CN110995077A - 一种电池供电马达恒压输出控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池供电马达恒压输出控制装置及控制方法，其特征在于：包括微控制器、充电管理模块、保护模块、稳压模块、按键唤醒模块、电池电压模块、显示模块和马达速度调节模块，充电管理模块的输入端依次通过充电插拔检测端、充电唤醒检测端连接充电接口，充电管理模块的输出端连接微控制器的信号输入端和稳压模块的输入端；充电管理模块输出信号给微控制器以判断装置是正在充电还是已充满；保护模块的输入端连接电池电压检测模块的信号输出端、输出端连接微控制器的一个信号输入端和马达速度调节模块的信号输入端，马达速度调节模块的输入端微控制器的控制信号输出端以通过脉冲命令调节马达转速；通过微控制器的运算及处理构成电马达恒压输出控制结构。具有使马达工作在恒压状态的特点。

Description

一种电池供电马达恒压输出控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电池供电马达恒压输出控制装置及控制方法，属于机电设备及其控制技术领域。

背景技术

目前，方便携带装置一般是使用锂电池、镍氢电池等体积小的电池供电。由于这些锂电池、镍氢电池的电量有限，其在放电过程中电池电量下降造成电池电压减小，从而导致接受供电的便携装置的供电电压也在下降。现有技术中，由于马达的供电电路结构存在缺陷，不能跟随电池供电电压变化调节控制马达的控制信号，因此存在如下问题：电池电量下降造成供电电压下降后，马达两端电压不是恒压而是随电池电量下降，从而造成马达转速电池电量下降而下降，导致马达工作不正常、用户体使用果下降。

发明内容

本发明的目的之一，是为了解决现有电池供电电路存在不能保证马达两端电压恒压而造马达转速电池电量下降而下降，导致马达工作不正常、用户体使用果下降的问题，提供一种电池供电马达恒压输出控制装置。具有结构简单、可靠性高、能保证马达两端电压恒压使马达转速在电池电量下降的情况下不变，使马达工作正常、用户体使用果不变的等突出的实质性特点和显著进步。

本发明的目的之二，是为了解决现有电池供电电路存在不能保证马达两端电压恒压而造马达转速电池电量下降而下降，导致马达工作不正常、用户体使用果下降的问题，提供一种电池供电马达恒压输出控制方法。具有保证马达两端电压恒压使马达转速在电池电量下降的情况下不变，使马达工作正常、用户体使用果不变的等突出的实质性特点和显著进步。

本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：

一种电池供电马达恒压输出控制装置，其结构特点在于：包括微控制器、充电管理模块、保护模块、稳压模块、按键唤醒模块、电池电压模块、显示模块和马达速度调节模块，微控制器的二个信号输入端各通过充电唤醒检测端、充电插拔检测端连接充电接口，以通过充电方式唤醒微控制器；充电管理模块的输入端依次通过充电插拔检测端、充电唤醒检测端连接充电接口，充电管理模块的输出端连接微控制器的信号输入端和稳压模块的输入端；充电接口具有充电功能结构；充电插拔检测端提供微控制器信号以判断插入充电还是拔出退出充电状态；充电管理模块输出信号给微控制器以判断装置是正在充电状态还是已充满状态；电池给整个装置提供电源；保护模块的输入端连接电池电压检测模块的信号输出端、输出端连接微控制器的一个信号输入端和马达速度调节模块的信号输入端，当出现过压、过流或欠压时保护模块切断电源(可通过充电事件或者硬件上短接器件方法去恢复)；马达速度调节模块的输入端微控制器的控制信号输出端以通过脉冲命令调节马达转速；稳压模块的输出端连接微控制器的电压输入端以使电压稳定在复位电压之上，使微控制器正常工作；电池电压检测模块的输出端连接微控制器的一个信号输入端、以给微控制器提供电池电压参数；通过微控制器的运算及处理构成电马达恒压输出控制结构。

本发明的目的之一还需要可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，微控制器由单片机芯片U3和电容C6构成，单片机芯片U3具有28个信号端口，分别连接充电管理模块、保护模块、稳压模块、按键唤醒模块、电池电压模块、显示模块和马达速度调节模块。

