專利名稱：用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三相無刷直流電機(jī)控制裝置，所述三相無刷直流電機(jī)控制裝置適用于電動(dòng)車輛。
背景技術(shù)：
電動(dòng)車作為綠色朝陽產(chǎn)業(yè)，在我國發(fā)展已有十年之久，尤其在電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車方面都有廣泛地應(yīng)用。2010年底，我國電動(dòng)自行車已經(jīng)達(dá)到1.2億輛，而且以每年30%的速度增長。在電動(dòng)汽車方面，我國的新能源汽車在未來10年計(jì)劃投資額將達(dá)1000億元，且銷量規(guī)模位要居世界前列。隨著電動(dòng)車這一朝陽產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，電動(dòng)車的控制裝置的應(yīng)用也越來越廣泛，目前已知的適用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置存在以下一些不足:I)使用的連接器體積比較大且負(fù)載大；2)不具備大功率條件下的防震要求，以至容易造成元器件的損壞；
3)不能夠提供圖形界面的巡航功能；4)現(xiàn)有的電機(jī)控制裝置使用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)把手以控制電動(dòng)車的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，它取消了現(xiàn)有技術(shù)中的離合器、變速器、差速器等構(gòu)件，直接通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，這樣不僅能消除傳動(dòng)中的機(jī)械磨損和功率損耗，以提高傳動(dòng)效率，而且在制動(dòng)方面也起到節(jié)能的效果，此外它具有體積較小和重量較輕的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案?！N用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，包括:一上位機(jī)、串口通信模塊、無線藍(lán)牙模塊、切換模塊、控制處理模塊和功率驅(qū)動(dòng)模塊；所述串口通信模塊用于接收上位機(jī)發(fā)出的控制指令，并將所述控制指令轉(zhuǎn)發(fā)至所述控制處理模塊，以及負(fù)責(zé)所述上位機(jī)與所述控制處理模塊之間的連接以及數(shù)據(jù)傳送；所述無線藍(lán)牙模塊包括第一無線藍(lán)牙模塊和第二無線藍(lán)牙模塊，所述第一無線藍(lán)牙模塊與所述上位機(jī)通信，用以接收所述上位機(jī)所發(fā)出的控制指令，并發(fā)送至第二無線藍(lán)牙模塊；所述第二無線藍(lán)牙模塊與所述控制處理模塊通信，用于將第一無線藍(lán)牙模塊所接收到的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)至所述控制處理模塊；所述切換模塊包括多個(gè)跳線器，用以控制所述串口通信模塊與所述控制處理模塊通信，或者切換至無線藍(lán)牙模塊與所述控制處理模塊通信；所述控制處理模塊與所述功率驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于在接收到所述控制指令后向所述功率驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送脈沖寬度調(diào)制信號(hào)；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊與一三相無刷直流電機(jī)連接，用于接收所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述三相無刷直流電機(jī)，以使裝配有所述三相無刷直流電機(jī)的電動(dòng)車執(zhí)行起動(dòng)、前進(jìn)、后退、剎車、續(xù)航、轉(zhuǎn)向、鳴笛、控制車燈及遠(yuǎn)程控制操作。進(jìn)一步，所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置還包括過流過壓保護(hù)模塊，所述過流過壓保護(hù)模塊與控制處理模塊連接，所述過流過壓保護(hù)模塊用于將從所述功率驅(qū)動(dòng)模塊所采集的電壓電流值與預(yù)設(shè)定的電壓電流值相比較，并實(shí)時(shí)向所述控制處理模塊發(fā)送監(jiān)控信號(hào)，以對功率驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行過流過壓保護(hù)。進(jìn)一步，所述過流過壓保護(hù)模塊包括一雙運(yùn)算放大器和一雙電壓比較器；所述雙運(yùn)算放大器與雙電壓比較器連接，用于將采集的電壓電流值進(jìn)行放大處理，并與預(yù)設(shè)定的電壓電流值相比較，并將比較結(jié)果發(fā)送至所述控制處理模塊。進(jìn)一步，所述控制處理模塊包括一數(shù)字信號(hào)處理芯片，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片為TMS320F28027 芯片。進(jìn)一步，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括IR2101S驅(qū)動(dòng)芯片和場效應(yīng)管；所述驅(qū)動(dòng)芯片與場效應(yīng)管電學(xué)連接，通過驅(qū)動(dòng)芯片的電壓脈沖控制所述場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止；所述場效應(yīng)管用于控制三相無刷直流電機(jī)與一高電壓的通斷。進(jìn)一步，所述串口通信模塊包括MAX3232CSE收發(fā)器和9針型RS-232串口。進(jìn)一步，所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置還包括一實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊；所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊包括一個(gè)ISL1208實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片,所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片與所述控制處理模塊相連，用于將實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)輸入至所述控制處理模塊。