基于stm32硬件控制的電動自行車電控制動

王健宇 梅耀勻 劉乃渤

摘 要：該剎車系統(tǒng)通過stm32硬件控制電磁鐵吸引碟剎片來實現(xiàn)制動，全程一個按鈕控制，按下剎車，電磁鐵通工作，松開后斷電，電磁鐵消磁回位，簡易操作，不費一絲力氣，老少皆宜，結(jié)構(gòu)簡單，安裝簡便，容易檢修，系統(tǒng)老化慢，而且不受環(huán)境的影響，由于是電控剎車，通過對stm32的編程，通向電磁鐵的電流能有效控制，所以不會因為緊急剎車而出現(xiàn)意外，提高安全性。材料容易獲取，整套裝置花費不了多少，適用各種型號的電動車，會普及很快。

關(guān)鍵詞：電控制動; 簡易操作; 安全性

中圖分類號：U469.72? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1006-3315（2019）11-200-001

現(xiàn)在的電動車多采用轂剎和碟剎兩種制動方式，電動車剎車的壽命一般只有兩三年，在一般情況下，碟剎比轂剎性能要好，但是也有弊端。首先碟剎的制造成本比漲剎高出不少，生產(chǎn)者很可能為了節(jié)約成本采購劣質(zhì)碟剎。劣質(zhì)碟剎在下雨天很容易混進沙子、油泥等物質(zhì)，從而影響制動效果。其次，即使是合格的碟剎，由于裸露在車身外面，很容易在受力沖擊后發(fā)生變形，使制動失效，如果不經(jīng)常檢修，同樣很危險。

電動車一般左手剎后輪，右手剎前輪。即使同時剎車，兩只手的反應(yīng)也會有先后，兩只手的力量也會不一樣，甚至前后剎車本身的制動力就不一樣（尤其是前轂后碟剎車系統(tǒng)），這些因素，導致了前后兩輪剎車制動不同步，在緊急剎車或者路面濕滑時，極易發(fā)生甩尾、側(cè)滑等危險情況。

隨著電子控制技術(shù)集成化程度的提升與發(fā)展，電控制動能夠使車輛的制動響應(yīng)時間、制動距離以及舒適度和安全性能都有較大提升，是未來制動技術(shù)發(fā)展的主要方向。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計

此系統(tǒng)開創(chuàng)性的把stm32硬件控制技術(shù)與碟剎制動技術(shù)巧妙結(jié)合，使用碟剎與電磁鐵相結(jié)合，使剎車變得簡單，為騎行者節(jié)省了力氣和剎車時間。它較傳統(tǒng)剎車具有諸多優(yōu)點。此系統(tǒng)具有防抱死功能，在連續(xù)剎車下，不會造成剎車衰退而使剎車失靈，電磁鐵和剎車盤之間的摩擦面積小，剎車時產(chǎn)生的熱量很少，散熱性極佳，剎車盤受熱之后尺寸的改變不影響剎車效果，反應(yīng)迅速，可做高頻剎車。由于是電控，因此左右車輪同時制動，不會損害軸，長期制動效果好，雨天浸水完全不會受影響，因為磁性不受水的影響，剎車裝置沒有密封，因此剎車磨損的碎屑不會沉積到剎車上，剎車盤的離心力可以將一切灰塵等污染向外拋出，以維持一定的清潔。且剎車裝置獨立在外，易安裝和維修，調(diào)試便利，在冬季和惡劣路況下騎車，更可輕易令車停下，在輸出制動力矩相同的情況下，其尺寸和質(zhì)量都較小，大大減輕車身負載。

二、硬件組成及功能

stm32此系統(tǒng)的“大腦”（核心控制模塊），具有電源的轉(zhuǎn)換電流的電路，驅(qū)動模塊與電機構(gòu)成運動部分，電源通過轉(zhuǎn)換電路與變壓器將電壓調(diào)整到與stm32的供電電壓相同的電壓。碟剎與電磁鐵構(gòu)成系統(tǒng)制動部分具有同時制動與防抱死功能。

1.核心stm32

stm32具有低功耗運行和低功耗睡眠兩個模式，通過利用超低功耗的穩(wěn)壓器和振蕩器，微控制器可大幅度降低在低頻下的工作功耗。穩(wěn)壓器不依賴電源電壓即可滿足電流要求。stm32還提供動態(tài)電壓升降功能，這是一項成功應(yīng)用多年的技術(shù)，可進一步降低芯片在中低頻下運行時的內(nèi)部工作電壓。有著遠超普通單片機的大容量可在線擦寫的FLASH以及豐富的片上外設(shè)。[1]

2.驅(qū)動模塊

直流電機驅(qū)動器采用LGS公司優(yōu)秀大功率電機專用驅(qū)動芯片L298N，可直接驅(qū)動2路直流電機，驅(qū)動電流達2A，電機輸出端采用高速肖特基二極管作為保護。該電路線路布線合理，均采用貼元件片，體積小、方便安裝。增加了散熱器，可以承受更大的電流;控制端口由原來的6個改為4個，不但可以節(jié)約控制器端口，而且控制程序也更為簡單。使用此模塊可以較為輕松地驅(qū)動您的機器人。接線簡便。

電機的作用是驅(qū)動輪運動，通過配置來控制其運動狀態(tài)， 小車的運動過程需要加速和減速， 因此還需進行調(diào)速操作。[2]

3.電磁鐵

電磁鐵是通電產(chǎn)生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，它也叫做電磁鐵（electromagnet）。我們通常把它制成條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往采用消磁較快的軟鐵或硅鋼材料來制作。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電后磁就隨之消失。

我們利用電磁鐵的通電斷電來控制其與摩擦盤的接觸，達到剎車的效果，為使此過程中產(chǎn)生較少的熱量，減少了接觸面積。通過減少磁性干擾采取了使用較多的無磁材料并減少了除摩擦盤外與其他具有磁性物體的接觸。

三、軟件設(shè)計

根據(jù)硬件設(shè)計，針對每一個硬件進行軟件編程，軟件設(shè)計部分主要有幾大塊組成，控制模塊、運動模塊、制動模塊等。控制模塊主要負責控制單片機，給單片機電子信號，單片機通過信號做出運動或者制動。運動模塊主要是負責控制輪子的轉(zhuǎn)動。制動模塊主要起到制動效果包括防抱死等。

這套電控剎車系統(tǒng)設(shè)計思路清晰，把stm32硬件創(chuàng)新的應(yīng)用在剎車裝置上，運用電磁鐵的工作原理來完成剎車，安全可靠，已在電動車上試驗，效果理想。

基金項目：基于stm32硬件控制的電動自行車電控制動 201810144024（大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃資助。）

參考文獻：

[1]陳紅，印春曉，韋金言，王文策，李瑋.基于STM32的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J/OL].電子技術(shù)與軟件工程，2019（09）：56-57[2019-05-14].

[2]李懷宇.基于STM32的避障小車設(shè)計[J].科技視界，2018（30）：191-193+158