进一步地，充电管理模块具有八个输入/输出端和电压适配器，包括充电输入端、控制输入端、温度检测输入端、接地端、电压输出端、正在充电信号输出端、已充满信号输出端和充电电流配置端，充电输入端连接电压适配器的电压输出端，电压输出端连接电池充电输入端，控制输入端、正在充电信号输出端和已充满信号输出端各连接微控制器的一个输入/输出端；充电管理模块的地端；微控制器通过充电管理模块的控制输入端打开或者关闭充电管理模块的工作；微控制器通过正在充电信号输出端、已充满信号输出端检测充电管理模块的正在充电信号端和已充满信号端判断电池电量是否充满或正在充电状态；充电电流配置端接入电阻器，通过电阻器的电阻阻值调节最大充电电流值。

进一步地，保护模块由保护芯片U2及外围的电容C11、电阻R32连接构成，保护模块的电源正极、负极分别与电池的正极、负极相连，电池的接地端与装置的接地端相连；当装置正常运行时地与电池负极可以看成内部机制相连；当装置运行过程存在过压、欠压、过流的情况下保护模块与电池负极切断，使装置电源不能产生回路供电切断，装置得到保护避免电路器件部件的损坏。

进一步地，稳压模块由稳压芯片U5及外围电感L1、电容C12-C14连接构成，微控制器输出信号到稳压模块的控制端，通过控制端控制稳压模块工作或不工作；稳压模块通过电源输出端输出稳定的电压供给微控制器，确保微控制器正常工作不出现复位现象。

进一步地，按键唤醒模块由按键S1、电阻R18、R24和电容C7连接构成，按键唤醒模块的作用是通过按键操作方式唤醒微控制器；按键唤醒模块中设有按键，作用是通过按键操作使装置运行、停止以及按键锁定、按键解锁等功能。

进一步地，电池电压检测模块由电阻R13-R17连接构成，其中R16为可变电阻；通过电阻分压得知电池电压VBAT电压；其作用给微控制器1提供电池电压参数。

进一步地，所述显示模块包括二组八位显示模组和一组七位显示模组，各显示模组的信号输入端连接微控制器的信号输出端，主要用于显示电池当前电量信息。

进一步地，马达速度调节模块具有电压检测结构及电流检测结构，该模块通过马达负极电压检测得到马达负极电压检测电压，马达电压＝电池电压-马达负极电压检测电压；微控制器1计算马达电压，恒压输出要求下调节PWM波形通过脉冲调速调节来调节马达负极电压检测的电压；马达电流检测检测马达运行电流检测运行是否存在例如堵转等异常；当马达运行出现异常时，微控制器1停止马达运行；马达正极与马达接口正极相连，马达负极与马达接口负极相连。

本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：

一种电池供电马达恒压输出的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)设定马达恒定转速时的目标输出电压和容差范围，获取马达运行电流；

2)获取马达运行电流之后，根据马达运行电流判断马达是否堵转，具体是若马达运行电流超过额定值10％-50％即为电流过大，判断马达是堵转；在马达运行电流过大时使调速占空比Pt＝0，若马达运行电流正常时进行电池电压检测；

3)获取电池电压值后，根据电池电压判定电池电量是否过低，具体是若电池电压为额定值80％-90％即为电压过低，判断电池电量过低；在电池电压过低时使调速占空比Pt＝0；若电池电压正常时根据当前电池电压值给出马达速度控制PWM占空比Pt；

4)得到根据当前电池电压值给出马达速度控制PWM占空比Pt后，检测获取马达负极电压Vm-；计算电池电压与马达恒定转速时的目标输出电压之间的差值Vt；再根据Vt和设定的容差范围，计算最小电压值Vtmin和最大电压值Vtmax，然后比较Vm-与Vtmax、Vtmin大小关系；

5)当Vm-＞Vtmax时，进行调整占空比Pt微调增加；当Vm-＜Vtmin时，进行调整占空比Pt微调减小；当Vmin≤Vm-≤Vmax时，占空比Pt维持不变；根据占空比Pt进行PWM输出驱动马达；最后使马达在恒压状态下输出恒定转速。

