Контроллер самоката/электровелосипеда — содержимое и подключение

Всякие электровелосипеды и самокаты, не к ночи будь помянуты — это модно, стильно, молодежно. Сегодня будем разбираться с контроллером, который управляет этой шайтан-арбой. Если вам вдруг понадобилось заменить контроллер — на Али их есть, и цены начинаются от восьми баксов. Во всяких ютубах полно желающих объяснить, как это сделать, но при ближайшем рассмотрении оказывается, что верить большинству из них не стоит, они слабо понимают, что делают. В наше время никому верить нельзя, даже порой самому себе. Мне — можно.


Краткая предыстория — купил я недавно на местной барахолке велосипед. Да не просто велосипед, а трехколесный. И не просто трехколесный велосипед — а весь из себя липистрический. Конечно, двухколесный лучше для тех, кто может им пользоваться — но для инвалида выбора нет, на двухколесный мне не взгромоздиться.


Контроллер двигателя же там стоит от вполне обычного велосипеда, алгоритм работы которого не особо подходит для меня. На обычном велосипеде хочешь-не хочешь, надо оттолкнуться и потом уже ехать — иначе равновесие не удержать. Поэтому в момент старта мотор может и не работать, а включиться уже потом. Когда же с места разгоняешься на педалях, неплохо бы мотором и помочь. Возникла мысль заменить контроллер, а к нему еще какую-нибудь ардуину присобачить, дабы она все хотелки реализовала. Контроллер уже в руках, а до ардуины дело может и дойдет, но к осени, когда велосипед уже не нужен будет каждый день. А разобраться, как эта железка работает и как ее модифицировать можно и сейчас.


Типичный контроллер — это люминиевая железяка, их которой торчит связка проводов. Если вам повезет — некоторые из проводов будут подписаны. А если очень повезет — то и на английском, а не одни иероглифы. На сайте продавца, как правило (но не обязательно), есть картинка с подключением выводов. Когда вы получите этот контроллер — не факт, что пучок проводов будет таким же. И на 99% в посылке не будет даже никакого намека на инструкцию.


Для начала посмотрим, что же там внутрях. Если вы рассчитываете найти кучу микросхем — обломитесь. Вы там найдете только микроконтроллер о 48 ножках и вторая микросхема — это трехногий стабилизатор напряжения. Остальное все — рассыпуха.



На картинке выше вы можете видеть шунт, преобразователь напряжения, микроконтроллер и транзисторы. Шунт — он и в Африке шунт, и еще повезло, что это не кусок платы используется в качестве шунта. Преобразователь, хоть и самое дешевое решение, но правильное — используется трансформатор. Если использовать buck, как в том же гироскутере, случись с ним что — высокое напряжение попадет на остальные элементы, и восстанавливать там будет уже нечего. А тут скорее всего много что выживет, хотя ремонтировать все равно никто ничего не будет — стоит копейки, выкинется на помойку оптом. Но если какой дисплей подключен — то скорее всего выживет.
Транзисторы для коммутации обмоток двигателя — S68N08R, Vmax=68V, I max=82A, Ron=6.5mΩ — вполне даже неплохо. На контроллере видим надпись — XCM-K, недалеко от него контрольные точки для подключения JTAG. Путем несложных умозаключений приходим к выводу, что это SH79F1611, разработанный для управления бесколлекторными двигателями, ядро — старый добрый 8051, Flash 16K, RAM 1.5K, EEPROM 2048 байт. Все порты, все понты и работает от 2.4 до 5.5V.


Ну да вернемся к тому, для чего мы тут собрались — что делать с этим пучком проводов?
Сразу видим — контроллер не очень-то подходит для электровелосипеда, датчик педалирования PAS подключить некуда. Я собственно, на это и рассчитывал — PAS и один датчик Холла подключу к ардуине, а аналоговым выходом буду управлять контроллером через вход throttle, то бишь рукоятки газа.

Играться буду с двигателем, который у меня случайно нашелся для этого дела — от гироскутера, его можно и к столу прикрутить. С велосипедным колесом этот номер не пройдет.


Двигатель подключить проще простого — три отдельных толстых провода — это фазные провода, а к разъему с 5-ю проводами подключаются датчики Холла, питание и три вывода.


Впрочем, контроллер работает и без датчиков Холла, и даже если фазные провода или выходы датчиков Холла перепутаешь. У него на этот случай есть режим самообучения, с которым я разбираться не стал — поверим на слово, что он есть. Хотя если датчики игнорировать в любом случае — то никакое самообучение и не нужно :)

Throttle — вестимо, ручка газа. Аналоговый вход, судя по надписи на корпусе диапазон напряжения 1.1...4.2 Вольта. Есть тонкость — нижний предел настраивается автоматически, и если при включении питания вы выкрутили ручку газа — то это положение и будет принято контроллером за минимальное, при котором никто никуда не едет.


Еще один разъем без надписи и с парой толстых проводов — питание. Красный — плюс, черный — минус. Electric lock — включение питания. Внимание — там полное напряжение аккумулятора, можно использовать для вольтметра, если он рядом с ключом. Для включения контроллера просто замкнуть провода.


Study wire — при замыкании этой пары проводов между собой, теоретически микроконтроллер должен автоматически определить конфигурацию мотора, наличие датчиков холла. Плюс меняет направление вращения мотора при каждом замыкании пары. Конфигурация сохраняется в EEPROM.

Instruments — просто выход однрой фаза, с полным напряжением аккумулятора. Если отфильтровать — можно использовать для вычисления скорости.

Этого достаточно, чтобы запустить мотор. Вместо ручки газа ставим потенциометр и запускаем мотор. Смотрим фазное напряжение на осциллограме. Частота заполняющего ШИМ — около 80кГц.


Что у нас еще в пучке осталось?


Low brake — тормоз, активный уровень низкий. Черный — земля, белый — подтяжка к +5 вольт. При замыкании останавливает питания двигателя, отпускание — вращение в соответствии с положением throttle.

Cruise — сюда кнопку полагается подключить. Набираешь нужную скорость, нажимаешь кнопку. Теперь газ можно отпустить, скорость будет постоянной. Чтобы отключить круиз-контроль — нужно еще раз нажать кнопку или ручкой газа установить чуть большую скорость. Как в автомобиле — я, правда, в своем ни разу этой кнопкой не пользовался.



Three speed. Черный провод — земля. Замкнуть на коричневый — максимальная скорость будет меньше, на синий — больше.

Back a car — реверс. Если попытаться переключить на ходу — мотор остановится. Нужно переключать после остановки мотора.

Остались два красных разъема, у продавца подписанные как Anti-theft alarm line и Anti-theft power.


На одном — питание, земля и напряжение аккумулятора. На втором — красный провод — напряжение аккумулятора, желтый — фазовое напряжение, на синем — наводка от фазового напряжения. Как работают — это, видимо, науке неизвестно. А автор молчит, как партизан на допросе — ну и ладно, не очень-то и хотелось. Хотя если кто в комментариях даст знать, зачем они нужны и как работают — перенесу в статью, может кому понадобится.