AB PLC PID控制器总结

第一篇：AB PLC PID控制器总结

针对AB PLC里的PID控制器的研究

首自信热轧作业区

张余海

借鉴热轧1580的稀油泵站的出口压力控制，期望压力为4.0bar，电机为异步变频电机，变频器为AB变频器，PLC和变频器的通讯通过Device Net进行数据交换。

一、控制器里的变量介绍--------

各变量名解释：（各变量只是显示用，他们的值时根据里面的参数设定而来）PID ：PID控制器的名字（自己命名）

Process Variable ：过程变量的输入源设定也就是反馈值（直接连到压力反馈的输入点）Tieback：手动控制时的牵引信号，因为在手动控制中，输出（OUTPUT=SETOUTPUT是人为设定的，这个Tieback有个对应的值，也就是手动设定为0，Tieback为0，如果手动设定为100%，那么Tieback输出就是4095）具体见后面的参数设定。

Control Variable：控制变量（最关键的一个参数）的输出源设定，自己命令的一个中间变量作为转换或者直接接到给到执行器的输出信号上（例如阀的开口度、电机的转速给定）。PID控制器计算得到的是一个百分数，但是百分数无法输出给执行机构，必须转换成为数字量，这个控制变量（CV）就是依照对应关系转换得到的数字量（例如OUTPUT=0，CV=0，OUTPUT=100%，CV=16384，具体见后面参数设定）

PID Master Loop：PID的主循环，就是PID控制使用串级控制，如果是就会显示为1，如果为从就为0，但是有一个前提就是选用了串级控制（看后面的参数设定）

Ihhold Bit ：初始化保持位，来自1756模拟量输出通道的数据读出值，用于支持无冲击在启动，如果用户不想用此参数，可以设置为0。

Inhold Value：初始化保持值，来自1756模拟量输出通道的数据读出值，用于支持无冲击在启动，如果用户不想用此参数，可以设置为0。

这两个值是为了防止系统已运行，过程变量和设定偏差太大，PID控制器输出肯定是100%，带来很大的冲击，如果设置此参数，系统先不让PID控制器工作，输出一直用Inhold Value（初始化保持值），这个值可以人为的设定慢慢的变大，等到系统压力差不多达到设定压力后，然后将Ihhold Bit（初始化保持位）置0，这样系统输出就会采用PID控制器的输出了。

SetPoint：设定值，Process Variable ：过程变量的实际值显示

OUTPUT：PID控制器经过计算得到的输出，百分数形式。

二、参数设置：

1、调节方式参数设置

2、PID功能块的配置参数设置

注：（1）如果控制动作选用的是E=SP-PV那么PID的输出就可以直接给到执行器进行动作，如果选用的是E=PV-SP那么输出就需要变方向，（2）控制变量上下限为了防止输出过大，导致冲击，下限是为了防止停转等。

（3）设置死区时间是为了防止实际值在设定值附近的时候，PID进行微调，导致系统来回的振荡。

3、PID控制器的报警参数设置

注：（1）PV上限值报警和下限值报警时为了报出实际值的过大变化，这里的40.0实际上是4.0bar，因为在AB PLC里有一个工程量的变换，一般是10倍关系（见相关的比例定标配置）

4、相关的比例定标配置

注：（1）PV未定标（unscaled）的最大值就是现场实际的压力反馈值，这里设定是16bar，而工程量单元（Engineering）是实际值的10倍关系，所以是160，而在PID功能块里用的都是工程量，所以不管是设定值和反馈值都是放大十倍关系的。

（2）控制变量的定标就是将PID控制器的输出0—100%和数字量0—16384（一个整形数）进行对应，所以在PID控制器里，OUTPUT是百分数，而Control Variable 是整形数，就是在这里进行了转换。

（3）Tieback牵引值是为了在手动模式下，手动输入Setoutput的大小之后，那个百分数就不按照0—16384进行转换，而是按照0—4095进行转换。

5、标签参数设置

设置此PID控制器的名字和相关描述。

二、PID的公式计算

我们就拿上面的工程进行计算PID计算。

参数设置的是PI控制，P=2.5，Ti=0.08，Td=0，BIAS=0，对PV进行微分，采样周期为0.4s，实际值数据是0.01S，那么如果现在PV=2.0BAR，那么输出应该是多少，E=SP-PV=4-2=2