進(jìn)一步，所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置還包括一液晶顯示模塊；所述液晶顯示模塊包括一個(gè)液晶屏轉(zhuǎn)接板，用以顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘。進(jìn)一步，所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置還包括檢測模塊，還包括檢測模塊，所述檢測模塊分別與所述控制處理模塊和三相無刷直流電機(jī)連接，所述檢測模塊用于進(jìn)行速度監(jiān)測和位置檢測；所述檢測模塊包括多個(gè)霍爾傳感器。進(jìn)一步，所述上位機(jī)依次通過MATLAB制成的圖形用戶界面層、串口通信模塊與所述控制處理模塊通信，或者依次通過MATLAB制成的圖形用戶界面層、無線藍(lán)牙模塊與所述控制處理模塊通信；所述圖形用戶界面層用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互圖形化。本發(fā)明三相無刷直流電機(jī)控制裝置的積極效果是:
1)取消現(xiàn)有技術(shù)中的離合器、變速器、差速器等構(gòu)件，直接通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪；這樣，不僅能消除傳動(dòng)中的機(jī)械磨損與功率損耗，提高傳動(dòng)效率，而且在制動(dòng)方面也起到節(jié)能的效果;
2)具有體積較小及重量較輕的特點(diǎn)，并且所使用的數(shù)字信號(hào)處理芯片(DigitalSignal Processor,簡稱DSP)驅(qū)動(dòng)方式較有特色；
3)使用聞精度的DSP進(jìn)行控制，提聞電機(jī)控制的可罪性和穩(wěn)定性；
4)采用無線藍(lán)牙模塊可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對控制處理模塊的無線控制；
5)通過實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和液晶顯示模塊，可以實(shí)時(shí)地顯示時(shí)鐘；
6)采用MATLAB制作串口通訊程序，實(shí)現(xiàn)電壓波形實(shí)時(shí)查看，增強(qiáng)人機(jī)界面的友好性和可視性，使得操作界面更加人性化，降低操作者的控制難度。


圖1是本發(fā)明所述的用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置的架構(gòu) 圖2是本發(fā)明所述數(shù)字信號(hào)處理芯片的引腳示意 圖3是本發(fā)明所述的用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置的連接示意 圖中的標(biāo)號(hào)分別表示: 10、控制處理模塊；11、數(shù)字信號(hào)處理芯片；
20、功率驅(qū)動(dòng)模塊；
30、串口通信模塊；31、收發(fā)器；
35、上位機(jī)；
40、三相無刷直流電機(jī)；
50、檢測模塊；51、霍爾傳感器；
60、過流過壓保護(hù)模塊；61、雙運(yùn)算放大器；62、雙電壓比較器；
70、無線藍(lán)牙模塊；71、第一無線藍(lán)牙模塊；
72、第二無線藍(lán)牙模塊；
80、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊；81、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片；
85、液晶顯不|旲塊；86、液晶屏轉(zhuǎn)接板；
90、切換模塊J1、跳線器；J2、跳線器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置的實(shí)施方式做詳細(xì)說明。參見圖1所不,一種用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，包括一上位機(jī)35、串口通信模塊30、無線藍(lán)牙模塊70、切換模塊90、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊80、液晶顯示模塊85、控制處理模塊10、功率驅(qū)動(dòng)模塊20、過流過壓保護(hù)模塊60和檢測模塊50。其中，在本發(fā)明具體實(shí)施例中，控制處理模塊10包括一數(shù)字信號(hào)處理芯片11。所述串口通信模塊30包括MAX3232CSE收發(fā)器31和9針型RS-232串口(圖中未示)。所述串口通信模塊30用于接收上位機(jī)35發(fā)出的控制指令，并將所述控制指令轉(zhuǎn)發(fā)至所述控制處理模塊10，以及負(fù)責(zé)所述上位機(jī)35與控制處理模塊10之間的連接以及數(shù)據(jù)傳送。其中所述控制指令包括對電動(dòng)車執(zhí)行起動(dòng)、前進(jìn)、后退、剎車、續(xù)航、轉(zhuǎn)向、鳴笛、控制車燈及遠(yuǎn)程控制操作。該控制指令可以通過所述串口通信模塊30傳送至所述控制處理模塊10，進(jìn)而對三相無刷直流電機(jī)40控制，以完成對電動(dòng)車的操作。所述無線藍(lán)牙模塊70包括第一無線藍(lán)牙模塊71和第二無線藍(lán)牙模塊72。所述第一無線藍(lán)牙模塊71與所述上位機(jī)35通信，用以接收所述上位機(jī)35所發(fā)出的控制指令，并發(fā)送至第二無線藍(lán)牙模塊72。所述第二無線藍(lán)牙模塊72用于將第一無線藍(lán)牙模塊71所接收到的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)至所述控制處理模塊10。也就是說，所述第二無線藍(lán)牙模塊72作為無線藍(lán)牙模塊70的核心模塊，與所述控制處理模塊10通信。所述第二無線藍(lán)牙模塊72的接口電平為3.3V。由于上位機(jī)35的輸出采用USB接口，而所述第一無線藍(lán)牙模塊71具有USB接口，因此所述第一無線藍(lán)牙模塊71可以直接與上位機(jī)35通信連接。