电动自行车控制系统故障检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种电动自行车控制系统故障检测装置，包括：单片机部，控制电动自行车中包含的电机转动从而进行故障检测并判断出故障结果，具有：控制信号输出端口、电信号输出端口、手把信号输入端口、霍尔信号输入端口、及故障结果输出端口，驱动部，包含：与单片机部相连接的信号缓冲单元、及与信号缓冲单元相连接且与单片机部相连接用于驱动电机转动的电机驱动单元，以及显示部，对故障结果进行显示，其中，单片机部发出控制电机运作的控制信号，和与控制信号相对应的提供电能或停止提供电能的电信号，手把信号输入端口与手把相连接，霍尔信号输入端口与传感器相连接，蓄电池与电机驱动单元中的电源输入端口相连接。
【专利说明】电动自行车控制系统故障检测装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种故障检测装置，具体涉及一种能够检测出电动自行车控制系 统故障的电动自行车控制系统故障检测装置。
【背景技术】
[0002] 直流无刷电机因其可靠性高、寿命长、不必经常维护和修理、无电气接触火花、无 线电干扰少等优点，被广泛应用于家用电器和工业制造等领域。
[0003] 电动自行车作为一种环保的自行车替代交通工具，如今已被得到广泛应用，而电 动自行车控制系统中的执行元件就是直流无刷电机，其主流控制策略可分为无位置传感器 控制和位置传感器控制两种。位置传感器包括电磁式、磁敏式和光电式，其中常见的磁敏式 位置传感器--霍尔元件式位置传感器是目前在直流无刷电机上应用最多的一种位置传 感器，世界上第一台直流无刷电机使用的就是霍尔元件式的位置传感器。
[0004] 利用位置传感器对电机进行控制，可以方便准确地得到电机转子的位置，进而控 制电机进行换向，实现电机控制。但往往位置传感器就是整个电机控制系统中最为脆弱的 部件，无位置传感器大大增大了电动自行车控制系统的可靠性和抗干扰能力，所以一般都 可以在位置传感器损坏的情况下，电动自行车控制系统将自动转为无位置传感器控制。
[0005] 随着电动自行车的普及，相伴生的维修市场一样不错，但目前电动自行车的维修 人员大部分是由传统自行车维修人员兼职，他们通常比较熟悉机械维修而不太了解控制系 统和电路。传统的维修人员在检修电动自行车的时候，一般是根据故障症状和经验判断大 概的故障源，然后将估计故障源拆卸下来，然后使用万用表进行检测，根据数据结果和经 验，得出最终的检测结果，整个过程很依赖维修人员的经验，尤其是一旦判断错误，以上过 程需要重复数次，因此，耗费维修人员很多时间，耗时耗力。
[0006] 因此，现有技术缺乏一种能够帮助维修人员快速检测出电动自行车控制系统故障 的电动自行车控制系统故障检测装置。 实用新型内容
[0007] 本实用新型是为了解决上述课题而进行的，目的在于提供一种体积小、分量轻、便 于携带和使用，并且能够帮助维修人员快速检测出电动自行车控制系统故障的电动自行车 控制系统故障检测装置。
[0008] 本实用新型提供了一种用于检测电动自行车控制系统故障的电动自行车控制系 统故障检测装置，具有这样的特征，包括：单片机部，控制电动自行车中包含的电机转动从 而进行故障检测并判断出故障结果，具有：控制信号输出端口、电信号输出端口、手把信号 输入端口、霍尔信号输入端口、及故障结果输出端口，驱动部，包含：通过控制信号输出端口 与单片机部相连接的信号缓冲单元、及与信号缓冲单元相连接且通过电信号输出端口与单 片机部相连接用于驱动电机转动的电机驱动单元，以及显示部，通过故障结果输出端口与 单片机部相连接，对故障结果进行显示，其中，单片机部通过控制信号输出端口发出控制电 机运作的控制信号，且通过电信号输出端口发出与控制信号相对应的向电机提供电能或停 止提供电能的电信号，单片机部通过手把信号输入端口与电动自行车中包含的手把相连接 来接收手把被旋转时产生的手把信号，单片机部通过霍尔信号输入端口与电机中包含的传 感器相连接来接收电机转动时传感器发出的霍尔信号，电机驱动单元包含：电源输入端口， 电动自行车中包含的蓄电池通过电源输入端口与电机驱动单元相连接。