具体的计算要进行分时间进行计算，因为PID控制器的周期是0.4S，但是PV数据采集周期可能是0.1S，那就是E的计算会很快，例如0.1S时为2，0.2S时为1，0.3S时为0.5，0.4S时为0.2，但是输出计算只能是0.4S输出一次，那样的话，系统只会要0.4S的那个时候的误差，在0-0.4S之间变化的误差时不考虑的，也就是输出应该为。

CV=2.5[2+1/0.08*0.2(0.4-0)]=7.5%（控制器的扫描周期是0.1s,IO的刷新周期是0.01s，那么中间扫描进来的 IO都不会被使用到）并不是下面的公式：

CV=2.5[2+1/0.08*2(0.1-0)]+2.5[1+1/0.08*1(0.2-0.1)]+2.5[0.5+1/0.08*0.5(0.3-0.2)]+2.5[0.2+1/0.08*0.2(0.4-0.3)]=2.5*4.5+2.5*2.25+2.5*1.125+2.5*0.45=20%

第二篇：嵌入式网络控制器总结

嵌入式以太网控制芯片

一、网络控制芯片的参数

1.外围特性

 与核心控制芯片（MCU/DSP）的连接方式  LED的配置  接收发送缓冲区  接收发送中断 2.电气特性

网络控制芯片的电气特性主要关注以下指标：

 输入电压  I/O端口电压  工作温度范围  封装形式 3.通信性能

 与核心控制芯片的通信速率  网络传输介质

 单工半双工全双工工作模式  MAC层的特性

二、各种序列的以太网控制芯片

1.亚信公司的AX序列 1)AX88783芯片  外围特性

 配置的8/16/32位SRAM-like主机接口，它很容易与最常用的嵌入式微控制器连接（AX88782： 16位，AX88783：8/16/32位） 电气特性

 片内所需供电电压为3.3V  片内所需输入时钟为25MHz  128引脚（AX88782为80引脚）LQFP兼容RoHS封装  正常工作温度范围为：0°C 到+70°C  网络通信能力

 兼容IEEE 802.3标准10BASE-T/100BASE-TX的快速以太网  10/100M自适应接口支持双绞线交叉检测和自动校正

 支持完全符合IEEE 802.3x标准的全双工操作流量控制和半双工的背压  支持队列和端口的可编程速率控制（4K~100M bps）2)AX88780芯片  外围特性

 16/32位SRAM-like主机接口  支持大/小端类型的数据总线  支持EEPROM接口  支持16位PCMCIA模式  电气特性

 集成了2.5V~3.3V的电压调节器

 核心电压2.5V，I/O口电压3.3V可承受5V电压  128引脚CMOS工艺LQFP兼容RoHS封装  网络通信能力

 兼容802.3/802.3u标准

 集成快速以太网MAC PHY收发器  10Mbps和100Mbps的数据传输速率

 支持全双工/半双工工作模式。对于全双工工作模式，支持IEEE 802.3x标准的流量控制。对于半双工，支持背压流量控制。

图一

AX88780框图 3)AX88796芯片  外围特性

 同时支持8位和16位本地CPU接口包括MCS51系列和80186系列的CPU以及ISA 总线。 支持SRAM-like主机接口

 支持DMA从模式的，以尽量减少CPU开销  带可编程延时计时器的中断引脚  支持EEPROM接口存储MAC地址  电气特性

 集成稳压器和25MHz晶体振荡器

 0.18CMOS工艺，3.3V供电电压，I/O端口可承受5V电压  64引脚LQFP，RoHS封装

 正常工作温度范围为：0°C 到+70°C  网络通信能力

 兼容802.3/802.3u标准

 集成快速以太网MAC PHY收发器  10Mbps和100Mbps的数据传输速率  支持10/100Mbps N-way自动协商功能操作  支持双绞线交叉检测和自动校正（HP Auto-MDIX） 兼容NE2000寄存器指令