本发明具有如下突出的实质性特点和显著技术进步：

1、本发明涉及的电池供电马达恒压输出控制装置，包括微控制器、充电管理模块、保护模块、稳压模块、按键唤醒模块、电池电压模块、显示模块和马达速度调节模块，微控制器的二个信号输入端各通过充电唤醒检测端、充电插拔检测端连接充电接口，以通过充电方式唤醒微控制器；充电管理模块的输入端依次通过充电插拔检测端、充电唤醒检测端连接充电接口，充电管理模块的输出端连接微控制器的信号输入端和稳压模块的输入端；充电接口具有充电功能结构；充电插拔检测端提供微控制器信号以判断插入充电还是拔出退出充电状态；充电管理模块输出信号给微控制器以判断装置是正在充电状态还是已充满状态；电池给整个装置提供电源；保护模块的输入端连接电池电压检测模块的信号输出端、输出端连接微控制器的一个信号输入端和马达速度调节模块的信号输入端，当出现过压、过流或欠压时保护模块切断电源；马达速度调节模块的输入端微控制器的控制信号输出端以通过脉冲命令调节马达转速；稳压模块的输出端连接微控制器的电压输入端以使电压稳定在复位电压之上，使微控制器正常工作；电池电压检测模块的输出端连接微控制器的一个信号输入端、以给微控制器提供电池电压参数；通过微控制器的运算及处理构成电马达恒压输出控制结构；因此能够解决现有电池供电电路存在不能保证马达两端电压恒压而造马达转速电池电量下降而下降，导致马达工作不正常、用户体使用果下降的问题，具有结构简单、可靠性高、能保证马达两端电压恒压使马达转速在电池电量下降的情况下不变，使马达工作正常、用户体使用果不变的等突出的实质性特点和显著进步。

2、本发明涉及的电池供电马达恒压输出的控制方法，包括以下步骤：获取马达运行电流；判断马达是否堵转(即电流是否过大)；电流过大时作停机，调速占空比Pt＝0处理；电流正常情况下获取电池电压]；判断电池电量是否过低(即电压是否过低)；根据当前电池电压给出马达速度控制PWM占空比值Pt；计算电池电压与马达目标输出电压之间的差值Vt；根据差值Vt和容差范围设定计算最小值Vtmin和最大值Vtmax；获取电机负极电压Vm-；如果Vm->Vtmax则调速占空比Pt微调增加；如果Vm-<Vtmin则调速占空比Pt微调减小；否则在Vtmin≤Vm-≤Vtmax情况下则调速占空比Pt维持不变；根据调速占空比Pt进行PWM输出驱动马达；最后实现马达恒压运行；因此能够解决现有电池供电电路存在不能保证马达两端电压恒压而造马达转速电池电量下降而下降，导致马达工作不正常、用户体使用果下降的问题，具有保证马达两端电压恒压使马达转速在电池电量下降的情况下不变，使马达工作正常、用户体使用果不变的等突出的实质性特点和显著进步。

附图说明

图1是本发明具体实施例的马达恒压输出装置结构框图。

图2是图1中微控制器电路图。

图3是图1中充电管理模块电路图。

图4是图1中保护模块电路图。

图5是图1中稳压模块电路图。

图6是图1中按键唤醒检测模块电路图。

图7是图1中电池电压检测模块电路图。

图8是图1中马达速度调节模块电路图。

图9是图1中显示模块电路图。

图10是本发明具体实施例的控制方法结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

具体实施例1

参见图1至图9，本实施例涉及的电池供电马达恒压输出控制装置，包括微控制器1、充电管理模块2、保护模块3、稳压模块4、按键唤醒模块5、电池电压模块6、显示模块7和马达速度调节模块8，微控制器1的二个信号输入端各通过充电唤醒检测端、充电插拔检测端连接充电接口，以通过充电方式唤醒微控制器1；充电管理模块2的输入端依次通过充电插拔检测端、充电唤醒检测端连接充电接口，充电管理模块2的输出端连接微控制器1的信号输入端和稳压模块4的输入端；充电接口具有充电功能结构；充电插拔检测端提供微控制器信号以判断插入充电还是拔出退出充电状态；充电管理模块2输出信号给微控制器1以判断装置是正在充电状态还是已充满状态；电池9给整个装置提供电源；保护模块3的输入端连接电池电压检测模块6的信号输出端、输出端连接微控制器1的一个信号输入端和马达速度调节模块8的信号输入端，当出现过压、过流或欠压时保护模块3会对装置电源切断(可通过充电事件或者硬件上短接器件方法去恢复)；马达速度调节模块8的输入端微控制器1的控制信号输出端以通过脉冲命令调节马达转速；稳压模块4的输出端连接微控制器1的电压输入端以使电压稳定在复位电压之上，使微控制器正常工作；电池电压检测模块6的输出端连接微控制器的一个信号输入端、以给微控制器提供电池电压参数；通过微控制器1的运算及处理构成电马达恒压输出控制结构。

本实施例中：

微控制器1由单片机芯片U3和电容C6构成，单片机芯片U3具有28个信号端口，分别连接充电管理模块2、保护模块3、稳压模块4、按键唤醒模块5、电池电压模块6、显示模块7和马达速度调节模块8；