但是串口通信模塊30需要配合一 USB轉(zhuǎn)串口，以通過該USB轉(zhuǎn)串口的一端與上位機(jī)35的USB接口相連，另一端與9針型RS-232串口相連，從而使上位機(jī)35與數(shù)字信號(hào)處理芯片11進(jìn)行通信。所述無線藍(lán)牙模塊70無需MAX3232收發(fā)器31，即可與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的串口輸入輸出引腳(例如，47號(hào)引腳和48號(hào)引腳)相連接。所述無線通信模塊70的最長通信距離為10米左右。所述切換模塊90包括多個(gè)跳線器(在本具體實(shí)施例中具有兩個(gè)跳線器J1、J2)，用以控制所述串口通信模塊30與所述控制處理模塊10通信，或者切換至無線藍(lán)牙模塊70與所述控制處理模塊10通信。所述無線藍(lán)牙模塊70的第二無線藍(lán)牙模塊72通過兩個(gè)具有三引腳的跳線器Jl和J2與控制處理模塊10的數(shù)字信號(hào)處理芯片11通信，其中跳線器Jl中的三個(gè)引腳分別是與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的TxD引腳相接的引腳、與收發(fā)器31的SCI_TX相連的引腳、與第二無線藍(lán)牙模塊72的輸出引腳相連的引腳。跳線器J2的三個(gè)引腳分別是與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的RxD引腳相連的引腳、與收發(fā)器31的SCI_RX相連的引腳、與第二無線藍(lán)牙模塊72的輸入引腳相連的引腳。當(dāng)使用藍(lán)牙進(jìn)行無線通信時(shí)，需要先將跳線器J1、J2切換至與第二無線藍(lán)牙模塊72相連的引腳端(即輸入引腳和輸出引腳)，這樣不會(huì)與串口通信模塊30所產(chǎn)生的信號(hào)沖突。所述控制處理模塊10與功率驅(qū)動(dòng)模塊20連接，用于在接收到所述控制指令后向所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20發(fā)送脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述控制處理模塊10包括一數(shù)字信號(hào)處理芯片11。所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11為TMS320F28027芯片，具有高性能的32位數(shù)字信號(hào)處理功能。而在本發(fā)明其他實(shí)施例中，也可以采用具有信號(hào)控制處理功能的微處理器，例如單片機(jī)等。圖2是所述數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F28027的引腳示意圖。該數(shù)字信號(hào)處理芯片11具有高效的32位中央處理單元，晶振頻率最高可達(dá)60MHZ，采用3.3V單電源供電，無需電源排序，集成型加壓和欠壓復(fù)位，具有兩個(gè)內(nèi)部零引腳振蕩器，多達(dá)22個(gè)復(fù)用通用輸入輸出(General-Purpose IO ports，簡稱GP10)引腳，三個(gè)32位的CPU定時(shí)器，并具有片內(nèi)閃存、SRAM、一次性可編程(One Time Programmable，簡稱OTP)內(nèi)存，以及具有代碼安全模塊、串行端口外設(shè)(SCI/SPI/I2C)以及增強(qiáng)型外設(shè)(簡稱ePWM)(例如增強(qiáng)型脈寬調(diào)制器)、高分辨率PWM (簡稱HRPWM)、增強(qiáng)型捕捉(簡稱eCAP)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱ADC)、片上溫度傳感器、比較器等。其中，圖2所示的TMS320F28027數(shù)字信號(hào)處理芯片11各個(gè)引腳的定義，具體如下:2號(hào)引腳為JTAG測試復(fù)位，30號(hào)引腳為閃存測試引腳，45號(hào)、46號(hào)引腳為時(shí)鐘引腳，3號(hào)引腳為復(fù)位引腳，6號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、7號(hào)、9號(hào)、8號(hào)、10號(hào)、18號(hào)、17號(hào)、16號(hào)、15號(hào)、14號(hào)、13號(hào)引腳為模數(shù)轉(zhuǎn)換器、比較器和模擬1/0引腳，11號(hào)、12號(hào)、32號(hào)、43號(hào)、35號(hào)、33號(hào)、44號(hào)引腳為CPU和1/0電源引腳，34號(hào)引腳為電壓穩(wěn)壓器控制信號(hào)引腳，29號(hào)、28號(hào)、37 號(hào)、38 號(hào)、39 號(hào)、40 號(hào)、41 號(hào)、42 號(hào)、47 號(hào)、27 號(hào)、26 號(hào)、24 號(hào)、25 號(hào)、48 號(hào)、I 號(hào)、31 號(hào)、36號(hào)、19號(hào)、20號(hào)、21號(hào)、22號(hào)、23號(hào)引腳為GIPO引腳，其中，29號(hào)、28號(hào)、37號(hào)、38號(hào)、39號(hào)、40號(hào)、41號(hào)、42號(hào)、31號(hào)、36號(hào)引腳可作為PWM引腳。所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11的PWM (脈沖寬度調(diào)制)引腳向所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20輸出脈沖寬度調(diào)制信號(hào)。通過對所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11的編程，以控制開關(guān)管(即功率驅(qū)動(dòng)模塊20中的三個(gè)場效應(yīng)管)的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)和功率驅(qū)動(dòng)模塊20的輸出電壓，進(jìn)而改變功率驅(qū)動(dòng)模塊20輸出至三相無刷直流電機(jī)40的驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比、相位以及頻率，實(shí)現(xiàn)三相無刷直流電機(jī)40的調(diào)速。