 支持全双工/半双工工作模式。对于全双工工作模式，支持IEEE 802.3x标准的流量控制。对于半双工，支持背压流量控制。

图二

AX88796框图 4)AX88196芯片  外围特性

 同时支持8位和16位本地CPU接口包括MCS51系列、80186系列和MC68K系列的CPU。

 提供一个10/100Mbps MII操作的端口  支持标准打印口，也可以用作通用I / O端口  电气特性

 5V和3.3V双电压，CMOS工艺，I / O端口可承受5V电压。或者纯3.3V 操作电压

 128引脚LQFP低态封装  网络通信能力

 兼容IEEE 802.3u标准，支持100BASE-T, TX, and T4  支持单芯片本地10/100Mbps自适应CPU总线  兼容NE2000寄存器指令

 10Mbps和100Mbps的数据传输速率  支持全双工/半双工工作模式  外部和内部的环回功能

图三

AX88196框图 2.Microchip公司的ENC序列 1)ENC28J60芯片  外围特性  最高速度可达 10Mb/s的 SPI接口

 两个用来表示连接、发送、接收、冲突和全/半双工状态的可编程LED 输出  使用两个中断引脚的七个中断源  带可编程预分频器的时钟输出引脚  电气特性

 接收器和冲突抑制电路

 TTL电平输入，工作电压范围是3.14V 到3.45V  温度范围：-40°C 到+85°C（工业级），0°C 到+70°C（商业级）SSOP封装）

 28 引脚SPDIP、SSOP、SOIC和QFN 封装  网络通信能力

 IEEE 802.3 兼容的以太网控制器  集成 MAC和 10 BASE-T PHY  支持一个带自动极性检测和校正的 10BASE-T端口  支持全双工和半双工模式  可编程在发生冲突时自动重发 2)ENC624/424J600芯片  外围特性

 带有增强操作码集的14 Mbit/s SPI接口（44引脚和64引脚封装） 8 位复用并行接口（44 引脚和 64 引脚封装） 8 位/16 位复用或解复用并行接口（仅 64 引脚封装） 两个用于支持单 /双LED 配置的 LED指示输出  发送和接收中断  电气特性

 可承受 5V输入电压

 可编程频率范围为 50kHz至 33.3MHz的时钟输出引脚  工作电压范围为 3.0V至 3.6V  温度范围：

-40°C至+85°C（工业级）

 提供 44引脚TQFP和 QFN封装以及 64 引脚TQF封装

（仅 网络通信能力

 符合IEEE 802.3™的快速以太网控制器

 支持一个带自动极性检测和校正的10/100Base-T端口

 集成MAC和10/100Base-T PHY  24 KB的发送 /接收数据包缓冲 SRAM  支持自动协商

 支持暂停控制帧，包括自动发送和接收流控制  支持半双工和全双工工作模式  可编程为在发生冲突时自动重发  工厂预编程的唯一MAC 地址 3.台湾联杰公司的DM序列 1)DM9000芯片  外围特性

 支持一般处理器接口

 支持8位，16位和32 位uP接口以便访问不同的处理器。 电气特性

 工作电压为3.3V，可承受5V电压  100引脚LQFP封装  网络通信能力

 附带1个10/100M PHY和4K的 双字节的SRAM  提供了MII接口用以连接HPNA设备或其他支持MII接口的收发

 控制器的PHY支持10Base – T和100BASE – TX，完全符合IEEE 802.3u标准。

 支持IEEE 802.3x全双工流量控制 4.Cirrus Logic公司的CS8900A芯片

 外围特性

 符合IEEE802.3以太网标准，并带有ISA接口。 片内4K字节RAM。

 适用于I/O操作模式，存储器操作模式和DMA操作模式  支持外部EEPROM  电气特性

 最大消耗电流55mA（5V供电） 3/5V工作电压  工业级可承受温度范围  LQFP-100  网络通信能力

 适用于I/O操作模式，存储器操作模式和DMA操作模式。 全双工工作模式

 带有传送、接收低通滤波的10Base-T连接站口。 支持10Base2,10Base5和10Base-F的AUI自动重发。

CS8900A基本工作原理是：在收到由主机发来的数据报（从目的地址域到数据域）后，侦听网络线路。如果线路忙，它就等到线路空闲为止，否则，立即发送该数据帧。发送过程中，首先，它添加以太网帧头（包括先导字段和帧开始标志），然后，生成CRC校验码，最后，将此数据帧发送到以太网上。接收时，它将从以太网收到的数据帧在经过解码、去掉帧头和地址检验等步骤后缓存在片内。在CRC校验通过后，它会根据初始化配置情况，通知主机 CS8900A收到了数据帧，最后，用上面介绍的某种传输模式传到主机的存储区中。