充电管理模块2具有八个输入/输出端和电压适配器，包括充电输入端、控制输入端、温度检测输入端、接地端、电压输出端、正在充电信号输出端、已充满信号输出端和充电电流配置端，充电输入端连接电压适配器的电压输出端，电压输出端连接电池充电输入端，控制输入端、正在充电信号输出端和已充满信号输出端各连接微控制器1的一个输入/输出端；充电管理模块2的地端；微控制器1通过充电管理模块2的控制输入端打开或者关闭充电管理模块1的工作；微控制器1通过正在充电信号输出端、已充满信号输出端检测充电管理模块2的正在充电信号端和已充满信号端判断电池电量是否充满或正在充电状态；充电电流配置端接入电阻器，通过电阻器的电阻阻值调节最大充电电流值；

保护模块3由保护芯片U2及外围的电容C11、电阻R32连接构成，保护模块3的电源正极、负极分别与电池的正极、负极相连，电池的接地端与装置(本发明所述的控制装置)的接地端相连；当装置正常运行时地与电池负极可以看成内部机制相连；当装置(本发明所述的控制装置)运行过程存在过压、欠压、过流的情况下保护模块3与电池负极切断，使装置(本发明所述的控制装置)电源不能产生回路供电切断，装置(本发明所述的控制装置)得到保护避免电路器件部件的损坏；

稳压模块4由稳压芯片U5及外围电感L1、电容C12-C14连接构成，微控制器1输出信号到稳压模块4的控制端，通过控制端控制稳压模块工作或不工作；稳压模块4通过电源输出端输出稳定的电压供给微控制器1，确保微控制器1正常工作不出现复位现象；

按键唤醒模块5由按键S1、电阻R18、R24和电容C7连接构成，按键唤醒模块5的作用是通过按键操作方式唤醒微控制器1；按键唤醒模块5中设有按键，作用是通过按键操作使装置运行、停止以及按键锁定、按键解锁等功能；

电池电压检测模块6由电阻R13-R17连接构成，其中R16为可变电阻；通过电阻分压得知电池电压VBAT电压；其作用给微控制器1提供电池电压参数；

所述显示模块7包括二组八位显示模组和一组七位显示模组，各显示模组的信号输入端连接微控制器1的信号输出端，主要用于显示电池当前电量信息；

马达速度调节模块8具有电压检测结构及电流检测结构，该模块通过马达负极电压检测得到马达负极电压检测电压，马达电压＝电池电压-马达负极电压检测电压；微控制器1计算马达电压，恒压输出要求下调节PWM波形通过脉冲调速调节来调节马达负极电压检测的电压；马达电流检测检测马达运行电流检测运行是否存在例如堵转等异常；当马达运行出现异常时，微控制器1停止马达运行；马达正极与马达接口正极相连，马达负极与马达接口负极相连。

参照图2，微控制器1由单片机芯片U3和电容C6构成，单片机芯片U3使用普通8位单片机，型号是SC92F7463B。单片机芯片U3各引脚使用及其功能说明如下：

Pin1：VDD,连接装置系统电源正极，网络VDD即装置系统供电正极；目的是单片机芯片U3工作；

Pin2：P1.0,连接稳压模块4的稳压芯片的控制端CE_POWER；目的是控制稳压芯片CE8401B50M是否工作；

Pin3：VSS,连接系统电源负极，网络地即装置系统供电负极；目的是单片机芯片U3工作；

Pin4：OSCI/P5.1,连接检测电池电压检测电路和电池温度采样电路的负极地IO_GND；目的是使用一个单片机I/O口作为采样电路的地，是实现电池产品待机时需要极小待机电流(小于10uA)；

