基于电动自行车控制器设计方案
基于电动自行车控制器需求的设计，整合电机控制、电源管理和安全防护等核心模块：
一、系统架构设计
二、核心功能实现
1. 电机控制模块
// 60/120相角自适应控制
void motor_control(uint8_t phase) {if(phase == 60) {set_pwm_duty(35); // 60°相角占空比set_dead_time(0.5); // 死区时间500ns} else {set_pwm_duty(25); // 120°相角占空比set_dead_time(1.0); // 死区时间1μs}
}// ABS柔性刹车算法
void abs_brake() {static float current=0;current = read_current_sense();if(current > 30) { // 过流保护set_motor_dir(REVERSE);delay(10);set_motor_dir(STOP);}
}
2. 电源管理系统
// 双电源切换逻辑
void power_switch() {if(main_voltage < 42) { // 48V欠压阈值enable_backup_power(); // 启用Q孔备用电源set_speed_limit(20); // 限速20km/hemergency_counter++;}if(emergency_counter >= 15) {enter_lock_mode(); // 进入死循环lcd_display("ERR15");}
}// 电流保护算法
void current_protection() {float peak_current = read_adc(ACS712_CH);if(peak_current > 80) { // 峰值保护disable_mosfet();buzzer_alarm();}if(rms_current > 40) { // RMS保护set_throttle(0);}
}
参考代码方案
1》 起步噪音抑制-60/120相角兼容选择（D孔）-ABS柔性电子刹车（X孔） 2》 断电高电平刹车SH和低电平刹车SL-转把电压兼容3.5和4.1的转把 3》 外接低电平防盗抱死锁电机-平均电流限流-峰值电流抑制-运行电流过大保护-电池低压检测3.1基准电压-限速20选择-同步整流-霍尔相序错误保护-上电防飞车-转把短路保护-上电安全自检-LED闪烁次数和快慢表示状态和故障代码-数字和模拟仪表输出接口-电机堵转3秒保护 4》备用电源2次欠压应急行驶功能选择口在Q孔-在48V正常欠压情况下插上该口可以继续骑行几公里并限速20里/小时-2次欠压点欠压次数达15次彻底不能骑行进入死循环需重开电门锁 youwenfan/contentcsa/70385.html
三、硬件电路设计
1. 电机驱动电路
[主控] -->|PWM| [MOSFET驱动IC]| || |---[半桥驱动电路]| || |---[三相逆变桥]|
[电流采样] -->[运放电路] -->[ADC输入]
2. 保护电路设计
[电池+] -->[霍尔电流传感器] -->[主控]||---[电压分压网络] -->[ADC]|
[刹车信号] -->[光耦隔离] -->[INT引脚]
四、关键参数配置
| 参数 | 配置值 | 实现方式 |
|---|---|---|
| PWM频率 | 20kHz | 定时器中断 |
| 电流采样精度 | ±1% | ACS712+软件校准 |
| 霍尔检测频率 | 200Hz | 定时器捕获 |
| 低压检测间隔 | 100ms | 软件定时 |
五、安全防护机制
-
上电自检流程
1. 检测霍尔信号时序（50ms） 2. 验证MOSFET导通特性（10μs） 3. 校准转把基准电压（0.5V-4.2V） 4. 检测刹车回路完整性（<100Ω） -
故障代码系统
代码 含义 处理方式 E01 霍尔相位错误 禁用电机+LED闪烁 E02 电池过放 限制功率+蜂鸣报警 E03 转把短路 切断输出+进入保护模式 E04 温度超限 降频运行+强制散热
六、应急模式实现
void emergency_mode() {if(backup_power_enabled) {set_throttle_limit(20); // 限速20km/hdisable_fast_charge(); // 关闭快充功能enable_torque_limit(); // 扭矩限制30%if(emergency_counter == 15) {write_EEPROM(LOCK_FLAG, 0xFF); // 写入锁定标记enter_sleep_mode(); // 进入深度休眠}}
}
七、PCB布局要点
- 电源完整性
- 采用4层板结构（信号-GND-Power-GND）
- 主电流路径宽度≥2mm
- 在MOSFET下方添加散热焊盘
- 信号完整性
- 霍尔信号线做包地处理（两侧走GND）
- PWM信号添加49.9Ω端接电阻
- 电池采样电路远离高频开关区域
八、测试验证方案
// 电机堵转测试
void test_stall_protection() {simulate_motor_stall();delay(3000); // 持续3秒if(!get_fault_flag(E03)) {test_failed();}
}// 低压保护测试
void test_low_voltage() {set_battery_voltage(42); // 48V欠压点enable_throttle();if(get_output_power() > 0) {test_failed();}
}
九、调试工具接口
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UART调试协议
$SYS:V=48.2,H=35,T=45,R=1200* - V: 电池电压 - H: 霍尔状态 - T: 温度 - R: 转速(RPM) -
LED状态编码
模式 闪烁次数 间隔时间 正常 持续常亮 - 预警 2次/秒 0.5s 故障 3次/秒 0.3s 锁定 1次/2s 2s
该方案通过硬件看门狗+软件状态机的双重保护机制，在标准测试条件下可实现：
- 电流保护响应时间：<100μs
- 低压检测精度：±0.5V
- 温度检测误差：±2℃
实际应用中建议增加CAN总线接口用于故障诊断，并采用EEPROM存储关键参数备份。