5.Smart Mixed-Signal Connectivity(SMSC)公司的LAN序列 1)LAN91C96芯片  外围特性

 16位数据、控制传输，数据管道传输

 支持总线、PCMCA和摩托罗拉68000总线访问方式  集成AUI接口  电气特性



工作电压3.3V，可承受5V电压  100引脚QFP/TQFP兼容RoHS封装  网络通信能力

 支持增强型发送队列管理  支持IEEE802.3以太网标准

 10Mb/s曼切斯特编码/解码和时钟恢复  支持TXRX极性自动检测 2)LAN91C110芯片  外围特性  16位数据宽度

 通用的系统级接口，可以很方便的适用ISA，PCMCIA以及各种CPU系统接口

 支持8/16位CPU存取  支持异步总线接口  电气特性

 144引脚TQFP无铅RoHS封装  网络通信能力

 兼容IEEE802.3 10BASE-T、100BASE-TX以及100BASE-T4标准  支持IEEE802.3全双工工作模式  MII管理串行接口

3)LAN9118芯片（89218、9218、9117、9117、9115） 外围特性

 16/32位数据总线  支持DMA从模式  中断引脚延时可编程控制

 SRAM-like接口可以很容易的接入大多数嵌入式CUP和SoC  电气特性

 100引脚无铅RoHS封装  集成1.8V稳压器

 3.3V供电，I/O端口可承受5V电压  工作温度范围：0°C 到+70°C  网络通信能力

 完全兼容IEEE802.3/802.3u标准，支持10BASE-T、100BASE-TX  支持全双工/半双工工作模式。对于全双工工作模式，支持流量控制。对于半双工，支持背压流量控制。 自动极性检测和校正  灵活的地址过滤模式 6.Silabs公司CP2200芯片

 外围特性

 Inter或Motorola总线方式

 8位复用或非复用方式，复用下仅需11个I/O引脚  接收数据包中断和网络唤醒中断  电气特性

 电源电压3.1V~3.6V  I/O可承受5V电压

 无铅28脚QFN封装（5×5mm），无铅48脚TQFP封装（9×9mm） 温度范围：

-40°C至+85°C（工业级） 网络通信能力

 集成的IEEE802.3MAC和10BASE-T PHY  完全兼容100/1000 BASE-T网络

 全/半双工工作模式，自适应，自动极性检测和校正  支持广播和多播MAC寻址  工厂预编程的唯一48位MAC地址

第三篇：可编程序控制器总结

《可编程序控制器PLC》总结

时间过的真快，转眼间，一学期的课程结束了。这学期主要学习了《可编程序控制器应用技术及项目训练》，以三菱FX2s为样机，通过4个由易到难的实际工程项目，让我学会合理运用PLC及相关工控产品，掌握小型控制系统设计、安装与调试的工作方法。

通过本课程的学习，使我更加熟悉了相关国家标准和行业规范；熟练进行PLC控制柜装配；掌握小型PLC控制系统设计、安装、调试的工作方法；掌握收集、查阅PLC及相关产品资料的渠道和方法；熟悉位置、温度等工业传感器的选型与用法，会规范绘制电路图、接线图、位置图等电气图纸；会规范编写设备设计说明书和设备使用说明书等文档，也让我了解了有关PLC的很多知识。其中包括一下这些方面：

PLC的基础知识 PLC的定义

PLC是可编程序控制器的简称。可编程序控制器（ProgrammableController）本应简称PC，但是由于个人计算机（PersonalComputer）也简称为PC，为了区别，同时由于早期的可编程序控制器只是具有逻辑控制功能，因此人们仍习惯称可编程序控制器为PLC（ProgrammableLogicalController）。PLC的发展概况

20世纪60年代中期，美国通用汽车公司（GM）为适应生产工艺不断更新的需要，提出了一种设想：把计算机的功能完善、通用灵活等优点与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，并提出了新型电气控制的十点招标要求。其中包括：编程方便，可在现场修改程序；维护方便，最好采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；数据可直接进入管理计算机；体积小于继电器控制装置；成本可与继电器控制装置竞争；输入电源可为交流115V；输出为交流115V，负载电流应在2A以上，能直接驱动电磁阀接触器等；扩展时，原系统要求变更最少；用户程序存储器大于4KB等。

