李明元 张彤

摘要：我国是世界最大的自行车、电动自行车产销国，出口均占世界总量60%以上。近年来，世界范围内电动自行车事故率逐年上升，其主要原因有行驶速度过高、骑行状况突发改变等，为此国家有关部门组织专家进行了新标准的制定。国家电动自行车新标准和3C强制认证制度，要求对电动自行车工作状态进行实时监控，以免骑行中出现故障并造成人身伤害。此文按照国家标准GB17761—2018《电动自行车安全技术规范》中对电动自行车限速的要求，介绍了基于MSP4512作为主控架构的电动自行车实施路况检测装置的设计，并对硬件原理框图和软件设计进行了相关介绍。

1    研究目的和意义

随着电动自行车新国标深入实施，质量检验实验室被要求尽快配置适合电动自行车新标准要求的检测设备，以满足国家标准GB17761—2018《电动自行车安全技术规范》中车速限值规定的要求[1]，实时监测电动自行车电压、电流、速度、刹车距离等参数，这不仅可以提高各地方质检机构检测能力，又可以为企业开发新型电动自行车提供技术支撑。企业使用这种设备进行整车零部件匹配后，可以有针对性地采购电动自行车零部件，使车辆在最佳状态下工作，既符合国家新标准要求，又能够有效降低企业成本，对现有电动自行车市场车型混乱的局面起到良好的抑制作用。

2    国内外研究现状及动态分析

国内方面，电动自行车产品国家标准GB17761—2018《电动自行车安全技术规范》已出台，同时生产许可证管理已于2019年4月15日转为强制性认证管理（即3C认证）。新标准对电动自行车整车实时路况进行了较为严格的要求，目前还没有准确、有效、便捷的检测手段，各个检验机构和生产企业测试方法也难以做到统一和相互认同，所以研发符合我国标准并能适应我国国情的测试设备已经刻不容缓。因此，我们立项研究符合新标准的实时路况试验装置。

国外方面，由于国家标准GB17761—2018《电动自行车安全技术规范》实施时间不长，所以国外没有符合我国标准的检测设备。此外，国外从对电动自行车产品的要求到相关标准的制定，与我国有着非常多的差异[2]。从技术的角度看，我们立足自主创新，加大研发投入，开发符合实际国情且符合新国标要求的检测设备，同时普及先进标准的测试手段，尽量兼容国外标准测试方法，能够尽快形成国际竞争新优势。

3    研究内容及关键技术分析

3.1    研究内容

3.1.1 根据GB17761—2018《电动自行车安全技术规范》标准中的应用技术指标要求，我们针对各种形式的电动自行车，研发自动化高、操作简易的检测设备，满足国家3C强制认证需要。

3.1.2 我们研制基于电动自行车实时路况信息的相关检测设备，按照新标准要求提升指标数据标准，采用低功耗处理器和新式塑封材料，以新的设计方案和理念应用嵌入式单片机处理技术，可以实时测量电动自行车电压、电流、速度、骑行距离、刹车制动距离等参数[3]。设备可使用USB转RS232串口与上位机连接，将数据上传，通过查看数据，可以对整车性能有详尽了解，极大提高被测产品的自动化测试水平。

3.1.3 整体架构使用塑封材料，质量小巧轻便，引线接口全部进行隔离防水防尘设计，装夹部件使用快拆结构，方便耐用，满足各种电动自行车车型检测的需要。

3.1.4 研制的设备采用电压、电流传感器和霍尔传感器作为数据采集部件，低功耗显示屏结合嵌入式单片机数据处理技术，满足各种车型和标准的应用。

3.1.5 嵌入式单片机系统使用单片机C语言作为编程语言，处理整个系统中电压、电流、速度、骑行距离等多参数控制算法的研究，确保骑行过程中采集的测量精度，保障技术指标的准确性，满足最新国家3C强制认证要求。

3.2    拟解决的关键技术问题

3.2.1    技术关键

3.2.1.1 低功耗嵌入式单片机MSP4512被应用为主控设备，通过电压电流传感器进行精确数据采集，将试验控制过程中采集的电压、电流、速度、骑行距离等参数，通过触摸屏及时显示出来，同时使用RM24CL512EEPROM作为存储芯片，将采集信息实时进行储存。

3.2.1.2 设备使用塑封材料加显示屏作为主显示框架，采用16位ADS1110连续自校准模数转换器作为数据采集元件以保证数据采集精度，直流电磁阀作为执行机构进行刹车距离的标记，结合嵌入式单片机处理技术，集数据采集、测量、打印多功能于一体。

3.2.1.3 设备使用USB转RS232串口与上位机相连，通过VB开发的上位机控制软件获取采集信息。信息格式以TXT格式文件保存，可以通过Excel软件将数据转化成表格形式，直观且便于数据分析。设备原理见图1。

3.2.2    技术难点

3.2.2.1 由于电路板要做到小巧轻便， MSP4512、ADS1110等电子器件必然要使用贴片焊接工艺，所以首先要解决电路板元器件狭小布线带来的相互干扰问题。

3.2.2.2 设备需要解决提高电压、电流、速度传感器采集信息后的数据精度问题。

3.2.2.3 设备需要解决嵌入式单片机与真彩显示屏连接显示问题，以及塑封后整体框架的防水防尘问题。

3.2.2.4 设备需要解决使用C语言和VB语言编写底层代码和上位机代码过程中可能出现的调试问题，例如程序循环锁死、系统代码不稳定、数据采集不准确等一些软件问题。

3.2.3    创新点

此装置首次将电动自行车的实时电压、电流、车速、功率的测试集成到一个系统中，屏幕和电路板均为贴片式设计，具有体积小、精度高、便于户外测试携带、真彩色显示且防水防尘的特点。

4  应用及推广

4.1 设备可以提升国内各生产商和检验机构的检驗能力和检验数据质量，为国内产品标准的制修订提供可靠的技术保证，为我国电动自行车3C认证管理制度的推进提供可靠的技术保障。

4.2 设备可以提升我国自行车生产企业的工厂检验能力，为不断提升产品质量，打造“中国质造”的品牌形象提供技术支撑，并可满足欧盟标准EN15194：2017《电动助力自行车安全要求和试验方法》的相关测试要求。[4]

4.3 设备可以提升检验机构的检验能力水平，使各检验机构能够在服务于电动自行车生产企业的同时，做好电动自行车产品的质量控制，以更好地服务于广大消费者。

参考文献

[1] 国家市场监督管理总局.电动自行车安全技术规范：GB17761—2018[S].北京：中国国家标准化管理委员会，2018：5.

[2] 国际标准化组织.自行车安全要求：ISO4210—2014[S].上海：全国自行车标准化中心，2014：7.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.自行车安全要求：GB3565—2005/ISO4210：1996[S].北京：中国国家标准化管理委员会，2005：5.