原標(biāo)題：基于LM339電動自行車有刷電機(jī)控制器的制作方案

基于PIC16C58B單片機(jī)+LT494/LM324/LM339/NE555的電動自行車有刷電機(jī)控制器設(shè)計方案

一、項目背景

電動自行車的核心部件之一是電機(jī)控制器，其主要任務(wù)是根據(jù)用戶操作調(diào)整電機(jī)的輸出功率，以實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的驅(qū)動控制。當(dāng)前市場上常見的電機(jī)控制器大多采用專用MCU配合MOSFET驅(qū)動電路的方式，而本設(shè)計采用PIC16C58B單片機(jī)作為主控制芯片，結(jié)合LT494、LM324、LM339和NE555等經(jīng)典模擬芯片，以較低的成本實現(xiàn)高效的電機(jī)控制功能。

二、方案概述

本方案采用PIC16C58B單片機(jī)作為核心控制單元，通過PWM信號控制MOSFET實現(xiàn)對電機(jī)的驅(qū)動，結(jié)合運算放大器LM324、比較器LM339、電壓基準(zhǔn)LT494以及定時器NE555等元件，實現(xiàn)穩(wěn)壓、限流、過流保護(hù)、啟動控制等功能。該方案具有成本低、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)的特點，適用于低成本電動自行車控制器的設(shè)計。

三、方案框圖

四、核心元器件選擇及作用

1. PIC16C58B 單片機(jī)

選擇理由：

• 低功耗，適用于電動自行車的控制應(yīng)用。

• 內(nèi)置4K×12位程序存儲器，滿足控制需求。

• 具有8位定時器，可用于PWM信號的產(chǎn)生。

• 價格低廉，容易獲取。

功能：

• 處理用戶輸入，如加速、剎車信號。

• 生成PWM信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

• 監(jiān)測電流、電壓等傳感器數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制策略。

2. LT494（TL494） PWM 控制器

選擇理由：

• 具備精準(zhǔn)的PWM控制能力，可用于電機(jī)調(diào)速。

• 內(nèi)置誤差放大器和基準(zhǔn)電壓，適合穩(wěn)壓控制。

• 低成本，高可靠性。

功能：

• 產(chǎn)生PWM信號，并提供穩(wěn)壓控制。

• 控制MOSFET驅(qū)動電路，實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。

3. LM324 四運算放大器

選擇理由：

• 適用于信號放大、濾波和電流檢測。

• 低功耗，可適應(yīng)電池供電系統(tǒng)。

• 高增益，低失調(diào)電壓，適用于精確信號處理。

功能：

• 用于電流、電壓信號的放大與處理。

• 實現(xiàn)過流保護(hù)、電池電壓檢測等功能。

4. LM339 四路電壓比較器

選擇理由：

• 低功耗，適用于便攜設(shè)備。

• 具有較高的比較速度，可快速響應(yīng)電壓變化。

• 適用于電池電壓監(jiān)測、過流保護(hù)等。

功能：

• 監(jiān)測電源電壓，實現(xiàn)欠壓保護(hù)。

• 參與電流檢測，實現(xiàn)過流保護(hù)功能。

5. NE555 定時器

選擇理由：

• 經(jīng)典定時器芯片，應(yīng)用廣泛，成本低廉。

• 可用于PWM信號的調(diào)制，配合MOSFET控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

• 可靠性高，適合工業(yè)應(yīng)用。

功能：

• 產(chǎn)生PWM信號。

• 控制MOSFET開關(guān)，實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。

6. MOSFET（如IRF3205）

選擇理由：

• 低導(dǎo)通電阻，適用于高電流應(yīng)用。

• 高速開關(guān)特性，提高控制精度。

• 適用于24V或48V電動自行車驅(qū)動。

功能：

• 作為開關(guān)控制電機(jī)的工作狀態(tài)。

• 配合PWM信號調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

五、電路設(shè)計

1. PIC16C58B 單片機(jī)控制電路

• 通過輸入端口讀取加速器信號，解析控制信號。

• 通過PWM輸出端控制MOSFET，調(diào)節(jié)電機(jī)功率。

• 監(jiān)測電池電壓，優(yōu)化能耗管理。

2. PWM 產(chǎn)生電路

• 使用TL494或NE555 產(chǎn)生穩(wěn)定的PWM信號。

• 調(diào)節(jié)占空比控制MOSFET的導(dǎo)通時間，間接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

3. 過流保護(hù)電路

• 通過LM324運放放大電流檢測信號，并送入LM339比較器。

• 當(dāng)電流超過設(shè)定閾值時，LM339輸出高電平，關(guān)閉MOSFET，保護(hù)電機(jī)和控制器。

4. 欠壓保護(hù)電路

• LM339用于檢測電池電壓，防止電池過放。

• 當(dāng)電壓低于設(shè)定值時，LM339觸發(fā)PIC16C58B進(jìn)入保護(hù)模式，停止電機(jī)運轉(zhuǎn)。

5. MOSFET 驅(qū)動電路

• 采用IRF3205 MOSFET，低導(dǎo)通電阻，高效能量轉(zhuǎn)換。

• 配合PWM信號控制MOSFET，實現(xiàn)電機(jī)的精準(zhǔn)調(diào)速。

六、軟件設(shè)計

1. 主程序流程

• 系統(tǒng)初始化，設(shè)置I/O端口、定時器、PWM參數(shù)。

• 讀取加速器輸入，計算PWM占空比。

• 監(jiān)測電池電壓、電流信號，并執(zhí)行保護(hù)措施。

• 通過PWM控制MOSFET，實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。

2. 過流保護(hù)

• 讀取電流檢測信號，如超限則關(guān)斷MOSFET，并報警。

3. 欠壓保護(hù)

• 讀取電池電壓，如低于設(shè)定值，則降低PWM占空比或關(guān)閉輸出。

七、方案優(yōu)勢

1. 低成本高效能：采用通用模擬芯片，降低設(shè)計和制造成本。

2. 高可靠性：LM339、LM324等模擬器件具備高耐用性。

3. 易于調(diào)試與維護(hù)：采用模塊化設(shè)計，便于維修和升級。

4. 擴(kuò)展性強(qiáng)：可根據(jù)需求調(diào)整PWM頻率、保護(hù)閾值等參數(shù)，適用于不同規(guī)格的電動自行車。

八、總結(jié)

本方案利用PIC16C58B單片機(jī)配合TL494、LM324、LM339、NE555等經(jīng)典模擬芯片，實現(xiàn)了一款低成本、高可靠性的電動自行車有刷電機(jī)控制器。方案提供了穩(wěn)定的PWM控制、完善的過流保護(hù)與欠壓保護(hù)，適用于電動自行車市場的應(yīng)用需求。