[0009] 在本实用新型提供的电动自行车控制系统故障检测装置中，还可以具有这样的特 征：其中，单片机部包含开关按钮，当开关按钮被按下时，单片机部发出控制电机转动的控 制信号及相应的向电机提供电能的电信号，当开关按钮再次被按下时，单片机部发出控制 电机停止转动的控制信号及相应的向电机停止提供电能的电信号。
[0010] 在本实用新型提供的电动自行车控制系统故障检测装置中，还可以具有这样的特 征：其中，单片机包含复位按钮，当复位按钮被按下时，单片机部恢复初始状态。
[0011] 在本实用新型提供的电动自行车控制系统故障检测装置中，还可以具有这样的特 征：其中，单片机部为dsPIC33FJ32MC204单片机。
[0012] 在本实用新型提供的电动自行车控制系统故障检测装置中，还可以具有这样的特 征：其中，显示部为IXD1602显示器。
[0013] 实用新型的作用和效果
[0014] 根据本实用新型所涉及的电动自行车控制系统故障检测装置，首先通过单片机部 直接控制电动自行车中的电机转动时，若电机没有转动，贝 1J说明电动自行车中电机损坏，若 电机转动，此时单片机部将接收电机中传感器发出的霍尔信号并根据霍尔信号控制电机转 动，若电机没有转动，贝 1J说明电动自行车中传感器损坏，若电机转动，贝1J说明电动自行车中 控制器损坏，在控制器损坏的情况下继续检测手把，此时旋转手把，手把被旋转时产生手把 信号，单片机部接收该手把信号并根据该手把信号控制电机进行相应的转速改变，若电机 的转速没有改变，则说明电动自行车中手把损坏，若电机的转速发生改变转动，则说明电动 自行车中控制系统没有故障，通过上述过程即可快速检测出电动自行车控制系统的故障， 因而，本实用新型实现了帮助检修人员快速检测出电动自行车控制系统的故障，解决了传 统的维修方法重复劳动、耗时耗力的问题，另外，由于本装置仅包含单片机部、信号缓冲单 元、电机驱动单元、及显示部，因此，本实用新型具有体积小、分量轻，非常便于携带和使用 的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型的实施例中电动自行车控制系统故障检测装置的电路框图；
[0016] 图2是本实用新型的实施例中单片机部的结构示意图；
[0017] 图3是本实用新型的实施例中信号缓冲单元的结构示意图；
[0018] 图4是本实用新型的实施例中电机驱动单元的结构示意图；
[0019] 图5是本实用新型的实施例中电机驱动单元的内部逻辑结构示意图；以及图6是 本实用新型的实施例中单片机部检测过程流程图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以 下实施例结合附图对本实用新型电动自行车控制系统故障检测装置作具体阐述。
[0021] 图1是本实用新型的实施例中电动自行车控制系统故障检测装置的电路框图。
[0022] 如图1所示，在本实施例中，电动自行车控制系统故障检测装置100用于检测电动 自行车的控制系统故障，本实施例中所涉及的控制系统故障包含以下四种情况：一、电动自 行车的电机10本身损坏，二、电动自行车的电机10内的传感器11损坏，三、电动自行车的 控制器损坏，四、电动自行车的手把20损坏。电动自行车中的电机10为直流无刷电机BLDC， 直流无刷电机BLDC的控制策略有无位置传感器控制和位置传感器控制两种。该电机10中 包含传感器11，即位置传感器，本实施例中该传感器11为霍尔兀件，在电机10转动时，传感 器11发出霍尔信号。因而，在电动自行车中，控制器可直接控制电机10转动，还可以根据 霍尔信号控制电机10转动。