Pin5：OSCO/P5.0,连接充电管理模块2的芯片CE3221A420ES第7脚CHRG，目的是充电时候检测电池是否正在充电中；

Pin6：RST/INT01/P1.1,连接充电管理模块2的芯片CE3221A420ES第6脚STDBY，目的是充电时候检测电池是否已经充满；

Pin7：Tck/RX/T0/INT02/P1.2,连接烧录口，目的是调试和烧录程序；

Pin8：Tdio/TX/T1/INT03/P1.3,连接烧录口，目的是调试和烧录程序；

Pin9：AIN9/INT10/P1.4,连接充电管理模块2的芯片CE3221A420ES第8脚CE，目的是控制充电管理芯片是否工作；

Pin10：AIN8/INT11/P1.5,连接充电管理模块2的芯片前端充电采样电路CHK_POWER，目的是在单片机休眠时充电动作唤醒；

Pin11：AIN7/INT12/P1.6,连接充电管理模块2的芯片前端充电采样电路CHK_POWER_C，目的是充电过程中检测是否有拔掉充电器动作；

Pin12：AIN6/INT13/P1.7,连接检测马达负端到地电压检测电路CHK_MOTOR,目的是检测马达负端到地的电压；这是恒压输出步骤之一；

Pin13：AIN5/PWM5/P2.7,连接电池温度采样电路CHK_NTC，目的是检测电池温度(预留)；

Pin14：AIN4/PWM4/P2.6,连接马达速度控制端CTRL_MOTOR，目的是通过输出脉宽占空比大小来控制马达速度,这是恒压输出步骤之一；

Pin15：P2.5/PWM3/AN3,连接电池电压采样电路CHK_BAT，目的是检测电池电压；这是恒压输出步骤之一；

Pin16：P2.4/AIN2,连接马达控制电路检测马达电流CHK_MOTOR2,目的是保护避免马达运行因堵转导致电流过大；

Pin17：P2.3/AIN1,连接显示模块7的S8端；目的是显示相关信息；

Pin18：P2.2/AIN0,连接显示模块7的S7；目的是显示相关信息；

Pin19：P2.1/INT25/MISO/RX1,连接显示模块7的S6；目的是显示相关信息；

Pin20：P2.0/INT24/MOSI/TX1/SDA,连接显示模块7的S5；目的是显示相关信息；

Pin21：P0.7/INT23/T2,连接显示模块7的S4；目的是显示相关信息；

Pin22：P0.6/INT22/T2EX,连接按键唤醒检测模块5的SW1键，目的是操作开机/关机，上锁/解锁等操作，当单片机睡眠能通过按键操作来唤醒；

Pin23：P0.5/INT21/SCK,连接显示模块7的S3；目的是显示相关信息；

Pin24：P0.4/INT20/COM4,连接显示模块7的S2；目的是显示相关信息；

Pin25：P0.3/COM3，连接显示模块7的S1，目的是显示相关信息；

Pin26：P0.2/COM2，连接显示模块7的C3，目的是显示相关信息；

Pin27：P0.1/COM1，连接显示模块7的C2，目的是显示相关信息；

Pin28：P0.0/COM0，连接显示模块7的C1，目的是显示相关信息；

参照图3，充电管理模块2包括充电管理芯片U1及外围电阻、电容连接构成，U1使用型号为CE3221A420ES芯片，U1的外围设有充电检测电路、充电拔电检测电路；其中：

充电检测电路的检测信号端CHK_POWER连接单片机芯片U3的一个信号输入端，这是得到唤醒单片机芯片U3途径之一的电路，从不在充电状态切换为充电状态下，CHK_POWER信号会以上升沿信号体现，单片机检测CHK_POWER为上升沿信号时会唤醒；

充电拔电检测电路的检测信号端CHK_POWER_C，连接单片机芯片U3的一个信号输入端，这是检测充电过程中是否拔出充电器，当检测CHK_POWER_C信号AD值低于充电判定阈值时，退出充电状态返回上次状态；

充电管理芯片U1的功能管脚(端)介绍如下：

Pin1：TEMP，温度检测，不需管理芯片检测的接地处理；

Pin2：PROG，最大充电电流设置，通过R11阻值调节合理阻值来设定充电最大电流；

Pin3：GND，地，充电适配器电源负极；

Pin4：VCC，充电适配器电源正极；

Pin5：BAT，连接电池正极；

Pin6：STDBY，充满信号，当充满时此引脚为低电平，单片机检测CHK_CHAR_FULL电平判定是否充满；

Pin7：CHRG，正在充电信号，当正在充电时此引脚为低电平，单片机检测CHK_CHAR电平判定是否正在充电中；

Pin8：CE，芯片使能端，单片机控制CTRL_CE电平，高电平使能充电芯片工作，低电平即停止充电芯片工作。

参照图4，保护模块3由保护芯片U2及外围的电容C11、电阻R32连接构成，保护芯片U2采用型号为XB5608A的芯片，其功能脚(端)介绍如下：

Pin1/2：连接电池负极；

Pin3：连接电池正极；

Pin4/5：连接装置系统地

当正常工作时XB5608A的VM端与GND相通，装置大地与电池负极相连；当装置出现过流过压欠压时，二级保护生效，VM与GND切断，装置供电系统切断装置不能工作。装置恢复正常可以通过插入充电即可恢复正常。

