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電動 自行車應用中的MCU
本文將主要探討采用微控制器或可編程片上系統（PSoC）實現電動自行車的設計技術和相關挑戰。當前業界的電動自行車系統采用微控制器以及外部信號調節和比較器電路來驅動三相電機；采用外部ADC和外部放大器支持不同的傳感器輸入；采用繼電器驅動電路支持剎車燈、車頭燈和轉向燈；此外還可支持LED/LCD顯示屏和溫度測量等。
可編程SOC器件不但可作為電機控制、模擬測量以及直接驅動LCD顯示屏的統一電路板系統用于電動自行車應用，而且還能支持電容式感應技術以取代鍵盤上的機械按鍵。此外，SOC器件還能利用內部PWM、MUX和比較器來驅動和控制三相電機，利用內部ADC和PGA來支持傳感器輸入電池監控，以及利用熱敏電阻或RTD等溫度感應器件來實現溫度感應。該器件不但能直接驅動繼電器，以支持剎車燈、車頭燈和轉向燈，而且能直接驅動LCD顯示屏，以顯示溫度、電池狀態、速度、騎行距離及各種錯誤/警告消息等。
采用基于IDE的工具，可為SoC設計出各種界面和邏輯。這些工具還能提供直接可用的組件模塊，可用于設計更為復雜的邏輯，如監控界面的電容式傳感器、支持模擬傳感器和其它輸入的ADC、驅動蜂鳴器的PWM、DAC以及段式、字符或圖形化LCD顯示屏等。因此，利用可編程SOC，電動自行車系統的開發和生產成本能夠大幅降低。
圖1所示為基本電動自行車系統的方框圖：
微控制器：微控制器通常用于不同傳感器輸入檢測（如節流閥輸入、溫度傳感器、電池輸入、燃料傳感器、障礙傳感器等）、模數轉換、輸出比較組件等，并可驅動和控制三相無刷車用電機。采用電池供電的電動自行車系統需要超低功耗的微控制器。此外，微控制器也是中控鎖系統的一部分，可用來與車輛中使用的各種不同外部器件進行通信。無論何時剎車，均可使用微控制器來自動停止電機旋轉，從而避免電機磨損剎車片的速度超過標準的人力自行車。
輪轂電機：通常情況下，無論有無傳感器（基于霍爾效應），均可采用無刷電機實現可靠的運行工作。
可再充電的鉛酸/鋰離子電池：電動自行車應用采用了從鉛酸電池到鋰電池等多種不同的電池類型。其中，可再充電的鉛酸電池在電動車中的應用極其廣泛。
顯示屏與鍵盤：通常情況下，采用帶背光的LCD顯示屏不但能顯示溫度、電池輸入、速度、騎行距離及錯誤/警告消息等，而且還能顯示腳踏板輔助系統和能量生成的等級。電動車應用中也采用基于機械按鍵的鍵盤，而且鍵盤還可支持保護電動車的防盜功能。
電源管理：這個子系統可為各功能模塊的運行提供電源，并監控電池工作。帶比較器和分立邏輯的主機微控制器可用來管理鉛酸電池。此外，這種方法也能為微控制器和用戶提供關于電池的安全和關鍵信息。
原理
目前的電動自行車系統采用16位和32位微控制器。微控制器控制和管理車輛的所有功能和特性。一旦用戶打開點火開關發動電動自行車，微控制器就能獲得輸入，從而啟動三相無刷車用電機。微控制器可接收來自用戶的各種車輛輸入信號，并對車輛進行相應的操控。微控制器按照用戶所選擇的速度驅動三相無刷車用電機，電機的速度可根據用戶的加速和制動傳感器輸入進行變化和控制。
微控制器采用內部或外部串行EEPROM（I2C/SPI型）來存儲距離讀數等數據。此外，微控制器還采用實時時鐘（RTC）在顯示屏上顯示準確的時間。
溫度測量由板上RTD或熱敏電阻型溫度感應器件來實現。電動自行車系統還能利用障礙傳感器在泊車時獲取附近車輛的信息。燃料傳感器獲取引擎中的燃料信息，微控制器也可監控電池輸入并將其在LCD顯示屏上顯示。繼電器驅動電路則用于切換剎車燈、車頭燈和轉向燈的開/關等。
供電部分由作為電源的可再充電鉛酸或鋰離子電池組成，且必須滿足電池充電器的規定。電池輸入向下轉換為DC電壓，以便為微控制器和其它電路提供動力。點火開關則可啟用或禁用板上穩壓器。此外，供電部分還可提供電池、過流、過熱及啟動故障狀態保護電路等多種保護功能。OEM廠商也會對手機等外部設備的充電做出相應規定。