電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及電動自平衡車【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，包括控制電路，用于驅(qū)動電機的電機矢量驅(qū)動電路，所述控制電路的一輸出端與電機矢量驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸入端連接，電機矢量驅(qū)動電路的輸出端連接電機，以及與控制電路的一信號輸入端連接的車體姿態(tài)傳感器，和檢測電機電流并與控制電路的采樣輸入端連接的電機電流采樣電路，以及為進入系統(tǒng)、電機的電壓進行轉(zhuǎn)換的DC/DC轉(zhuǎn)換電路。本實用新型采用控制電路，實現(xiàn)了電動獨輪車的自平衡控制，電機的超靜音工作，通過電機的磁場定向控制實現(xiàn)電機效率的最大化，提高了續(xù)航里程，增加了電機轉(zhuǎn)矩。
【專利說明】電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及電動自平衡車【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]電動獨輪車是一種電力驅(qū)動、具有自我平衡能力的交通工具。在社會飛速發(fā)展的今天，交通擁堵也成了最終現(xiàn)象，一款時尚的電動獨輪車，讓您享受穿梭于鬧市的輕松與快樂。電動獨輪車代替自行車和電動車作為交通工具是時尚潮流的發(fā)展。電動獨輪車適于每日通勤使用或者周末時作為一項休閑運動，由陀螺儀傳感器控制平衡，1000瓦特的電動機驅(qū)動，可以獲得很好的動力，速度在20KM/H左右，在保證安全的同時兼顧到行車速度。由于其采用獨輪設(shè)計，其驅(qū)動獨輪電機工作的驅(qū)動及控制系統(tǒng)，便更需要穩(wěn)定，而現(xiàn)有技術(shù)中的驅(qū)動控制系統(tǒng)不夠穩(wěn)定；另外，雖然獨輪車速度不快，但是由于其電池供電的局限性(電量用完而停止供電)，且使用者不能方便的觀察到電池電量的使用情況，因而在其電量缺失時，使用者仍在不知情的情況下，繼續(xù)行駛，這樣給使用者的安全帶來的危害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，其采用控制電路，實現(xiàn)了電動獨輪車的自平衡控制，電機的超靜音工作，通過電機的磁場定向控制實現(xiàn)電機效率的最大化，提高了續(xù)航里程，增加了電機轉(zhuǎn)矩。
[0004]實現(xiàn)本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0005]電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，包括控制電路，用于驅(qū)動電機的電機矢量驅(qū)動電路，所述控制電路的一輸出端與電機矢量驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸入端連接，電機矢量驅(qū)動電路的輸出端連接電機，以及與控制電路的一信號輸入端連接的車體姿態(tài)傳感器，和檢測電機電流并與控制電路的采樣輸入端連接的電機電流采樣電路，以及為進入系統(tǒng)、電機的電壓進行轉(zhuǎn)換的DC/DC轉(zhuǎn)換電路。
[0006]所述控制電路的信號出端連接有聲光提示電路，其包括電源指示電路、電池電量指示電路以及在電池電量耗盡前用于發(fā)出聲音提示的發(fā)聲電路。
[0007]所述電源指示電路、電池電量指示電路均包括通過第一限流電阻與控制電路連接的三極管，其中，三極管的集電極與第一限流電阻連接，基極通過第二限流電阻連接有發(fā)光LED,發(fā)射極接地；
[0008]所述發(fā)聲電路包括與控制電路連接的二極管、三極管，并接于三極管發(fā)射極、基極之間的第三限流電阻，連接三極管基極的第四限流電阻，以及與第四限流電阻連接的發(fā)聲器。
