CN210201751U - 一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，包括电池模块、电源模块、MCU模块、MOS控制模块、电流检测模块和电压、温度检测模块，所述电池模块的输出端与电源模块的输入端相连，所述电源模块的输出端与有刷电机相连，所述有刷电机与MOS控制模块的输入端相连，所述MOS控制模块的输出端与电流检测模块的输入端相连，所述电流检测模块输出端与电池模块相连，所述电源模块的输出端与MCU模块的供电端相连，所述MOS控制模块的受控端与MCU模块的控制端相连，所述MCU模块的监控端通过电压、温度检测模块与电池模块的受控端相连，所述MCU模块的监控端与电流检测模块的受控端相连。本实用新型实现控制方案的智能化，多元化，实现稳定和低成本的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统。
背景技术
由于锂电池电动工具的结构轻巧，体积小、重量轻、振动小、噪声低、运转灵活，便于控制与操作，携带使用方便，坚固及耐用，目前已广泛应用于我们日常生活和工业生产领域。而锂电池电动工具的广泛应用，离不开电动工具控制管理，从而对锂电池包进行保护，可以更长久的循环使用锂电池包。
由于锂电池电动工具自身的多样性，目前市场上有刷控制方案也是种类众多，目前现有控制方案虽然众多，但是控制根源基本一致，都是通过控制板检测电池包电压、温度来控制锂电池放电，多数电路依据电机控制芯片，无电流检测，电路设计复杂，成本高。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，包括电池模块、电源模块、MCU模块、MOS控制模块、电流检测模块和电压、温度检测模块，所述电池模块的输出端与电源模块的输入端相连，所述电源模块的输出端与有刷电机相连，所述有刷电机与MOS控制模块的输入端相连，所述MOS控制模块的输出端与电流检测模块的输入端相连，所述电流检测模块输出端与电池模块相连，所述电源模块的输出端与MCU模块的供电端相连，所述MOS控制模块的受控端与MCU模块的控制端相连，所述MCU模块的监控端通过电压、温度检测模块与电池模块的受控端相连，所述MCU模块的监控端与电流检测模块的受控端相连。
优选地，所述电源模块包括DC-DC降压模块和LDO模块，所述电池模块的输出端与DC-DC降压模块的输入端相连，所述DC-DC降压模块的输出端与LDO模块的输入端相连，所述LDO模块的输出端与MCU模块的输入端相连。
优选地，所述MCU模块为单片机，其型号为PIC16F1503。
优选地，所述MOS控制模块包括MOS管Q1，MOS管Q1的漏极与有刷电机相连，MOS管Q1的源极与电流检测模块相连，且还通过电阻R2接地，MOS管Q1的栅极与电阻R20的一端相连，电阻R20另一端与三极管Q2的发射极和三极管Q3的发射极相连，同时在电阻R20与MOS管Q1栅极之间还连接有并接的电阻R25和稳压二极管Z3，三极管Q2的基极和三极管Q3的基极相接并通过电阻R17连接至+12V，三极管Q2的集电极通过电阻R14与+12V相连，三极管Q3的集电极接地，三极管Q2的基极还与三极管Q4的集电极相连，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的基极通过电阻R23和电阻R21连接至+3.3V，而电阻R23和电阻R21之间连接至单片机U3的第五引脚上。
优选地，所述MOS管Q1的型号为IPB042N10N3，三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4的型号分别为MMBT5551、MMBT5401和MMBT5551。
优选地，所述电流检测模块包括放大器U4，放大器U4的第一引脚通过电阻R11与单片机U3的第三引脚相连，电阻R11还通过电容C16接地，放大器U4的第八引脚与+3.3V，并通过电容C13接地，放大器U4的第二引脚通过电阻R12接地，在放大器U4的第二引脚和第一引脚之间连接有并联的电阻R13和电容C17，放大器U4的第四引脚接地，放大器U4的第三引脚通过电阻R10与MOS控制模块相连，放大器U4的第三引脚通过电容C14接地，还通过电阻R9接地设置。
优选地，所述放大器U4的型号为LM2904。
优选地，所述电压、温度检测模块包括温度检测单元和电压检测单元，
温度检测单元包括热敏电阻Rtnc，热敏电阻Rtnc上并接有电容C19，热敏电阻Rtnc通过电阻R15连接至+3.3V，且还通过电阻R18与单片机U3的第十引脚相连，同时还与电池模块相连；
电压检测单元包括电阻R19、电阻R16和电阻R22，电阻R16和电阻R22相串联，其中，电阻R22接地，电阻R16与电池模块相连，电阻R19的一端连接至电阻R16和电阻R22之间，另一端通过电容C18接地，同时还与单片机U3的第十一引脚相连。
借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
本实用新型不但能实现电池欠压和过温保护，还能实现电流的检测和电机的PWM控制，并且电气参数可以根据客户需求灵活设置，可实现控制方案的智能化，多元化，并且还能实现稳定和低成本的目的。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的电源模块的示意图；