参照图5，稳压模块4由稳压芯片U5及外围电感L1、电容C12-C14连接构成，稳压芯片U5采用型号为CE8401B50M的饼片。目的是确保单片机供电电压在复位电压之上。因为电池电压随着使用时间推移会下降，并且马达电流加大时会把电池电压拉下，而如果单片机供电直接使用电池提供会存在单片机复位或死机的可能；升压电路确保单片机主控芯片的电源稳定可靠。U5的功能脚(端)介绍如下：

Pin1：CE，控制输入端，单片机CE_POWER输出高电平时打开稳压芯片工作，低电平时关闭稳压芯片工作；

Pin2：VOUT，电压输出端，VDD提供给单片机供电，稳压芯片芯片工作时VDD＝5V；当稳压芯片不工作是VDD＝VBAT(电池电压)；

Pin3：NC，无用处；

Pin4：GND，稳压芯片供电负极，连接装置系统地；

Pin5：LX,稳压芯片的供电正极，连接电感连接电池正极；

参照图6，按键唤醒模块5由按键S1、电阻R18、R24和电容C7连接构成；按键没有按下是SW1为低电平，按键按下时为高电平，按下操作会出现上升沿信号，这是能够唤醒单片机途径。

参照图7，电池电压检测模块6由电阻R13-R17连接构成，其中R16为可变电阻；通过电阻分压得知电池电压VBAT电压。

参照图8，马达速度调节模块8由控制芯片U4、二极管D24、电容C1-C3、C5、C8和C18、电阻R6、R8、R12和R30-R31连接构成，控制芯片U4的型号为DP8202。这是电机控制部分电路，也是恒压输出核心部件；这里所说的恒压输出是指电机两端的电压差是恒定值C(0<C<VBAT)，大小随装置产品规格书确定。V电机＝VM+-VM-。而VM+＝VBAT，VM-＝VCHK_MOTOR。另外VBAT就是电池电压，电池电压是变化，随着电量减少而电压变小；VCHK_MOTOR的大小跟CTRL_MOTOR占空比大小有关，占空比为0，VCHK_MOTOR＝VBAT，即V电机＝0，电机停止；占空比全开，VM-＝0,那么V电机＝VBAT；也就是占空比不同时V电机介于0V到VBAT之间。如果V电机恒压输出，那么在电池电压不断随时间下降的情况下，CTRL_MOTOR输出的占空比是要随之增大，确保V电机＝VBAT–VCHK_MOTOR＝恒定值C。

参照图9，显示模块7包括二组八位显示模组和一组七位显示模组，各显示模组的信号输入端连接微控制器1的信号输出端，主要用于显示电池当前电量信息；其通过若干LED组成两位8字和一位1字以及组成若干图标，连接方法使用共阴连接方法；“188”可以显示电量0-100％，其他图标可以显示档位信息，清洗堵转提示信息，旅行锁信息等。

参照图10，本实施例涉及的一种电池供电马达恒压输出的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)设定马达恒定转速时的目标输出电压和容差范围，获取马达运行电流；

2)获取马达运行电流之后，根据马达运行电流判断马达是否堵转，具体是若马达运行电流超过额定值10％-50％即为电流过大，判断马达是堵转；在马达运行电流过大时使调速占空比Pt＝0，若马达运行电流正常时进行电池电压检测；

3)获取电池电压值后，根据电池电压判定电池电量是否过低，具体是若电池电压为额定值80％-90％即为电压过低，判断电池电量过低；在电池电压过低时使调速占空比Pt＝0；若电池电压正常时根据当前电池电压值给出马达速度控制PWM占空比Pt；

4)得到根据当前电池电压值给出马达速度控制PWM占空比Pt后，检测获取马达负极电压Vm-；计算电池电压与马达恒定转速时的目标输出电压之间的差值Vt；再根据Vt和设定的容差范围，计算最小电压值Vtmin和最大电压值Vtmax，然后比较Vm-与Vtmax、Vtmin大小关系；

5)当Vm-＞Vtmax时，进行调整占空比Pt微调增加；当Vm-＜Vtmin时，进行调整占空比Pt微调减小；当Vmin≤Vm-≤Vmax时，占空比Pt维持不变；根据占空比Pt进行PWM输出驱动马达；最后使马达在恒压状态下输出恒定转速。

