏極與第六MOS管Q205的源極電連接；所述第一MOS管Q200的漏極與電機(jī)M的C相端子電連接；所述第三MOS管Q202的漏極與電機(jī)的B相端子電連接；所述第五MOS管Q204的漏極與電機(jī)的A相端子電連接；

MOS驅(qū)動(dòng)模塊；所述MOS驅(qū)動(dòng)模塊包括型號(hào)為IR2101的第一驅(qū)動(dòng)芯片U200、第二驅(qū)動(dòng)芯片U201、第三驅(qū)動(dòng)芯片U202；

反向電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)模塊；所述反向電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)模塊包括六個(gè)1/11比例分壓電阻；詳見圖示中的電阻R206、電阻R207、電阻R214、電阻R215、電阻R220、電阻R221；

其中：所述單片機(jī)通過第一驅(qū)動(dòng)芯片U200與電機(jī)的C相端子電連接；所述單片機(jī)通過第二驅(qū)動(dòng)芯片U201與電機(jī)的B相端子電連接；所述單片機(jī)通過第三驅(qū)動(dòng)芯片U202與電機(jī)的A相端子電連接；所述單片機(jī)通過反向電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)模塊分別與電機(jī)的三相端子電連接；所述單片機(jī)通過第一放大器U301A、額定電阻與電機(jī)的C相端子電連接；所述單片機(jī)通過第二放大器U301B、額定電阻與電機(jī)的B相端子電連接；所述單片機(jī)通過第三放大器U301C、額定電阻與電機(jī)的A相端子電連接。

作為優(yōu)選，在本優(yōu)選實(shí)施例中，所述單片機(jī)的I/O端子上設(shè)置有CAN總線端子。

本優(yōu)選實(shí)施例通過MOS(MOSET)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)反向電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)模塊、電機(jī)電流檢測(cè)模塊和單片機(jī)(CPU)共同實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)三項(xiàng)無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)了助力控制電機(jī)控制部分。單片機(jī)采用ST公司的STM32F103RBT6，內(nèi)置電機(jī)控制軟件邏輯單元，單片機(jī)輸出控制邏輯到MOS驅(qū)動(dòng)模塊，MOS驅(qū)動(dòng)模塊經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換進(jìn)而控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中三項(xiàng)對(duì)管分組交替驅(qū)動(dòng)。打開順序?yàn)?Q200，Q203)->(Q202，Q205)->(Q204，Q201)，同時(shí)反向電動(dòng)勢(shì)模塊檢測(cè)電機(jī)所在象限，保證電機(jī)換向的準(zhǔn)確，如此循環(huán)控制實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功能。電機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，電機(jī)電流檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的電流調(diào)節(jié)PWM占空比進(jìn)而通過控制MOS驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率輸出。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為6個(gè)MOS管及反向電動(dòng)勢(shì)保護(hù)TVS陣列D104～D107，TVS管采用vishay公司SMAJ40A防護(hù)緊急停車?yán)擞浚煽勘Ｗo(hù)助力自行車電機(jī)控制器內(nèi)部電源系統(tǒng)，保證系統(tǒng)在出現(xiàn)浪涌等異常情況正常工作。MOS管型號(hào)采用德國infineon公司IPD053N08N3G，極限電壓為80V，極限電流為90A，完全滿足250W/36V電機(jī)驅(qū)動(dòng)要求。

MOS驅(qū)動(dòng)模塊采用IAR公司IR2101 U200～U202驅(qū)動(dòng)芯片，實(shí)現(xiàn)控制PWM3.3V至12V轉(zhuǎn)換，保證電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中MOS管正常開啟和關(guān)閉。

電機(jī)電流檢測(cè)模塊通過放大器(也稱為運(yùn)算放大器加法器)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電流的檢測(cè)，放大器型號(hào)采用ST公司TS912A U300～U301正大輸入電阻及檢測(cè)信號(hào)能力，保證電流檢測(cè)準(zhǔn)確性。當(dāng)檢測(cè)到電流過大，單片機(jī)停止對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制，起到過流過載保護(hù)功能。

電機(jī)反向電動(dòng)勢(shì)模塊通過6個(gè)1/11比例分壓電阻R206、電阻R207、電阻R215、電阻R214、電阻R220、電阻R221接地后，實(shí)現(xiàn)了三相無刷直流電機(jī)虛擬零點(diǎn)功能，經(jīng)過比例分壓后電機(jī)反向電動(dòng)勢(shì)電壓從36V降到3V以內(nèi)，保證CPU正確采集反向電動(dòng)勢(shì)波形而不會(huì)被高電壓燒毀進(jìn)而判斷電機(jī)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中象限位置，為電機(jī)控制準(zhǔn)確換向提供依據(jù)。

電動(dòng)助力自行車控制器，通過上述五個(gè)模塊，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制，為速度閉環(huán)控制提供了驅(qū)動(dòng)硬件支撐電路的設(shè)計(jì)目的。

本實(shí)用新型使用時(shí)，首先需要騎行者設(shè)定騎行目標(biāo)車速，控制器根據(jù)電機(jī)電流檢測(cè)模塊準(zhǔn)確檢測(cè)到實(shí)際車速后，反饋給單片機(jī)，修正驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)而控制電機(jī)功率輸出，使得騎行實(shí)際車速快速穩(wěn)定向目標(biāo)車速逼近。當(dāng)實(shí)際車速比目標(biāo)車速低時(shí)，PID調(diào)節(jié)PWM占空比增大實(shí)際電機(jī)控制電流輸出，騎行提速；當(dāng)實(shí)際車速比目標(biāo)車速高時(shí)，PID調(diào)節(jié)PWM占空比減小電機(jī)控制電流u(L)輸出，騎行減速。為了方便騎行者設(shè)定騎行車速，該控制器提供15檔騎行車速控制和6公里推車助力控制，進(jìn)而克服了助力自行車在騎行過程由于中路面坡度和不同騎行者體重不同騎行體驗(yàn)不一樣的問題。

以上對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本實(shí)用新型的專利涵蓋范圍之內(nèi)。