图3是本实用新型的电源模块的电路图；
图4是本实用新型的MOS控制模的电路图；
图5是本实用新型的电流检测模块的电路图；
图6a是本实用新型的温度检测单元的电路图；
图6b是本实用新型的电压检测单元的电路图；
图7是本实用新型的MCU模块的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例
如图1所示，一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，包括电池模块1、电源模块2、MCU模块7、MOS控制模块4、电流检测模块5和电压、温度检测模块6，所述电池模块1的输出端与电源模块2的输入端相连，所述电源模块2的输出端与有刷电机3相连，所述有刷电机3与MOS控制模块4的输入端相连，所述MOS控制模块4的输出端与电流检测模块5的输入端相连，所述电流检测模块5输出端与电池模块1相连，所述电源模块2的输出端与MCU模块7的供电端相连，所述MOS控制模块4的受控端与MCU模块7的控制端相连，所述MCU模块7的监控端通过电压、温度检测模块6与电池模块1的受控端相连，所述MCU模块7的监控端与电流检测模块5的受控端相连。
如图2所示，所述电源模块2包括DC-DC降压模块21和LDO模块22，所述电池模块1的输出端与DC-DC降压模块21的输入端相连，所述DC-DC降压模块21的输出端与LDO模块22的输入端相连，所述LDO模块22的输出端与MCU模块7的输入端相连。电源模块先经过DC-DC降压模块21降压，再经过LDO模块22转换，将稳定的电源信号提供MCU模块。
如图3所示，其实际电路图如下：
DC-DC降压模块21包括芯片U1，芯片U1的第五引脚通过电阻R3与电池模块相连，在第五引脚与电阻R3之间连接有第一路相串联的电容C6和电容C26且接地，第二路电容C7并接地，第三路电容C8并接地，芯片U1的第五引脚与第四引脚之间连接有电阻R5，第四引脚通过电阻R6接地，芯片U1的第二引脚接地，芯片U1的第一引脚通过电容C5与芯片U1的第六引脚相连，芯片U1的第六引脚通过电感L1连接至+12V，第六引脚还通过与二极管D2的阴极相连，其阳极接地，芯片U1的第三引脚通过电阻R8接地，在电阻R8上并接有电容C21，并通过电阻R7连接至+12V，电感L1与+12V之间通过电容C9接地，其中，芯片U1的型号为MP2459；
LDO模块22包括芯片U2，芯片U2的第三引脚通过电阻R4与DC-DC降压模块21相连，通过还通过电阻C22接地，芯片U2的第二引脚接地，芯片U2的第一引脚连接至+3.3V，且还连接有电容C10和电容C11，两者均接地设置，其中，芯片U2的型号为HT7533-2。
如图4所示，所述MOS控制模块包括MOS管Q1，MOS管Q1的漏极与有刷电机相连，MOS管Q1的源极与电流检测模块相连，且还通过电阻R2接地，MOS管Q1的栅极与电阻R20的一端相连，电阻R20另一端与三极管Q2的发射极和三极管Q3的发射极相连，同时在电阻R20与MOS管Q1栅极之间还连接有并接的电阻R25和稳压二极管Z3，三极管Q2的基极和三极管Q3的基极相接并通过电阻R17连接至+12V，三极管Q2的集电极通过电阻R14与+12V相连，三极管Q3的集电极接地，三极管Q2的基极还与三极管Q4的集电极相连，三极管Q4的发射极接地，三极管Q 4的基极通过电阻R23和电阻R21连接至+3.3V，而电阻R23和电阻R21之间连接至单片机U3的第五引脚上。
上述的MOS控制模块采用NPN三极管和PNP三极管搭建推挽电路，通过MCU的I/O口信号，能实现放电功率MOS的快速开启和关断。具体实施如下：当I/O输出0，Q4和Q3关断，Q2打开，功率MOS管Q1开启，电路正常工作。当I/O输出1，Q4打开，Q2关断，同时Q3打开，能将Q1的栅极电荷瞬间释放，从而实现功率MOS管Q1的快速关断，电路停止工作。
其中，所述MOS管Q1的型号为IPB042N10N3，三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4的型号分别为MMBT5551、MMBT5401和MMBT5551。
如图5所示，所述电流检测模块包括放大器U4，放大器U4的第一引脚通过电阻R11与单片机U3的第三引脚相连，电阻R11还通过电容C16接地，放大器U4的第八引脚与+3.3V，并通过电容C13接地，放大器U4的第二引脚通过电阻R12接地，在放大器U4的第二引脚和第一引脚之间连接有并联的电阻R13和电容C17，放大器U4的第四引脚接地，放大器U4的第三引脚通过电阻R10与MOS控制模块相连，放大器U4的第三引脚通过电容C14接地，还通过电阻R9接地设置。
上述的电流检测模块采用运放LM2904的信号放大功能，将回路电流信号放大，利用MCU的AD采集，实时检测回路电流信号。具体实施如下：当LM2904正相端采集电流信号，经过R12，R13的放大，Vo＝(1+R13/R12)*Vi。将电流信号放大给MCU的ADC端口，当回路电流信号触发MCU设置的过流阈值，MCU快速实现功率MOS管Q1的关断，从而实现电路电流保护。