PLC的基本构成

电源：PLC的电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

中央处理单元(CPU)：中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，是PLC的核心起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

存储器：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

输入输出接口电路（I/O模块）：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

PLC的特点:可靠性高，抗干扰能力强。

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

可编程控制器编程语言

可编程控制器PLC中有多种程序设计语言，它们是：梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。

梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。

功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和其他基本程序设计语言无法完成的功能。

PLC的应用领域

开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

了解PLC的这些知识之后，要想完成一个项目，最关键的是软件部分，也就是程序。创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）。

下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下（STOP或RUN-P），RUN-P模式表示，这个程序将一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序就可能出现冲突，所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式。

为了我们能顺利的完成一个项目，PLC系统设计时，首先应确定控制方案，接下来就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应等等。

通过这学期的学习，我熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言，这让我在以后的实践中有了很多的帮助。最后，感谢王老师的教导，让我学会了PLC的相关知识。

第四篇：控制器市场分析

控制器市场分析

控制器作为电动车的主要的关键零部件，他们之间是完全互补品的关系，电动车控制器的需求不仅仅来自于新增产能的零配件市场，同时也有来自与维修市场，根据惯例，电动车控制器在维修市场的需求大概为存量的5%-10%。因此总的市场需求量考虑到电动车的使用寿命，进入维修市场的电动车的存量应该为前五年市场销量之和5%-10%。基于以下几点我国的自动控制器的装配自行车年均增长10%。

1、根据我国2010年的产业政策规划，本将出台相关的行业政策和行业标准，政策逐步明朗。

2、我国在2010年将电动自行车列为了家电乡下的补贴电器之一。因此此举将大幅促进我国电动自行车在农村市场的消费。

3、国内电动车控制器呈两极分化发展趋势，以高标科技为首的品牌化发展之路，面向中高端市场，推出高质量、高科技、高水准的产品，在市场经济中性价比极高；以一些杂牌为主，价格低廉，产品质量没有固定标准，生产成本极低，以低价格的优势在市场上占据一定份额。

3、我国2010年上半年的数据显示我国在上半年电动自行车产量同比增长

8.9%。

4、今后三年内电动车由于产品升级也逐步进入更新换代期，同时产业升级主要关键部件的升级如控制器、动力电源、电机的升级，解决产业困局，控制器等关键技术的升级至关重要。

第五篇：电动车控制器设计方案

电动自行车控制器设计

电动自行车控制器方案

2012/11/5

电动自行车控制器设计

目录

第一章 概述-------------3

第二章 系统需求分析-------4

第三章 控制器分析---------6

一、电动车控制器框图------6

二、控制器关键功能分析-----7

第四章 控制器设计----------9

一、硬件设计---------9

二、软件设计----------12

电动自行车控制器设计

第一章 概述

近年来，随着改革开放和经济发展日益深刻，人民生活水平日渐提高，出行交通工具也发生前所未有的变化。老百姓出行不仅考虑快捷、方便，还追求时尚环保，因此近年来电动自动自行车日益受老百姓喜爱。作为电动自行车，其核心控制器则是电动自行车的关键，控制的好坏决定车子的平稳、安全、舒适，因此一个功能全面、可靠性强、符合要求的控制器决定了电动自行车的质量。为了使得电动自行车有良好的体验和可靠的质量保证，因此本文介绍一种控制器的设计方案。

电动自行车控制器设计

第二章 系统需求分析

1、具有安全检测功能，检测电池电压，电流

需要检测电池中电流，电池电流不能过大，防止损伤电池；

需要检查电机中的电流，并且识别是否是电机堵转还是车子上坡或者负载过大，并且限制电机电流17A以下，在15～17A间切换，防止大电流长时间烧坏电机；

检测电池电压，电池电压大于电机额定电压120%时，发出报警铃声，提醒电压过大，不能驱动电机；

2、显示速度和里程数

利用三位数码管显示里程数，范围0～999Km，保证每分钟更新一次；

用5个发光二极管显示速度，表示5个档位，每个档位间隔速度为10Km/h，即表示的速度为10Km/h、20Km/h、30Km/h、40Km/h、50Km/h，速度在哪个档位，对应发光二极管闪亮。