本实施例中：

可以设定马达恒定转速时的目标输出电压为5V(即马达恒定转速时目标工作电压为5V)，容许的电压差为1V，马达的额定工作电压为5V、额定工作电流为50mA，若马达运行电流超过额定值5mA-25mA即为电流过大，判断马达是堵转；在马达运行电流过大时通过马达速度调节模块8调节使调速占空比Pt＝0，若马达运行电流正常时进行电池电压检测；

通过电压检测获取电池电压值后，根据电池电压判定电池电量是否过低，具体是：设定电池的额定电压为10V，若电池电压为8V-9V(额定值80％-90％)即为电压过低，判断电池电量过低；在电池电压过低时使调速占空比Pt＝0；若电池电压正常时根据当前电池电压值给出马达速度控制PWM占空比Pt；

得到根据当前电池电压值给出马达速度控制PWM占空比Pt后，检测获取马达负极电压Vm-(设Vm-为5V)；计算电池电压与马达恒定转速时的目标输出电压之间的差值Vt＝3-4V；再根据Vt和设定的容差范围，计算最小电压值Vtmin＝3V+1V＝4V和最大电压值Vtmax＝4V+1V＝5V，然后比较Vm-与Vtmax、Vtmin大小关系；

本实施例中，Vmin≤Vm-≤Vmax，占空比Pt维持不变；由微控制器1输出信号控制马达速度调节模块8根据占空比Pt进行PWM输出驱动马达；最后使马达在恒压状态下输出恒定转速。

另外，当Vm-＞Vtmax时，进行调整占空比Pt微调增加；当Vm-＜Vtmin时，进行调整占空比Pt微调减小；也可以由微控制器1输出信号控制马达速度调节模块8根据占空比Pt进行PWM输出驱动马达；最后使马达在恒压状态下输出恒定转速。

本发明的其目的是提高用户体验和使用满意度，在电池合理的电量(电压)范围控制马达恒压输出运行。保证随着放电时间的推移，马达运行转速电压也能基本恒定恒压恒速输出。电压输出大小由马达额定工作电压大小决定。另外电池供电电压大于马达额定工作电压。

Claims (10)

1.一种电池供电马达恒压输出控制装置，其特征在于：包括微控制器(1)、充电管理模块(2)、保护模块(3)、稳压模块(4)、按键唤醒模块(5)、电池电压模块(6)、显示模块(7)和马达速度调节模块(8)，微控制器(1)的二个信号输入端各通过充电唤醒检测端、充电插拔检测端连接充电接口，以通过充电方式唤醒微控制器(1)；充电管理模块(2)的输入端依次通过充电插拔检测端、充电唤醒检测端连接充电接口，充电管理模块(2)的输出端连接微控制器(1)的信号输入端和稳压模块(4)的输入端；充电接口具有充电功能结构；充电插拔检测端提供微控制器信号以判断插入充电还是拔出退出充电状态；充电管理模块(2)输出信号给微控制器(1)以判断装置是正在充电状态还是已充满状态；电池(9)给整个装置提供电源；保护模块(3)的输入端连接电池电压检测模块(6)的信号输出端、输出端连接微控制器(1)的一个信号输入端和马达速度调节模块(8)的信号输入端，当出现过压、过流或欠压时保护模块(3)切断电源；马达速度调节模块(8)的输入端微控制器(1)的控制信号输出端以通过脉冲命令调节马达转速；稳压模块(4)的输出端连接微控制器(1)的电压输入端以使电压稳定在复位电压之上，使微控制器正常工作；电池电压检测模块(6)的输出端连接微控制器的一个信号输入端、以给微控制器提供电池电压参数；通过微控制器(1)的运算及处理构成电马达恒压输出控制结构。

2.根据权利要求1所述的一种电池供电马达恒压输出控制装置，其特征在于：微控制器(1)由单片机芯片U3和电容C6构成，单片机芯片U3具有28个信号端口，分别连接充电管理模块(2)、保护模块(3)、稳压模块(4)、按键唤醒模块(5)、电池电压模块(6)、显示模块(7)和马达速度调节模块(8)。