[0009]所述電機電流采用電路包括與電機矢量驅(qū)動電路依次串接的第五電阻、第六電阻，以及運算放大器，運算放大器的正相輸入端連接第六電阻且并接有第七電阻，運算放大器的反相輸入端并接有第八電阻、第九電阻，第九電阻與運算放大器的輸出端連接并連于控制電路，第八電阻與電機矢量驅(qū)動電路連接，在運算放大器的反相輸入端與正相輸入端之間連接有二極管，其二極管的正極連接運算放大器的正相輸入端，負極連接運算放大器的反相輸入端。
[0010]還包括對獨輪車電池進行管理的電池管理電路，電池管理電路輸出端連接的電機矢量驅(qū)動電路、控制電路，所述電池管理電路包括與電池連接的均衡充電電路，與均衡充電電路連接的電壓電流檢測器，以及與電壓電流檢測器連接的光耦隔離電路，所述光耦隔離電路的輸出端與控制電路相連，以及連接電池、電壓電流檢測器的充電驅(qū)動電路。
[0011]所述均衡充電電路包括第十電阻、第十一電阻、第十二電阻以及三極管，第十電阻一端與電池連接，另一端與三極管的集電極連接，三極管的發(fā)射極通過第十一電阻與電壓電流檢測器連接，三極管的基極通過第十二電阻與電壓電流檢測器連接。
[0012]所述電壓電流檢測器為芯片SH367004。
[0013]所述控制電路為型號STM32F103C6T6或者STM32F103C8T6的芯片。
[0014]采用了上述方案，通過電機矢量驅(qū)動電路對電機電流進行處理，電機電流采樣電路對電機的三相電流進行采樣，直流母線電流的采樣，以及對進入系統(tǒng)及電機的DC/DC轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓處理，車體姿態(tài)傳感器來讓車體前后實現(xiàn)自動平衡，本實用新型實現(xiàn)了電動獨輪車的自平衡控制，電機的超靜音工作，通過電機的磁場定向控制實現(xiàn)電機效率的最大化，提高了續(xù)航里程，增加了電機轉(zhuǎn)矩，另外通過電池管理電路和電機矢量驅(qū)動電路一體化的設(shè)計(設(shè)計于一塊電路板上)，節(jié)省了制造成本，電路板的占用空間少，同時也實現(xiàn)了電源管理和電機驅(qū)動的協(xié)調(diào)工作，當電池電力耗盡時，電池管理電路會發(fā)送信號給控制電路，控制電路會通過聲光提示電路通知用戶趕快下車，然后幾十秒之后系統(tǒng)會斷電，這樣就解決了平衡車電力耗盡時突然斷電的情況，大大提高獨輪平衡車的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型的控制原理示意圖；
[0016]圖2為本實用新型中DC/DC轉(zhuǎn)換電路的電路圖；
[0017]圖3為本實用新型中電機矢量驅(qū)動電路的電路圖；
[0018]圖4為本實用新型中車體姿態(tài)傳感器的電路圖；
[0019]圖5為本實用新型中電機電流采用電路的電路圖；
[0020]圖6為本實用新型中控制電路的示意圖；
[0021]圖7為本實用新型中聲光提示電路的電路圖；
[0022]圖8為本實用新型中電池管理電路的電路圖；
[0023]圖9為本實用新型中的過流保護電路；

【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進一步說明。
[0025]參見圖1，電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，包括控制電路1，用于驅(qū)動電機的電機矢量驅(qū)動電路2,控制電路I的一輸出端與電機矢量驅(qū)動電路2的驅(qū)動信號輸入端連接，電機矢量驅(qū)動電路的輸出端連接電機，以及與控制電路的一信號輸入端連接的車體姿態(tài)傳感器3，和檢測電機電流并與控制電路的采樣輸入端連接的電機電流采樣電路4，以及為進入系統(tǒng)、電機的電壓進行轉(zhuǎn)換的DC/DC轉(zhuǎn)換電路5。其中，控制電路為型號STM32F103C6T6或者STM32F103C8T6的芯片，該芯片內(nèi)部集成32位CPU，ROM, RAM,電機控制模塊，IIC接口，定時器等，計算處理數(shù)據(jù)能力強大，為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中心。