3、具有转向灯控制电路

当打开转向灯开关时，对应的转向灯每隔0.5秒闪一次，每次持续0.5秒

电动自行车控制器设计

4、照明灯控制电路

当打开照明灯时，在仪表盘上显示照明打开，用一个发光二极管。

5、具有报警功能

当钥匙开关不再车上时，若轮子速度有变化，即发出报警声音。

电动自行车控制器设计

第三章 系统分析

一、电动车控制器框图

上图是整车的控制系统框图，主要有电源、电机、控制器等，其中控制器位于核心地位，是整个控制系统的关键，也是负责组织各个部分协调工作的中心。其具体的控制框图如下图所示：

电动自行车控制器设计

电源降压模块灯管驱动电路照控速盘电压信号刹车信号信号转换电路WM灯P向、转明灯转向灯、照明灯信号信号转换电路PIC芯片信号转换电路MOS驱动电路电机电源输出电路电机电路电流、电机电压蜂鸣器P信号转换电路WM三极管驱动电路电机霍尔信号电压、里程显示输出数码管显示电路电源

从图中可以看出，控制器由单片机及其外围电路构成，包括输入信号处理电路、输出信号处理电路、电源电路等。

二、控制器关键功能分析 控制器功能：

1、改变电机速度

即调速功能，检测车把电压，根据车把设定速度来进行速度设定。同时检测霍尔传感器计数值，作为当前速度，通过PID调节来计算应该输出的PWM波。

2、刹车功能

检测刹车信号，当刹车有效时，将速度设定值强制变为零，输出PWM也变为零。

电动自行车控制器设计

3、有防过压、过流检测电路

检测电源电压，低压报警，防止损伤电池； 检测电源电流，当电流过大时适当降速，限制电流在合理区间，防止烧坏电机、电源。

4、显示电池电压、车速、里程数

将车子的速度用数码管显示在仪表盘上，将电池电压通过发光二极管显示在仪表盘上。

5、防盗

当车子锁上时，车轮子有转动则报警。

6、照明灯控制开关、转向灯控制开关

可以采用双刀双掷开关，一个可控制强电信号，另一个给单片机进行检测。

电动自行车控制器设计

第四章 控制器设计

控制器是电动自行车的核心，要实现的功能有：

1、可以改变电机速度

2、可以刹车

3、有防过压、过流检测电路

4、显示电池电压、车速、里程数

5、防盗

控制器不仅要具有所有功能并且引出相关信号线，而且要有合适的外观尺寸，并且可以对内部电路进行保护。

一、硬件设计

1、电机驱动电路设计

由V1～V6六只功率管构成的驱动全桥可以控制绕组的通电状态。按照功率管的通电方式，可以分为两两导通和三三导通两种控制方式。由于两两导通方式提 供了更大的电磁转矩而被广泛采用。在两两导通方式下，每一瞬间有两个功率管导通，每隔1／6周期即60°电角度换相一次，每只功率管持续导通 120°电角度，对应每相绕组持续导通120°，在此期间相电流方向保持不变。

电动自行车控制器设计

为保证产生最大的电磁转矩，通常需要使绕组合成磁场与转子 磁场保持垂直。由于采用换相控制方式，其定子绕组产生的是跳变的磁场，使得该磁场与转子磁场的位置保持在60°～120°相对垂直的范围 区间。

2、照明灯、转向灯、速度显示仪表

单片机检测到照明灯亮暗，转向灯亮暗及方向，将其显示在仪表盘上，灯的亮暗是通过三个发光二极管来显示的。由于一般的发光二极管20mA的电流就可以驱动，因此可以用单片机I/O引脚直接驱动。

至于速度显示，可以通过数码管显示，数码管可以用三个，显示范围是0.0 ～99.9KM/h，可以用三极管控制选择端，每次选择一个数码管，进行给值，单片机输出的是四位信号，可以显示0～9的BCD码，通过数码管显示驱动芯片转换为数码管的7段码，则选中的数码管显示对应的数字，通过不断给数码管写值则可以达到看起来连续的效果。

电动自行车控制器设计

或者要节省成本，其实速度显示可以仅显示档位，比如0～5km/h、5～10km/h、10～15km/h、15～20km/h、20～25km/h 分为5档，每档对应一个发光二极管，当速度在对应的档位时，对应的发光二极管亮，其他的不亮。