繼續(xù)參見圖1，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20與三相無刷直流電機(jī)40連接，用于接收所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述三相無刷直流電機(jī)，以使裝配有所述三相無刷直流電機(jī)的電動(dòng)車執(zhí)行起動(dòng)、前進(jìn)、后退、剎車、續(xù)航、轉(zhuǎn)向、鳴笛、控制車燈及遠(yuǎn)程控制操作。其中，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20包括IR2101S驅(qū)動(dòng)芯片(圖中未示)和場效應(yīng)管(圖中未示)。所述驅(qū)動(dòng)芯片與場效應(yīng)管電學(xué)連接，通過驅(qū)動(dòng)芯片的電壓脈沖控制所述場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止。所述場效應(yīng)管用于控制三相無刷直流電機(jī)40與一高電壓的通斷。由于場效應(yīng)管的源級(jí)與三相無刷直流電機(jī)40的電子線圈繞組相接，場效應(yīng)管的漏極接一高電壓，當(dāng)場效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，源級(jí)與漏極相當(dāng)于短路，電子線圈的電壓與高電壓相等，于是所述三相無刷直流電機(jī)開始工作。由于所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11無法直接驅(qū)動(dòng)三相無刷直流電機(jī)40，因此通過所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20的IR2101S驅(qū)動(dòng)芯片和場效應(yīng)管，可以使數(shù)字信號(hào)處理芯片11所輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)三相無刷直流電機(jī)40，以實(shí)現(xiàn)對三相無刷直流電機(jī)40的一系列控制。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置還包括過流過壓保護(hù)模塊60，所述過流過壓保護(hù)模塊60與控制處理模塊10連接，所述過流過壓保護(hù)模塊60用于將從所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20中所采集的電壓電流值與預(yù)設(shè)定的電壓電流值相比較，并實(shí)時(shí)向所述控制處理模塊10發(fā)送監(jiān)控信號(hào)，以對所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20進(jìn)行過流過壓保護(hù)。其中，所述過流過壓保護(hù)模塊60包括一雙運(yùn)算放大器61 (例如LM258運(yùn)算放大器)和一雙電壓比較器62 (例如LM393比較器)。所述雙運(yùn)算放大器61與雙電壓比較器62連接，用于將采集的電壓電流值進(jìn)行放大處理，并與預(yù)設(shè)定的電壓電流值相比較，并將比較結(jié)果發(fā)送至所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11的ADC引腳(例如9號(hào)引腳、5號(hào)引腳)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測功率驅(qū)動(dòng)模塊20的電流電壓，進(jìn)而保證不會(huì)由于電流或電壓過大而損壞元器件。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置還包括檢測模塊50，所述檢測模塊50分別與所述控制處理模塊10和三相無刷直流電機(jī)40連接，所述檢測模塊50用于進(jìn)行速度監(jiān)測和位置檢測。所述檢測模塊50包括多個(gè)霍爾傳感器51。而在本發(fā)明其他實(shí)施例中，也可采用其他具有檢測速度功能的傳感器(例如速度傳感器)，以及具有檢測位置功能的傳感器等。在本發(fā)明實(shí)施例中，所述三相無刷直流電機(jī)控制裝置根據(jù)三相無刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)盤上固定的小磁鐵經(jīng)過多個(gè)霍爾傳感器51所產(chǎn)生的脈沖頻率和先后順序，以判斷此時(shí)三相無刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，并且獲取三相無刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)子的即時(shí)位置信息。其中三個(gè)霍爾傳感器51的輸入脈沖分別輸入至數(shù)字信號(hào)處理芯片11的三個(gè)外部中斷引腳，即數(shù)字信號(hào)處理芯片11的GPIO引腳中的任意三個(gè)(所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11的任意GPIO引腳可設(shè)置為特殊功能的外部中斷引腳)用于獲取三相無刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)子的即時(shí)位置信號(hào)。所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11的PWM引腳通過輸出正確的脈沖(正反轉(zhuǎn)由脈沖決定)而啟動(dòng)三相電機(jī)。霍爾傳感器51的輸入引腳與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的eCAP引腳(例如40號(hào)引腳)相連。數(shù)字信號(hào)處理芯片11的eCAP引腳有4級(jí)堆棧。