基于单片机的电动自行车故障诊断仪试制

2017-07-28李付君荆君

魅力中国 2017年14期

李付君++荆君

摘要：介绍了电动自行车常见故障，研制了一种基于AT89C51单片机控制的故障诊断系统，阐述了硬件的设计及系统软件的编写，在实验室模拟主要故障并对诊断系统进行测试，结果表明该诊断系统可以准确的诊断出常见故障。

关键词：单片机；电动自行车；故障诊断

0 引言

电动自行车以其重量轻、无污染、噪音小等优点而逐渐被人们所接受，成为一种大众化的绿色交通工具[1]。在地势平坦的地区，电动两轮或三轮自行车是人们出行或简单货运的主要工具。大多数的用户遇到车辆故障时，因缺乏故障排查和维修知识，只能求助维修点支付维修费解决。此外，维修人员在故障查找时多利用经验或试验的方法诊断与排查，不能快速准确定位故障原因[2]。研制一款低成本的故障自診断报警系统，可以根据显示屏的提示去连接电路并诊断故障。普通用户可用来排除故障，维修人员可用来查找定位故障并予以维修，做到了省时省力。

1 电动车常见故障

1.1电动车转把、刹把故障

转把是电动车的调速部件，分为直接调速型和间接调速型，目前电动车主要使用直接调速型转把，转把的转动角度范围在0-30度制之间，用线性霍尔元件实现[3]。转把由+5V 电源线，负极线和信号线构成，由于频繁操作及工作环境恶劣容易造成霍尔传感器损坏。

刹把是电动车的刹车部件，当刹车时，控制器检测到刹车信号会自动切断对电机的供电。刹把分为机械式和电子式两种，机械刹把防水性不好，易发生接触不良，可靠性低；电子刹把由开关型霍尔元件实现，在不刹车时，输出信号有高低之分，目前市场上常用高刹把。刹把常见故障为刹把被卡位或者没有完全复位导致车辆不能运行。

1.2直流无刷电机的故障

直流无刷电机（简称 BLDCM）通常由电动机本体、逆变器、转子位置传感器三部分构成，而电动自行车电机由本体、转子位置传感器两部分构成，其逆变电路位于控制器电路中[4]。电动自行车在运行中由于负载和环境等运行条件的影响，表现为霍尔开关的损坏的位置传感器故障和绕组开路或匝间短路的定子故障。

1.3控制器电路的故障

控制器电路为电动自行车的控制核心，常出现无刷控制电源故障、无刷控制器缺相、无刷控制器完全没有输出的故障。无刷控制器的缺相又可以分为主相位缺相和霍尔缺相。主相位缺相是由于开关MOS管承受过电压、过电流、高温而被击穿，是运行时控制器电路最常见的故障[5]。霍尔缺相故障表现为不能识别霍尔传感器的信号。

2 系统设计

根据上述常见故障，设计了带有显示功能的故障诊断系统，系统框图如图1所示。本系统由AT89C51单片机、电流驱动缓冲电路、1602液晶显示电路、E2PROM存储电路、按键选择电路、信号发生电路等组成。AT89C51为系统的控制核心接收并处理电动车的转把信号、刹车信号、BLDCM的霍尔开关信号、BLDCM绕组发出的电压信号、控制器发出信号并把诊断结果显示在液晶显示器上，系统框图如图1所示。

图1故障诊断系统框图图2故障诊断系统显示电路图

2.1硬件设计

2.1.1显示电路

AT89C51的P0和P2口作为液晶显示器的接口，液晶选用1602A模块。主要功能是测试项目选择提示与检测结果显示，电路图如图2所示。

2.1.2信号检测电路

信号检测电路的功能是捕捉外部检测信号的电压的变化。主要包含转把信号、刹把信号、电机霍尔信号、电机绕组电压信号的检测。在检测控制器时，控制器需要接收霍尔传感器的信号，三路霍尔信号可以通过硬件电路实现，也可以通过软件模拟生成三路波。

2.2系统软件设计

系统软件包括主程序、液晶显示子程序、转把信号检测子程序、刹把信号检测子程序、BLDC霍尔开关信号检测子程序、BLDC绕组信号检测子程序、控制器信号检测子程序、定时器中断程序。主程序完成系统的初始化和子程序调用的功能，并把诊断结果显示在液晶显示器上。

2.3实验结果与分析

在实验室对比德文电动自行车进行了人为故障诊断试验，试验表明该仪器可以准确的排查出转把、刹把、控制器、BLDC霍尔开关及绕组的电气故障。

3 结束语

本故障诊断仪结构简单，操作简单易行，能通过显示屏显示故障，是排除电动自行车运行中常见的转把、刹把、控制器、BLDC霍尔开关及绕组的电气故障的有效方法。对于电动自行车电机中的位置传感器霍尔的相序及控制器主相位的相序目前还不能检测，是后续完善的重点。