[0026]參見圖1、6、7，控制電路I的信號出端連接有聲光提示電路6，其包括電源指示電路601、電池電量指示電路602以及在電池電量耗盡前用于發(fā)出聲音提示的發(fā)聲電路603。其中，電源指示電路、電池電量指示電路均包括通過第一限流電阻Rl與控制電路連接的三極管Q，其中，三極管的集電極與第一限流電阻連接，基極通過第二限流電阻R2連接有發(fā)光LED,發(fā)射極接地；發(fā)聲電路包括與控制電路連接的二極管D7、三極管Ql，并接于三極管發(fā)射極、基極之間的第三限流電阻R48，連接三極管基極的第四限流電阻R49，以及與第四限流電阻連接的發(fā)聲器。這里采用高亮度的紅色LED指示，發(fā)聲器提示采用蜂鳴器，并采用簡單的NPN三極管和限流電阻來驅(qū)動，電路簡潔穩(wěn)定可靠。
[0027]參見圖1、5，電機電流采用電路4包括與電機矢量驅(qū)動電路依次串接的第五電阻R5、第六電阻R6，以及運算放大器U1，運算放大器的正相輸入端連接第六電阻且并接有第七電阻R7，運算放大器的反相輸入端并接有第八電阻R8、第九電阻R9，第九電阻與運算放大器的輸出端連接并連于控制電路，第八電阻與電機矢量驅(qū)動電路連接，在運算放大器的反相輸入端與正相輸入端之間連接有二極管D4，其二極管的正極連接運算放大器的正相輸入端，負極連接運算放大器的反相輸入端。電動機的矢量控制必需知道電機的三相電流，采用電流傳感器成本太高，本設(shè)計采用測三個下橋臂的MOS壓降的方式，來測試三相電機的電流，MOS管電壓信號的放大，我們同樣采用同相比例運算放大電流，在PCB上我們采用差分布線，保證信號放大的準確性；直流母線電流限制我們采用兩個合金電阻，通過同相比例運算放大電路放大合金電阻上的電壓，然后將放大之后的電壓送控制電路，以達到限制電機電流的目的，保證控制器系統(tǒng)的可靠性。
[0028]參見圖1、8，電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)還包括對獨輪車電池進行管理的電池管理電路7，電池管理電路輸出端連接的電機矢量驅(qū)動電路、控制電路，電池管理電路包括與電池連接的均衡充電電路701，與均衡充電電路連接的電壓電流檢測器702，以及與電壓電流檢測器連接的光耦隔離電路703，光耦隔離電路的輸出端與控制電路相連，以及連接電池、電壓電流檢測器的充電驅(qū)動電路704。
[0029]其中，均衡充電電路包括第十電阻、第十一電阻、第十二電阻以及三極管，第十電阻一端與電池連接，另一端與三極管的集電極連接，三極管的發(fā)射極通過第十一電阻與電壓電流檢測器連接，三極管的基極通過第十二電阻與電壓電流檢測器連接。電壓電流檢測器為芯片SH367004。電源管理電路我們采用鋰電池電源管理芯片SH367004系列。其中特殊用法是當電池任何一只電池電量耗盡時，通過SH367004芯片的第8腳輸出高電平，然后通過光耦把欠壓信號發(fā)送到控制電路，控制電路驅(qū)動聲光提示電路告訴用戶趕快下車，讓后20秒后系統(tǒng)會自動斷電，以保護電池不會過放電而被損壞。
[0030]參見圖2，DC/DC轉(zhuǎn)換電路的電路圖，其圖中，A為電機的DC/DC轉(zhuǎn)換電路，B為LED和蜂鳴器的DC/DC轉(zhuǎn)換電路，C為控制電路即芯片的DC/DC轉(zhuǎn)換電路；電源轉(zhuǎn)換電路為整個工作電路的各個模塊提供正常工作的電壓，分別是電機驅(qū)動電路的14v的直流電壓，LED和蜂鳴器的5V直流電壓，和單片微型計算機的3.3v的直流電壓，為了提供整機的效率和降低元器件的發(fā)熱量，14V的直流電壓采用BUCK型降壓斬波電路，5v直接采用78M05散端電源芯片，3.3V直接采用AMS1117三端電源芯片，整個電路簡介成本低廉，工作可靠。
[0031]參見圖3，其為電機矢量驅(qū)動電路，電機驅(qū)動電路采用分立元器件，成本低廉，工作可靠，其中上橋臂由于開通時MOS管的柵極電壓必須大于源級電壓，而MOS管的驅(qū)動電壓只有14V，上橋臂MOS導通時源級電壓就是電源電壓(60V)，所以必須采樣升壓措施保證MOS管的正常工作，此處我們采用自舉升壓電路8來保證電路的正常工作。
[0032]參見圖4，車體姿態(tài)傳感器，其中采用MPU6050的芯片作為姿態(tài)傳感器，其整合了 3軸陀螺儀、3軸加速器，通過IIC接口和控制電路進行數(shù)據(jù)通訊，通過控制電路處理姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)來實時計算出當前車體的姿態(tài)，然后控制電機的轉(zhuǎn)動來讓車體前后實現(xiàn)自動平衡。