[0023] 电动自行车控制系统故障检测装置100包含：单片机部110、驱动部120、及显示部 130。
[0024] 在电动自行车控制系统故障检测装置100中，单片机部110通过不同的方式控制 电动自行车中包含的电机10转动，从而对控制系统进行故障检测，并判断出故障结果。本 实施例中的单片机部110采用的是microchip公司的dsPIC33FJ32MC204单片机。单片机 部100具有：控制信号输出端口 111、电信号输出端口 112、霍尔信号输入端口 113、手把信 号输入端口 114、故障结果输出端口 115、及图中未显示的开关按钮和复位按钮。当开关按 钮被按下时，单片机部110开始进行故障检测，当开关按钮被再次按下时，单片机部110停 止进行故障检测。当复位按钮被按下时，单片机部110恢复原始初始状态。
[0025] 驱动部120包含：信号缓冲单元121和电机驱动单元122,其中，电机驱动单元122 包含电源输入端口 1221。
[0026] 信号缓冲单元121通过与控制信号输出端口 111相连接实现与单片机部110相连 接，从而接收单片机部110发出的控制电机10转动或停止转动的控制信号。
[0027] 电机驱动单元122中有一端口与信号缓冲单元121相连接，从而接收信号缓冲单 元121发送来的控制电机10转动或停止转动的控制信号，且电机驱动单元122中还有一端 口通过与电信号输出端口 112相连接实现与单片机部110相连接，从而接收单片机部110 发出的向电机10提供电能或停止提供电能的电信号，电机驱动单元122所接收到的控制信 号和电信号相对应，即、当单片机部110发出控制电机10转动的控制信号时，相对应地发出 向电机10提供电能的电信号，当单片机部110发出控制电机10停止转动的控制信号时，相 对应的发出向电机10停止提供电能的电信号。而且，电机驱动单元122中还有一端口与电 机10相连接，从而实现电机驱动单元122根据接收到的控制信号和电信号相应地驱动电机 10转动或停止转动。
[0028] 另外，电机驱动单元122中包含的电源输入端口 1221与电动自行车中的蓄电池30 相连接，通过蓄电池30为整个装置提供电能，当单片机部110发出向电机10提供电能的电 信号且电机驱动单元122接收到该电信号时，电机驱动单元122响应单片机部110发出的 信号，驱动蓄电池30向电机10提供电能，同样，当单片机部110发出停止向电机10提供电 能的电信号时，电机驱动单元122驱动蓄电池30停止向电机10提供电能。
[0029] 显示部130通过与故障结果输出端口 115相连接实现与单片机部110相连接，从 而对单片机部110判断出的故障结果进行显示，方便维修人员看到本装置的检测结果。本 实施例中的显示部130采用的是IXD1602显示器。
[0030] 电动自行车中电机10包含的传感器11通过与霍尔信号输入端口 113相连接实现 与单片机部110相连接，这样，使得单片机部110能够接收电机10转动时传感器11所发出 的霍尔信号，进而单片机部110可根据该霍尔信号控制电机10转动。
[0031] 电动自行车中的手把20通过与手把信号输入端口 114相连接实现与单片机部110 相连接，这样，使得单片机部110能够接收手把被旋转时产生的手把信号，进而单片机部 110可根据该手把信号控制电机10的转速进行相应的改变。
[0032] 图2是本实用新型的实施例中单片机部的结构示意图。
[0033] 如图2所示，单片机部110具有多个引脚，即端口，且每个引脚有相应的编号和名 称。在图2中，编号为19、20、21的三个引脚为电信号输出端口 112,编号为8、9、10、11、14、 15的六个引脚为控制信号输出端口 111，编号为41、42、43的三个引脚为霍尔信号输入端口 113,编号为22的引脚为手把信号输入端口 114,编号为25、26、27、36、37、38、2、3的八个引 脚为故障结果输出端口 115,编号为30、31的引脚连接晶振。其中，霍尔信号输入端口 113 的三个引脚与电动自行车的电机10中的传感器11相连接，手把信号输入端口 114的引脚 与电动自行车的手把20相连接。