3、电池电压检测电路

检测电池电压需要对电池电压进行采样，采样电路的作用是强弱分离，对单片机引脚进行保护，同时对电池电压进行变换，变到适合单片机A/D引脚采样的范围。

采样电路可以先用电容进行滤波，然后接上一个输入电阻很大的变换电路，可以通过741等放大器实现，然后对比较后的电压进行电阻分压转换，转换到0～3.3V，适合单片机采样。

4、电机电流检测、电池电流检测、漏电检测

在待检测的电路中串入阻值很小的电阻（注意大电流电路中电阻必须要有较大的功率），然后对电阻两侧的电压取样，经过后级差值比较电路得出压差。差值转换可以采用741，然后在进行放大缩小变化，转换成0～3.3V的范围，可以接入单片机A/D引脚进行电压检测，然后除以电阻及变比等即可得到对应线路的电流。通过和每个线路设定电流阈值及车状态检测，即可得到是否过流、是否漏电等信息。

电动自行车控制器设计

5、报警电路

单片机通过I/O引脚输出报警信号开关，然后通过三极管驱动蜂鸣喇叭来提示是否有紧急情况。通过不同频率的信号分辨不同的报警信息。

6、防盗电路

防盗检测其实是检测轮子是否转动来实现的，即利用霍尔器件检测速度，若速度大于某个去掉干扰后的阈值就认为有被盗的可能，就驱动蜂鸣喇叭报警。

二、软件设计

1、软件流程图设计

电动自行车控制器设计

上电检查进入主循环检测速度输入，设定速度输入，刹车信号输入，电源电压检测输入速度PID计算，将PWM控制信号输出仪表盘显示速度

程序流程图 1，主要流程图，包括初始化、主循环。

电动自行车控制器设计

检测速度设定值，用单片机A/D转换功能将模拟电压转换为数字信号，低通滤波读出单片机光码盘计数器值，低通滤波增量式PID计算输出值，并且进行限速处理PWM输出设定

程序流程图 2，速度调整程序流程图

电动自行车控制器设计

已经检测到实际速度值，并且进行低通滤波处理将速度信号分成三位，分别是十位，个位，小数位计算三位数字转换成数码管设定值，并且进行输出时序设置调用显示子函数

程序流程图 3，显示子函数程序流程图

电动自行车控制器设计

速度PID计算刹车信号是否有效否进行增量式PID计算，设定是将设定速度设为零，进行PID计算，输出PWM设定子函数

程序流程图 4，速度调控流程图

电动自行车控制器设计

安全检测子函数电源电流是否过大是否否进行正常处理，显示电压是电流过大，进行漏电判断或者速度限制下一程序

程序流程图 5，安全检测程序流程图

2、软件功能设计

速度PID设计：

1）可以采用增量式PID，在不同电压、不同速度下比例积分微分系数有所不同；

2）带刹车检测，刹车时将设定速度设为0，电机PWM输出为零；

3）超速限制，当速度超过20Km/h时，进行适当减速，限制在20Km/h以下；

电动自行车控制器设计

4）起步限速，开始时速度慢慢上升，防止突然启动。

安全检测设计：

1）检测电压电流，当电压较低时报警，以免损坏电池； 2）电流检测，防止超过限制电流烧坏电机、电源或者电线，当电流大于最大电流时，减速是电流在最大电流值以下附近一个区间内波动；

3）上电检测，当电机未开动时，若有较大电流则可能漏电进行报警；

4）当车钥匙拔出来，并且开启报警功能后，若车轮子光码盘有读数说明车子可能被盗，要进行报警。

显示设计：

1）速度显示设计，用三段数码管显示速度的十位、个位和小数位，采用共阴极数码管，LM373锁存数字，三个IO口选通数码管，一次显示一位，每个循环周期控制一次； 2）照明灯显示，主控电路用开关实现，单片机仅检测开关是否开启，并用一个IO口来控制三极管电路驱动发光二极管来显示是否开启照明灯，左右的转向灯采用相同的设计； 3）电源电压显示，将检测到的电压用多个发光二极管显示，亮的越多电压越高，当电压低于报警电压时，所有二极管熄灭，驱动电路采用三极管驱动，每个循环周期进行一次显示。