其中，所述放大器U4的型号为LM2904。
如图6a和图6b所示，所述电压、温度检测模块包括温度检测单元和电压检测单元，
温度检测单元包括热敏电阻Rtnc，热敏电阻Rtnc上并接有电容C19，热敏电阻Rtnc通过电阻R15连接至+3.3V，且还通过电阻R18与单片机U3的第十引脚相连，同时还与电池模块相连；
电压检测单元包括电阻R19、电阻R16和电阻R22，电阻R16和电阻R22相串联，其中，电阻R22接地，电阻R16与电池模块相连，电阻R19的一端连接至电阻R16和电阻R22之间，另一端通过电容C18接地，同时还与单片机U3的第十一引脚相连。
电压、温度检测模块利用电阻分压，将电池的电压信号和温度的NTC信号进行ADC采集，从而实时检测电池的电压和温度。
如图7所示，所述MCU模块为单片机U3，其型号为PIC16F1503，单片机上的其他引脚其他功能电路相连，是本领域技术人已知的技术在这不再做任何的赘述。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，其特征在于：包括电池模块、电源模块、MCU模块、MOS控制模块、电流检测模块和电压、温度检测模块，所述电池模块的输出端与电源模块的输入端相连，所述电源模块的输出端与有刷电机相连，所述有刷电机与MOS控制模块的输入端相连，所述MOS控制模块的输出端与电流检测模块的输入端相连，所述电流检测模块输出端与电池模块相连，所述电源模块的输出端与MCU模块的供电端相连，所述MOS控制模块的受控端与MCU模块的控制端相连，所述MCU模块的监控端通过电压、温度检测模块与电池模块的受控端相连，所述MCU模块的监控端与电流检测模块的受控端相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，其特征在于：所述电源模块包括DC-DC降压模块和LDO模块，所述电池模块的输出端与DC-DC降压模块的输入端相连，所述DC-DC降压模块的输出端与LDO模块的输入端相连，所述LDO模块的输出端与MCU模块的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，其特征在于：所述MCU模块为单片机，其型号为PIC16F1503。
4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，其特征在于：所述MOS控制模块包括MOS管Q1，MOS管Q1的漏极与有刷电机相连，MOS管Q1的源极与电流检测模块相连，且还通过电阻R2接地，MOS管Q1的栅极与电阻R20的一端相连，电阻R20另一端与三极管Q2的发射极和三极管Q3的发射极相连，同时在电阻R20与MOS管Q1栅极之间还连接有并接的电阻R25和稳压二极管Z3，三极管Q2的基极和三极管Q3的基极相接并通过电阻R17连接至+12V，三极管Q2的集电极通过电阻R14与+12V相连，三极管Q3的集电极接地，三极管Q2的基极还与三极管Q4的集电极相连，三极管Q4的发射极接地，三极管Q 4的基极通过电阻R23和电阻R21连接至+3.3V，而电阻R23和电阻R21之间连接至单片机U3的第五引脚上。
5.根据权利要求4所述的一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，其特征在于：所述MOS管Q1的型号为IPB042N10N3，三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4的型号分别为MMBT5551、MMBT5401和MMBT5551。
6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，其特征在于：所述电流检测模块包括放大器U4，放大器U4的第一引脚通过电阻R11与单片机U3的第三引脚相连，电阻R11还通过电容C16接地，放大器U4的第八引脚与+3.3V，并通过电容C13接地，放大器U4的第二引脚通过电阻R12接地，在放大器U4的第二引脚和第一引脚之间连接有并联的电阻R13和电容C17，放大器U4的第四引脚接地，放大器U4的第三引脚通过电阻R10与MOS控制模块相连，放大器U4的第三引脚通过电容C14接地，还通过电阻R9接地设置。
7.根据权利要求6所述的一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，其特征在于：所述放大器U4的型号为LM2904。
8.根据权利要求1所述的一种基于单片机的锂电池有刷电机控制系统，其特征在于：所述电压、温度检测模块包括温度检测单元和电压检测单元，
温度检测单元包括热敏电阻Rtnc，热敏电阻Rtnc上并接有电容C19，热敏电阻Rtnc通过电阻R15连接至+3.3V，且还通过电阻R18与单片机U3的第十引脚相连，同时还与电池模块相连；
电压检测单元包括电阻R19、电阻R16和电阻R22，电阻R16和电阻R22相串联，其中，电阻R22接地，电阻R16与电池模块相连，电阻R19的一端连接至电阻R16和电阻R22之间，另一端通过电容C18接地，同时还与单片机U3的第十一引脚相连。
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