當(dāng)霍爾傳感器51產(chǎn)生脈沖時(shí)，eCAP引腳將數(shù)字信號(hào)處理芯片11內(nèi)部定時(shí)器的當(dāng)前值捕獲到堆棧中，通過相鄰的eCAP引腳所捕獲的定時(shí)器的計(jì)數(shù)差值進(jìn)行速度計(jì)算，從而獲取三相無刷直流電機(jī)40的當(dāng)前轉(zhuǎn)速(也就是說，若是單極電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，數(shù)字信號(hào)處理芯片11的eCAP引腳會(huì)檢測到一個(gè)脈沖信號(hào)，當(dāng)前的定時(shí)器的值會(huì)被捕獲到eCAP堆棧中，相鄰堆棧中定時(shí)器的差值為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間)。三相無刷直流電機(jī)40的即實(shí)位置是通過外部中斷引腳而獲取，三相無刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)速是通過eCAP引腳而獲取。若要改變?nèi)酂o刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)向，根據(jù)三相無刷直流電機(jī)40設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)正反方向和轉(zhuǎn)子此時(shí)對應(yīng)的位置，以控制脈沖寬度脈沖的輸出，進(jìn)而改變開關(guān)管的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的順序和占空比，從而實(shí)現(xiàn)對三相無刷直流電機(jī)40的速度環(huán)的控制，提高三相無刷直流電機(jī)40的快速性和穩(wěn)定性。由于三相無刷直流電機(jī)40可以通過三相無刷直流電機(jī)控制裝置實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，因此通過反饋控制可以將實(shí)際轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行對比，以對三相無刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而提高三相無刷直流電機(jī)40運(yùn)行的穩(wěn)定性。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置還包括一實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊80。所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊80包括一低功耗的ISL1208實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片81，所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片81可以產(chǎn)生包括年、月、日、時(shí)、分、秒在內(nèi)的高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)。其中ISL1208實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片81采用32.768KHZ的晶振，以及3V的備用電源(當(dāng)外部停止供電時(shí)仍可供電，使實(shí)時(shí)時(shí)鐘不會(huì)中斷)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片81與數(shù)字信號(hào)處理芯片11之間通過I2C進(jìn)行通信。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置還包括一液晶顯示模塊85。所述液晶顯示模塊85為一種具有串行外圍設(shè)備接口(serialperipheral interface,簡稱SPI)的液晶顯示模塊。所述控制處理模塊10通過數(shù)字信號(hào)處理芯片11的SPI引腳(例如，SPI_MIS0引腳26、SPI_M0SI引腳27、SPI_CLK引腳24)與液晶顯示模塊85的一具有I2C/SPI接口的液晶屏轉(zhuǎn)接板86相連，用以顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘。所述上位機(jī)35依次通過MATLAB制成的圖形用戶界面層、串口通信模塊30與所述控制處理模塊10通信，或者依次通過MATLAB制成的圖形用戶界面層、無線藍(lán)牙模塊70與所述控制處理模塊通信10。所述圖形用戶界面層用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互圖形化。所述MATLAB為MATrix LABoratory的縮寫，是一款由美國The MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。MATLAB是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。利用MATLAB制作串口調(diào)試程序可對電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)40進(jìn)行及時(shí)控制。通過MATLAB制成的圖形用戶界面層，操作者可以很方便直觀地在顯示屏幕上對裝配有三相無刷直流電機(jī)40的電動(dòng)車執(zhí)行起動(dòng)、前進(jìn)、后退、剎車、續(xù)航、轉(zhuǎn)向、鳴笛、控制車燈及遠(yuǎn)程控制操作。與傳統(tǒng)的操作方式相比，所述圖形用戶界面層以圖形方式顯示各種操作，對于用戶而言，在視覺上更易于接受。通過圖形用戶界面層，不但可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互圖形化，并且在除了實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)40的一般控制之外，還可以增加坐標(biāo)軸(Axes)控件，以及時(shí)地輸出三相無刷直流電機(jī)40的電壓波形，進(jìn)而使用戶更方便地了解三相無刷直流電機(jī)40當(dāng)前轉(zhuǎn)速情況，增強(qiáng)人機(jī)的互動(dòng)性。另外，通過圖形用戶界面層可以減少操作者的控制難度，使操作界面更具人性化。圖3是本發(fā)明所述的用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置的連接示意圖。其中，SCI_RX、SCI_TX分別表示:SCI_RX為上位機(jī)35的串口接收引腳，SCI_TX為上位機(jī)35的串口發(fā)送引腳。