3.根据权利要求1所述的一种电池供电马达恒压输出控制装置，其特征在于：充电管理模块(2)具有八个输入/输出端和电压适配器，包括充电输入端、控制输入端、温度检测输入端、接地端、电压输出端、正在充电信号输出端、已充满信号输出端和充电电流配置端，充电输入端连接电压适配器的电压输出端，电压输出端连接电池充电输入端，控制输入端、正在充电信号输出端和已充满信号输出端各连接微控制器(1)的一个输入/输出端；充电管理模块(2)的地端；微控制器(1)通过充电管理模块(2)的控制输入端打开或者关闭充电管理模块(1)的工作；微控制器(1)通过正在充电信号输出端、已充满信号输出端检测充电管理模块(2)的正在充电信号端和已充满信号端判断电池电量是否充满或正在充电状态；充电电流配置端接入电阻器，通过电阻器的电阻阻值调节最大充电电流值。

4.根据权利要求1所述的一种电池供电马达恒压输出控制装置，其特征在于：保护模块(3)由保护芯片U2及外围的电容C11、电阻R32连接构成，保护模块(3)的电源正极、负极分别与电池的正极、负极相连，电池的接地端与装置的接地端相连；当装置正常运行时地与电池负极可以看成内部机制相连；当装置运行过程存在过压、欠压、过流的情况下保护模块(3)与电池负极切断，使装置电源不能产生回路供电切断，装置得到保护避免电路器件部件的损坏。

5.根据权利要求1所述的一种电池供电马达恒压输出控制装置，其特征在于：稳压模块(4)由稳压芯片U5及外围电感L1、电容C12-C14连接构成，微控制器(1)输出信号到稳压模块(4)的控制端，通过控制端控制稳压模块工作或不工作；稳压模块(4)通过电源输出端输出稳定的电压供给微控制器(1)，确保微控制器(1)正常工作不出现复位现象。

6.根据权利要求1所述的一种电池供电马达恒压输出控制装置，其特征在于：按键唤醒模块(5)由按键S1、电阻R18、R24和电容C7连接构成，按键唤醒模块(5)的作用是通过按键操作方式唤醒微控制器(1)；按键唤醒模块(5)中设有按键，作用是通过按键操作使装置运行、停止以及按键锁定、按键解锁等功能。

7.根据权利要求1所述的一种电池供电马达恒压输出控制装置，其特征在于：电池电压检测模块(6)由电阻R13-R17连接构成，其中R16为可变电阻；通过电阻分压得知电池电压VBAT电压；其作用给微控制器1提供电池电压参数。

8.根据权利要求1所述的一种电池供电马达恒压输出控制装置，其特征在于：所述显示模块(7)包括二组八位显示模组和一组七位显示模组，各显示模组的信号输入端连接微控制器(1)的信号输出端，主要用于显示电池当前电量信息。

9.根据权利要求1所述的一种电池供电马达恒压输出控制装置，其特征在于：马达速度调节模块(8)具有电压检测结构及电流检测结构，该模块通过马达负极电压检测得到马达负极电压检测电压，马达电压＝电池电压-马达负极电压检测电压；微控制器(1)计算马达电压，恒压输出要求下调节PWM波形通过脉冲调速调节来调节马达负极电压检测的电压；马达电流检测检测马达运行电流检测运行是否存在例如堵转等异常；当马达运行出现异常时，微控制器1停止马达运行；马达正极与马达接口正极相连，马达负极与马达接口负极相连。

10.一种电池供电马达恒压输出的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)设定马达恒定转速时的目标输出电压和容差范围，获取马达运行电流；

2)获取马达运行电流之后，根据马达运行电流判断马达是否堵转，具体是若马达运行电流超过额定值10％-50％即为电流过大，判断马达是堵转；在马达运行电流过大时使调速占空比Pt＝0，若马达运行电流正常时进行电池电压检测；

3)获取电池电压值后，根据电池电压判定电池电量是否过低，具体是若电池电压为额定值80％-90％即为电压过低，判断电池电量过低；在电池电压过低时使调速占空比Pt＝0；若电池电压正常时根据当前电池电压值给出马达速度控制PWM占空比Pt；

4)得到根据当前电池电压值给出马达速度控制PWM占空比Pt后，检测获取马达负极电压Vm-；计算电池电压与马达恒定转速时的目标输出电压之间的差值Vt；再根据Vt和设定的容差范围，计算最小电压值Vtmin和最大电压值Vtmax，然后比较Vm-与Vtmax、Vtmin大小关系；

5)当Vm-＞Vtmax时，进行调整占空比Pt微调增加；当Vm-＜Vtmin时，进行调整占空比Pt微调减小；当Vmin≤Vm-≤Vmax时，占空比Pt维持不变；根据占空比Pt进行PWM输出驱动马达；最后使马达在恒压状态下输出恒定转速。

Images