[0033]參見圖9，其為在本系統(tǒng)出現(xiàn)過流時，起到過流保護的保護電路，NPN型三極管的BE結(jié)電壓大于設(shè)定值時，三極管就會導通，我們通過比較兩個并聯(lián)電阻的兩端電壓來實現(xiàn)過流的保護，當BE結(jié)電壓大于設(shè)定值時，三極管導通，Q2三極管的集電極電壓被拉低，然后控制電路檢測到低電平后關(guān)閉MOS管，以防止控制器的損壞。
【權(quán)利要求】
1.電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，其特征在于，包括控制電路，用于驅(qū)動電機的電機矢量驅(qū)動電路，所述控制電路的一輸出端與電機矢量驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸入端連接，電機矢量驅(qū)動電路的輸出端連接電機，以及與控制電路的一信號輸入端連接的車體姿態(tài)傳感器，和檢測電機電流并與控制電路的采樣輸入端連接的電機電流采樣電路，以及為進入系統(tǒng)、電機的電壓進行轉(zhuǎn)換的DC/DC轉(zhuǎn)換電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路的信號出端連接有聲光提示電路，其包括電源指示電路、電池電量指示電路以及在電池電量耗盡前用于發(fā)出聲音提示的發(fā)聲電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電源指示電路、電池電量指示電路均包括通過第一限流電阻與控制電路連接的三極管，其中，三極管的集電極與第一限流電阻連接，基極通過第二限流電阻連接有發(fā)光LED，發(fā)射極接地； 所述發(fā)聲電路包括與控制電路連接的二極管、三極管，并接于三極管發(fā)射極、基極之間的第三限流電阻，連接三極管基極的第四限流電阻，以及與第四限流電阻連接的發(fā)聲器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機電流采用電路包括與電機矢量驅(qū)動電路依次串接的第五電阻、第六電阻，以及運算放大器，運算放大器的正相輸入端連接第六電阻且并接有第七電阻，運算放大器的反相輸入端并接有第八電阻、第九電阻，第九電阻與運算放大器的輸出端連接并連于控制電路，第八電阻與電機矢量驅(qū)動電路連接，在運算放大器的反相輸入端與正相輸入端之間連接有二極管，其二極管的正極連接運算放大器的正相輸入端，負極連接運算放大器的反相輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括對獨輪車電池進行管理的電池管理電路，電池管理電路輸出端連接的電機矢量驅(qū)動電路、控制電路，所述電池管理電路包括與電池連接的均衡充電電路，與均衡充電電路連接的電壓電流檢測器，以及與電壓電流檢測器連接的光耦隔離電路，所述光耦隔離電路的輸出端與控制電路相連，以及連接電池、電壓電流檢測器的充電驅(qū)動電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述均衡充電電路包括第十電阻、第十一電阻、第十二電阻以及三極管，第十電阻一端與電池連接，另一端與三極管的集電極連接，三極管的發(fā)射極通過第十一電阻與電壓電流檢測器連接，三極管的基極通過第十二電阻與電壓電流檢測器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓電流檢測器為芯片SH367004。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的電動自平衡獨輪車控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路為型號STM32F103C6T6或者STM32F103C8T6的芯片。
【文檔編號】B62M6/45GK203921102SQ201420266428
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】卜濤 申請人:卜濤