基于單片機(jī)的電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

尹洪波

（哈爾濱自動(dòng)化儀表研究所，黑龍江 哈爾濱 150020）

1 ATmega16單片機(jī)介紹

ATmega16產(chǎn)品特性

高性能、低功耗的8位AVR微處理器；先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)；非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；JTAG接口 (與IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)兼容)；通過JTAG接口實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash、EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程；外設(shè)特點(diǎn)

-兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

-一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

-具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC

-面向字節(jié)的兩線接口

-兩個(gè)可編程的串行USART

-可工作于主機(jī)/從機(jī)模式的SPI串行接口

-具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器

特殊的處理器特點(diǎn)

-上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)

-6種睡眠模式:空閑模式、ADC噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby模式以及擴(kuò)展的Standby模式

I/O和封裝

-32個(gè)可編程的I/O口

-40引腳PDIP封裝,44引腳TQFP封裝,與44引腳MLF封裝

工作電壓:

-ATmega16L：2.7-5.5V

-ATmega16：4.5-5.5V

速度等級(jí)

-0-8MHzATmega16L

-0-16MHzATmega16

ATmega16L 在 1MHz,3V,25°C 時(shí)的功耗

-正常模式:1.1mA

-空閑模式:0.35mA

-掉電模式:<1μA

ATmega16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。

引腳說明

VCC 數(shù)字電路的電源

GND 地

端口A(PA7..PA0)/端口B(PB7..PB0)

端口A/B做為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A為8位雙向I/O口。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。

端口C(PC7..PC0)/端口D(PD7..PD0)

端口C/D均為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。

RESET

復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。

XTAL1

反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。

XTAL2

反向振蕩放大器的輸出端。

AVCC

AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC

時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC連接。

AREF

A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。

綜上所述，ATmega16單片機(jī)是ATMEL系列中，功能齊全多樣，且價(jià)格較低的產(chǎn)品，其多樣的引腳，強(qiáng)大的處理功能，以及較高的FLASH，數(shù)萬次的擦寫，奠定了其在電動(dòng)車控制系統(tǒng)中不可動(dòng)搖的地位。

2 電動(dòng)車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.1 硬件設(shè)計(jì)與原理

硬件原理簡(jiǎn)圖如下所示

如上圖所示

在硬件設(shè)計(jì)中，采用的貼片封裝較多，這樣不僅有利于縮小控制電路板的空間，更有利于散熱及抗干擾等。

電路中，首先用LM2576S電源芯片搭接成系統(tǒng)的電源電路，共給單片機(jī)供電及驅(qū)動(dòng)繼電器控制系統(tǒng)中輸出的結(jié)點(diǎn)信號(hào)均用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器輸出，提高了單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，并可利用繼電器將ATmega16芯片與外界隔離，起到了保護(hù)作用，并且每一個(gè)輸入與輸出均用LED燈進(jìn)行指示。

在輸入方面，利用TLP521光隔芯片，配合上拉電阻，當(dāng)外部信號(hào)輸入時(shí)，將單片機(jī)相應(yīng)引腳電位拉低，單片機(jī)檢測(cè)到管腳的電平變化，進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算和處理。

其次，利用了單片機(jī)的通訊口搭接了一個(gè)基于RS485通訊的通訊電路，可以外接一個(gè)通用的顯示器，起到數(shù)字顯示的作用。

2.2 電動(dòng)車控制系統(tǒng)的控制流程

系統(tǒng)的控制流程如下

系統(tǒng)上電初始化——檢測(cè)電池電壓——（不合格報(bào)警輸出）——合格繼續(xù)檢測(cè)各控制回路——（不合格報(bào)警輸出）——合格繼續(xù)檢測(cè)手把按鈕輸入——（不合格返回重新檢測(cè)）——執(zhí)行相應(yīng)按鈕動(dòng)作——檢測(cè)剎車信號(hào)——停車

當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，首先檢測(cè)電池電壓是否符合要求，即是否為額定電壓，若低于正常值，則由單片機(jī)控制三極管驅(qū)動(dòng)繼電器輸出聲光報(bào)警，提醒駕駛員電池電量低，不能正常工作，若電池電壓符合要求，則繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)各個(gè)控制回路是否正常，以保證在后續(xù)的行車過程中，能夠準(zhǔn)確無誤的執(zhí)行駕駛員給出的指令，檢測(cè)回路若不正常，則輸出聲光報(bào)警，并返回上一級(jí)，繼續(xù)檢測(cè)，直到檢測(cè)正常為止。

當(dāng)各項(xiàng)檢測(cè)均正常之后，系統(tǒng)開始實(shí)時(shí)掃描各輸入端口，輸入即為電動(dòng)車手把上的各個(gè)按鈕，如啟動(dòng)、喇叭、加速等，系統(tǒng)檢測(cè)指令后根據(jù)相應(yīng)的程序執(zhí)行動(dòng)作，并根據(jù)電動(dòng)車上的霍爾速度傳感器的速度輸入值通過通訊接口發(fā)送給液晶顯示器，告知駕駛員目前的車速，以及電池電量等相關(guān)信息。由于行車以安全為主，當(dāng)檢測(cè)到剎車指令時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即執(zhí)行剎車命令。

在這里，霍爾傳感器安裝在電機(jī)內(nèi)部，是一種電磁感應(yīng)式傳感器，它根據(jù)探頭與被測(cè)體上安裝的磁源，根據(jù)磁場(chǎng)的變換產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過處理后輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)，在由低通濾波器后引入到單片機(jī)的管腳，這樣可以有效的避免雜波的干擾低通濾波器的選取要盡可能的濾掉雜波干擾，又要考慮其對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)的影響，以盡快達(dá)到ATMEG16輸入口的門限電壓(即2～3V)，這樣才符合實(shí)時(shí)采集的要求。在這里，當(dāng)輸入由低轉(zhuǎn)高時(shí)，總電阻為5.5Kohm，電容為0.1uf，經(jīng)過計(jì)算，輸入電壓上升到3V的時(shí)間是0.3ms，而在轉(zhuǎn)速最大時(shí)單相霍爾傳感器的輸出頻率是140Hz，即其輸出的周期是7ms，符合要求。

結(jié)語

如上介紹的是基于ATmega16單片機(jī)的電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分利用了單片機(jī)豐富的片內(nèi)資源，高效的運(yùn)算處理能力，大大簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本著簡(jiǎn)潔、實(shí)用、可靠的原則。希望該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)讀者能有一定的幫助和借鑒。

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