I2C_SCL、I2C_SDA分別表示:I2C_SCL為數(shù)字信號(hào)處理芯片11的I2C總線的串行時(shí)鐘引腳，I2C_SDA為數(shù)字信號(hào)處理芯片11的I2C總線的串行數(shù)據(jù)引腳(發(fā)送和接收均通過該引腳)。SPI_CLK、SPI_M0S1、SPI_MIS0分別表示:SPI_CLK為上位機(jī)35的SPI通信的時(shí)鐘信號(hào)，SPI_M0SI為數(shù)字信號(hào)處理芯片11的SPI通信的數(shù)據(jù)輸出以及液晶屏轉(zhuǎn)接板86的數(shù)據(jù)輸入，SPI_MIS0為數(shù)字信號(hào)處理芯片11的SPI通信的數(shù)據(jù)輸入以及液晶屏轉(zhuǎn)接板86的數(shù)據(jù)輸出。所述串口通信模塊30采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)35與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的實(shí)時(shí)通信。操作者可以通過已制作好的MATLAB圖形用戶界面層，對裝配有三相無刷直流電機(jī)40的電動(dòng)車執(zhí)行起動(dòng)、前進(jìn)、后退、剎車、續(xù)航、轉(zhuǎn)向、鳴笛、控制車燈及遠(yuǎn)程控制操作。同時(shí)由于數(shù)字信號(hào)處理芯片11與上位機(jī)35可以進(jìn)行及時(shí)通信，因此研發(fā)者在軟件開發(fā)與調(diào)試過程中可實(shí)現(xiàn)在線仿真，通過對數(shù)字信號(hào)處理芯片11的編程以實(shí)現(xiàn)更多的功能。在電路設(shè)計(jì)中將所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11的42號(hào)引腳(RxD串口接收引腳)和47號(hào)引腳(TxD串口發(fā)送引腳)通過跳線器Jl、J2與所述串口通信模塊的MAX3232CSE收發(fā)器31中相應(yīng)引腳連接。所述MAX3232CSE收發(fā)器31通過九針型RS-232串口及USB轉(zhuǎn)串口與上位機(jī)35相連。于是操作者可以通過上位機(jī)35發(fā)送一系列的指令，并將所述指令傳送至數(shù)字信號(hào)處理芯片11。另外，上位機(jī)35也可以通過無線藍(lán)牙模塊70與數(shù)字信號(hào)處理芯片11進(jìn)行無線實(shí)時(shí)通信。所述無線藍(lán)牙模塊70的第二無線藍(lán)牙模塊72通過兩個(gè)具有三引腳的跳線器Jl和J2與所述控制處理模塊10的數(shù)字信號(hào)處理芯片11通信，其中跳線器Jl中的三個(gè)引腳分別是與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的TxD引腳相接的引腳、與收發(fā)器31的SCI_TX相連的引腳、與第二無線藍(lán)牙模塊72的輸出引腳相連的引腳。跳線器J2的三個(gè)引腳分別是與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的RxD引腳相連的引腳、與收發(fā)器31的SCI_RX相連的引腳、與第二無線藍(lán)牙模塊72的輸入引腳相連的引腳。當(dāng)使用藍(lán)牙進(jìn)行無線通信時(shí)，需要先將跳線器J1、J2切換至與第二無線藍(lán)牙模塊72相連的引腳端，這樣不會(huì)與串口通信模塊30所產(chǎn)生的信號(hào)沖突。繼續(xù)參見圖3，通過所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20中的三塊IR2101S驅(qū)動(dòng)芯片和場效應(yīng)管將所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11的PWM引腳所輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)傳送至三相無刷直流電機(jī)40。由于所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11中PWM引腳所輸出的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)無法直接驅(qū)動(dòng)三相無刷直流電機(jī)40，因此通過所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20的功率放大電路，可以在較小的失真條件下產(chǎn)生較大輸出功率，以驅(qū)動(dòng)三相無刷直流電機(jī)40。在三相無刷直流電動(dòng)機(jī)40與數(shù)字信號(hào)處理芯片11之間設(shè)有霍爾傳感器51，并將霍爾傳感器51與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的任意三個(gè)GPIO引腳相連。由于所述TMS320F28027數(shù)字信號(hào)處理芯片11的任意GPIO引腳均可以設(shè)置為特殊功能的外部中斷引腳，因此在本發(fā)明具體實(shí)施例中，通過設(shè)置三個(gè)霍爾傳感器51，進(jìn)而計(jì)算出三相無刷直流電機(jī)40的即時(shí)位置。其中三個(gè)霍爾傳感器51的輸入脈沖分別輸入至數(shù)字信號(hào)處理芯片11的三個(gè)外部中斷引腳，用于獲取三相無刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)子的即時(shí)位置信號(hào)。所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11的PWM引腳通過輸出正確的脈沖(正反轉(zhuǎn)由脈沖決定)而啟動(dòng)三相電機(jī)?；魻杺鞲衅?1的輸入引腳與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的eCAP引腳(例如40號(hào)引腳)相連。數(shù)字信號(hào)處理芯片11的eCAP引腳有4級(jí)堆棧。當(dāng)霍爾傳感器51產(chǎn)生脈沖時(shí)，eCAP引腳將數(shù)字信號(hào)處理芯片11內(nèi)部定時(shí)器的當(dāng)前值捕獲到堆棧中，通過相鄰的eCAP引腳所捕獲的定時(shí)器的計(jì)數(shù)差值進(jìn)行速度計(jì)算，從而獲取三相無刷直流電機(jī)40的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。三相無刷直流電機(jī)40的即實(shí)位置是通過外部中斷引腳而獲取，三相無刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)速是通過eCAP引腳而獲取。所述過流過壓保護(hù)模塊60先將從功率驅(qū)動(dòng)模塊20中所采集到的電壓值(約為