[0034] 图3是本实用新型的实施例中信号缓冲单元的结构示意图。
[0035] 如图3所示，信号缓冲单元121同样具有多个引脚，即端口，且每个引脚有相应的 编号和名称。在图3中，编号为2、4、6、8、11、13的六个引脚为信号缓冲单元121的信号缓 冲输入端口 1211，该六个引脚与图2中控制信号输出端口 111中的六个引脚相对应连接， 艮P、名称相同的引脚相连接，从而实现信号缓冲单元121与单片机部110相连接。另外，图 3中编号为18、16、14、12、9、7的六个引脚为信号缓冲单元121的信号缓冲输出端口 1212。
[0036] 图4是本实用新型的实施例中电机驱动单元的结构示意图。
[0037] 如图4所示，电机驱动单元122同样具有多个引脚，即端口，且每个引脚有相应的 名称。在图4中，名称为DC+、DC-的两个引脚为电源输入端口 1221，名称为HIN1、HIN2、 HIN3、LIN1、LIN2、LIN3的六个引脚为电机驱动单元122的电机驱动输入端口 1222,名称为 W、V、U的三个引脚为电机驱动输出端口 1223,名称为LE1、LE2、LE3的三个引脚都接地。电 源输入端口 1221的两个引脚与电动自行车中的蓄电池30相连接，电机驱动输入端口 1222 的六个引脚与图3中信号缓冲输出端口 1212中的六个引脚相对应连接，S卩、名称相同的引 脚相连接，从而实现电机驱动单元122与信号缓冲单元121相连接，电机驱动输出端口 1223 的三个引脚与电动自行车中的电机10相连接。
[0038] 图5是本实用新型的实施例中电机驱动单元的内部逻辑结构示意图。
[0039] 如图5所示，电机驱动单元122中包含六个开关管，即图中SW1开关管、SW2开关 管、SW3开关管、SW4开关管、SW5开关管、SW6开关管，电机驱动单元122通过控制这六个开 关管的导通与关断来驱动电机10转动或停止转动。
[0040] 图6是本实用新型的实施例中单片机部检测过程流程图。
[0041] 以下结合如图6所示的流程图具体阐述本实施例的电动自行车控制系统故障检 测装置100中单片机部110的判断过程。
[0042] 首先，按下开关按钮，单片机部110进行故障检测。单片机部110发出控制电机10 转动的控制信号和向电机10提供电能的电信号，电机驱动单元122接收到该控制信号和电 信号后，驱动电机10转动，若电机10不转动，则说明电动自行车中电机10损坏，按下开关 按钮使单片机部110停止检测，若电机10转动，进入下一步。
[0043] 其次，单片机部110接收电机10中传感器11发出的霍尔信号，单片机部110根 据接收到的霍尔信号控制电机10转动，同样发出控制电机10转动的控制信号和向电机10 提供电能的电信号，电机驱动单元122接收到该控制信号和电信号后，驱动电机10转动，若 电机10不转动，则说明电动自行车中传感器11损坏，按下开关按钮使单片机部110停止检 测，若电机10转动，则说明电动自行车中控制器损坏，并且在电机10转动的情况下进入下 一步，进一步检测手把20。
[0044] 再次，旋转电动自行车中的手把20,当手把20被旋转时会产生一个手把信号，单 片机部110接收该手把信号并根据收到的该手把信号控制电机10进行相应的转速变换，若 电机10的转速不变，则说明电动自行车中手把20损坏，若电机10的转速发生变化，则说明 电动自行车中控制系统没有故障，按下开关按钮使单片机部110停止检测。
[0045] 最后，检测完毕后，按下复位按钮使单片机部110恢复初始状态。
[0046] 实施例的作用与效果
