基于ARM的LINIX老年代步车控制器的开发

近年来，随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，电动代步车得到了快速发展。作为代步车的核心部件，代步车控制器能保证在驾驶者的控制下，能简单、快速地控制器电动代步车的前行、后行、起动、制动、驻坡等性能，并具有多种故障检测功能。同时，为满足不同环境下的使用要求，还需具有多种复用功能，并能通过设置的系统配置参数进行灵活调节。本文介绍一种基于ARM单片机实现的老年代步车智能控制器。
1、        电动老年代步车驱动系统的构成
老年代步车驱动系统由蓄电池、驱动桥、电机及电机控制器组成。蓄电池多为免维护铅酸电池，电机有无刷与有刷之分。国内渐渐兴起用无刷电机来驱动，主要是由于电动自动行车的一套驱动系统成熟，价格低廉。而国外仍以永磁有刷电机驱动为主。有刷电机驱动具有操控简单、安全可靠等优点。无论是有刷或无刷电机，其驱动均是通过PWM调速来实现。
2、        电动老年代步车的性能要求
电动老年代步车主要为老年人提供短途代步工具，所以其性能以安全可靠为主，主要有加减速性能、调速性能、爬坡性能、驻坡性能等，并具有故障诊断及输出功能，涉及到控制内众多的检测手段，如电流、电压、温度、刹车、操纵杆、限速器等。为适应不同环境的要求，又须具备多项复用功能及用户可配置参数。
3、        老年代步车控制器的基本结构






如上图，单片机系统选用STM32F050，其内核为ARM 32-bit Cortex™-M0 CPU，最高频率达48MHz。该芯片为LQFP48封装，高达39个可用I/O，32KB FLASH，6通道PWM，10通道ADC，UART，IIC等一应俱全，可以满足对驱动系统的众多控制要求。
2．1 调速与限速电路如图。考虑到限速器既可与调速器并联使用，也可与调速器串联使用，用户采取何种使用方法，都可以通过配置相应的限速器参数得以实现。


2．2 输入开关检测电路；检测倒车开关、限速开关、抑制开关等开关的输入信号。倒车开关提供行驶时的倒车控制信号，限速开关有两个，为开关信号，限速开关接通时，控制器按配置参数提供不同的车速。抑制开关作用是在车辆充电状态下，抑制开关接通，抑制车辆前行、倒车等使用车辆移动的动作。

2．3 功率转换电路。如图，为典型的H桥驱动电路，可四象限控制永磁有刷电机的驱动与制动。

2．4 电流保护电路
电流保护电路是将电流信号转为电压信号，通过比较器与设定的阈值进行比较，当超过设定值时，比较器输出高电平，PWM输出截止，从而关断MOSFET，保护MOSFET不受损坏。
2．5 通讯电路。如图，为简单的UART通信，通过UART与上位机或手持编程之间的通信，可以设置有用户参数，也可以监视控制器运行状态。


2．6 参数存储电路，为一简单的24C01电路，可以储存70余用户配置参数，大大方便适应不同的要求。

2．7 电流/电压检测电路，如图，通过检测MOSFET电流，可以方便进行限流控制，并当MOSFET温升过高时，能有效降低电流，保护MOSFET。

4、        主程序流程图

5、结论：LINIX老年代步车控制器采用ST 公司的STM32F050 单片机, 通过硬件合理设计, 使外围电路简洁、实用, 提高了产品的可靠性, 降低了成本。特别是软件设计中充分考虑了起动、变速及上下坡等环节的控制，具有加减速可调节、智能自适应驻坡、剩余电量显示、故障显示等多种功能，起动制动性能出色，坡上驻车无后滑，各种故障检测手段健全（电流、电压、温度、加速器、限速器、电磁刹等检测），达到国外同类控制器的性能水平（如PG控制器、CURtiS 1228等），并且接线完全与PG控制器一致，可调节参数50余项，在实际应用中取得了良好的效果。