0.94V)通過雙運(yùn)算放大器61進(jìn)行放大，接著通過雙電壓比較器62與預(yù)設(shè)定的電壓值(VCCAD)進(jìn)行比較，再將得到的比較結(jié)果(其為一數(shù)字信號(hào)，作為監(jiān)控信號(hào))傳送至數(shù)字信號(hào)處理芯片11。同理，將所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20中所采集到的電流值先轉(zhuǎn)換為電壓值(即采集的電流值通過一接地電阻轉(zhuǎn)換為電壓值)并通過雙運(yùn)算放大器61進(jìn)行一定比例的放大，接著通過雙電壓比較器62與預(yù)設(shè)定電流值對應(yīng)的電壓值(VCCAD)進(jìn)行比較，再將得到的比較結(jié)果(作為監(jiān)控信號(hào))傳送至所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11。這樣，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11可以獲得電壓電流兩個(gè)比較信號(hào)。通過判斷比較信號(hào)是否為高電平(高電平表示過壓或過流)，可以確定所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20是否工作在過流過壓狀態(tài)。若所述功率驅(qū)動(dòng)模塊20工作在過流過壓狀態(tài)，則進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)操作。所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11采用中斷觸發(fā)的方式，各個(gè)功能模塊可以同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)過流過壓保護(hù)模塊60輸出高電平時(shí)，即當(dāng)時(shí)的電壓值或電流值大于預(yù)設(shè)定的電壓電流值，輸出監(jiān)控信號(hào)并傳送至數(shù)字信號(hào)處理芯片11的ADC引腳。所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11通過檢測所述ADC引腳的電平變化，并通過一定的編程以實(shí)現(xiàn)對電路的過流過壓保護(hù)。另外，通過一定的編程，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片11的PWM引腳輸出一定相位的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，若改變脈沖寬度調(diào)制波形的相位，則改變?nèi)酂o刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)向。若改變脈沖寬度調(diào)制波形的輸出頻率，則對三相無刷直流電機(jī)40進(jìn)行調(diào)速。若停止輸出脈沖寬度調(diào)制波形，則停止三相無刷直流電機(jī)40的轉(zhuǎn)動(dòng)。由此可見，通過對脈沖寬度調(diào)制波形的一系列控制，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。而脈沖寬度調(diào)制波形的變化可以在三相無刷直流電機(jī)40的控制程序中改變相應(yīng)的數(shù)組。數(shù)組中每一個(gè)數(shù)的各個(gè)位對應(yīng)相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理芯片11的PWM引腳，具體為？評(píng)11(29號(hào)引腳)、？麗2 (28號(hào)引腳)、PWM3 (37號(hào)引腳)、PWM4 (38號(hào)引腳)、PWM5 (39號(hào)引腳)、PWM6 (40號(hào)引腳)。這樣，通過三相無刷直流電機(jī)的控制程序?qū)崿F(xiàn)脈沖寬度調(diào)制操作。所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置除了可以通過MATLAB制成的圖形用戶界面層進(jìn)行調(diào)速之外，還可以通過一調(diào)速電阻以傳統(tǒng)方式進(jìn)行電阻式調(diào)速。所述調(diào)速電阻為一滑動(dòng)變阻器，該滑動(dòng)變阻器的一引腳與數(shù)字信號(hào)處理芯片11的一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳相連。所述調(diào)速電阻用于將采集的當(dāng)前電壓值輸入至數(shù)字信號(hào)處理芯片11，在編程時(shí)將當(dāng)前的電壓值與最大速度時(shí)的電壓值進(jìn)行比例計(jì)算，然后控制數(shù)字信號(hào)處理芯片的PWM脈沖信號(hào)的頻率，以控制三相無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于:包括一上位機(jī)、串口通信模塊、無線藍(lán)牙模塊、切換模塊、控制處理模塊和功率驅(qū)動(dòng)模塊；所述串口通信模塊用于接收上位機(jī)發(fā)出的控制指令，并將所述控制指令轉(zhuǎn)發(fā)至所述控制處理模塊，以及負(fù)責(zé)所述上位機(jī)與所述控制處理模塊之間的連接以及數(shù)據(jù)傳送；所述無線藍(lán)牙模塊包括第一無線藍(lán)牙模塊和第二無線藍(lán)牙模塊，所述第一無線藍(lán)牙模塊與所述上位機(jī)通信，用以接收所述上位機(jī)所發(fā)出的控制指令，并發(fā)送至第二無線藍(lán)牙模塊；所述第二無線藍(lán)牙模塊與所述控制處理模塊通信，用于將第一無線藍(lán)牙模塊所接收到的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)至所述控制處理模塊；所述切換模塊包括多個(gè)跳線