[0047] 根据本实施例所涉及的电动自行车控制系统故障检测装置，首先通过单片机部直 接控制电动自行车中的电机转动时，若电机没有转动，则说明电动自行车中电机本身损坏， 若电机转动，此时单片机部将接收电机中传感器发出的霍尔信号并根据霍尔信号控制电机 转动，若电机没有转动，贝 1J说明电动自行车中传感器损坏，若电机转动，此时再旋转电动自 行车中的手把，手把被旋转时产生手把信号，单片机部接收该手把信号并根据该手把信号 控制电机转动，若电机没有转动，贝 1J说明电动自行车中手把损坏，若电机转动，贝1J说明电动 自行车中控制系统没有故障，通过上述过程即可快速找出电动自行车控制系统的故障，因 而，本实施例实现了帮助检修人员快速检测出电动自行车控制系统的故障，解决了传统的 维修方法重复劳动、耗时耗力的问题，另外，由于本装置仅包含单片机部、信号缓冲单元、电 机驱动单元、及显示部，因此，本实施例具有体积小、分量轻，非常便于携带和使用的优点。
[0048] 在本实施例的电动自行车控制系统故障检测装置中，由于单片机部包含开关按钮 和复位按钮，通过开关按钮实现开始或停止单片机部进行故障检测，通过复位按钮使单片 机部恢复初始状态，因此，本实施例实现了一键操作即可相应地进行故障检测、停止故障检 测、及恢复初始状态，使得本装置的操作更方便、更简单。
[0049] 上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种用于检测电动自行车控制系统故障的电动自行车控制系统故障检测装置，其特 征在于，包括： 单片机部，控制所述电动自行车中包含的电机转动从而进行故障检测并判断出故障结 果，具有：控制信号输出端口、电信号输出端口、霍尔信号输入端口、手把信号输入端口、及 故障结果输出端口； 驱动部，包含：通过所述控制信号输出端口与所述单片机部相连接的信号缓冲单元、及 与所述信号缓冲单元相连接且通过所述电信号输出端口与所述单片机部相连接用于驱动 所述电机转动的电机驱动单元；以及 显示部，通过所述故障结果输出端口与所述单片机部相连接，对所述故障结果进行显 示， 其中，所述单片机部通过所述控制信号输出端口发出控制所述电机运作的控制信号， 且通过所述电信号输出端口发出与所述控制信号相对应的向所述电机提供电能或停止提 供电能的电信号， 所述单片机部通过所述手把信号输入端口与所述电动自行车中包含的手把相连接来 接收所述手把被旋转时产生的手把信号， 所述单片机部通过所述霍尔信号输入端口与所述电机中包含的传感器相连接来接收 所述电机转动时所述传感器发出的霍尔信号， 所述电机驱动单元包含：电源输入端口，所述电动自行车中包含的蓄电池通过所述电 源输入端口与所述电机驱动单元相连接。
2. 根据权利要求1所述的电动自行车控制系统故障检测装置，其特征在于： 其中，所述单片机部包含开关按钮，当所述开关按钮被按下时，所述单片机部发出控制 所述电机转动的所述控制信号及相应的向所述电机提供电能的所述电信号，当所述开关按 钮再次被按下时，所述单片机部发出控制所述电机停止转动的所述控制信号及相应的向所 述电机停止提供电能的所述电信号。
3. 根据权利要求1所述的电动自行车控制系统故障检测装置，其特征在于： 其中，所述单片机包含复位按钮，当所述复位按钮被按下时，所述单片机部恢复初始状 态。
4. 根据权利要求1所述的电动自行车控制系统故障检测装置，其特征在于： 其中，所述单片机部为dsPIC33FJ32MC204单片机。
5. 根据权利要求1所述的电动自行车控制系统故障检测装置，其特征在于： 其中，所述显示部为IXD1602显示器。
【文档编号】G05B23/02GK203838555SQ201420161174
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】陈施杰, 魏国亮, 夏云龙 申请人:上海理工大学