器，用以控制所述串口通信模塊與所述控制處理模塊通信，或者切換至無線藍(lán)牙模塊與所述控制處理模塊通信；所述控制處理模塊與所述功率驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于在接收到所述控制指令后向所述功率驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送脈沖寬度調(diào)制信號(hào)；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊與一個(gè)三相無刷直流電機(jī)連接，用于接收所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所述三相無刷直流電機(jī)，以使裝配有所述三相無刷直流電機(jī)的電動(dòng)車執(zhí)行起動(dòng)、前進(jìn)、后退、剎車、續(xù)航、轉(zhuǎn)向、鳴笛、控制車燈及遠(yuǎn)程控制操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，還包括過流過壓保護(hù)模塊，所述過流過壓保護(hù)模塊與控制處理模塊連接，所述過流過壓保護(hù)模塊用于將從所述功率驅(qū)動(dòng)模塊中所采集的電壓電流值與預(yù)設(shè)定的電壓電流值相比較，并實(shí)時(shí)向所述控制處理模塊發(fā)送監(jiān)控信號(hào)，以對功率驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行過流過壓保護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，所述過流過壓保護(hù)模塊包括一雙運(yùn)算放大器和一雙電壓比較器；所述雙運(yùn)算放大器與雙電壓比較器連接，用于將采集的電壓電流值進(jìn)行放大處理，并與預(yù)設(shè)定的電壓電流值相比較，并將比較結(jié)果發(fā)送至所述控制處理模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，所述控制處理模塊包括一數(shù)字信號(hào)處理芯片，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片為TMS320F28027芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括IR2101S驅(qū)動(dòng)芯片和場效應(yīng)管；所述驅(qū)動(dòng)芯片與場效應(yīng)管電學(xué)連接，通過驅(qū)動(dòng)芯片的電壓脈沖控制所述場效應(yīng)管的導(dǎo)通或截止；所述場效應(yīng)管用于控制三相無刷直流電機(jī)與一高電壓的通斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，所述串口通信模塊包括MAX3232CSE收發(fā)器和9針型RS-232串口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，還包括一實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊；所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊包括一個(gè)ISL1208實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片,所述實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片與所述控制處理模塊相連，用于將實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)輸入至所述控制處理模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，還包括一液晶顯示模塊；所述液晶顯示模塊包括一個(gè)液晶屏轉(zhuǎn)接板，用以顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，還包括檢測模塊，所述檢測模塊分別與所述控制處理模塊和三相無刷直流電機(jī)連接，所述檢測模塊用于進(jìn)行速度監(jiān)測和位置檢測；所述檢測模塊包括多個(gè)霍爾傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，其特征在于，所述上位機(jī)依次通過MATLAB制成的圖形用戶界面層、串口通信模塊與所述控制處理模塊通信，或者依次通過MATLAB制成的圖形用戶界面層、無線藍(lán)牙模塊與所述控制處理模塊通信；所述圖形用戶界面層用 于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互圖形化。
全文摘要
本發(fā)明一種用于電動(dòng)車的三相無刷直流電機(jī)控制裝置，包括上位機(jī)、串口通信模塊、無線藍(lán)牙模塊、切換模塊、控制處理模塊和功率驅(qū)動(dòng)模塊；串口通信模塊用于接收上位機(jī)發(fā)出的控制指令，并轉(zhuǎn)發(fā)至控制處理模塊；無線藍(lán)牙模塊包括第一無線藍(lán)牙模塊和第二無線藍(lán)牙模塊，第一無線藍(lán)牙模塊與上位機(jī)通信；第二無線藍(lán)牙模塊與所述控制處理模塊通信；控制處理模塊與功率驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于在接收到控制指令后向功率驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送脈沖寬度調(diào)制信號(hào)；功率驅(qū)動(dòng)模塊與一個(gè)三相無刷直流電機(jī)連接，用于讀取脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)三相無刷直流電機(jī)，以使裝配有所述三相無刷直流電機(jī)的電動(dòng)車執(zhí)行起動(dòng)、前進(jìn)、后退、剎車、續(xù)航、轉(zhuǎn)向、鳴笛、控制車燈及遠(yuǎn)程控制操作。
文檔編號(hào)H02P6/06GK103208955SQ201310143760
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者楊鑫, 陳倩倩, 張海燕, 顧杰, 顧毅旭, 周婷, 朱正清 申請人:上海電機(jī)學(xué)院