【正文】 結(jié)構(gòu) ................................................................................................................ 27 中斷程序 ............................................................................................................................ 28 反電勢過零中斷 ......................................................................................................... 28 定時中斷 ..................................................................................................................... 29 A/D 中斷 ...................................................................................................................... 31 程序編寫過程中的注意事項 ............................................................................................ 33 參考文獻 ....................................................................................................................................... 34 結(jié)束語 ........................................................................................................................................... 35 致謝 ............................................................................................................................................... 36 1 1 緒論 電動自行車 研究 的目的和意義 近年來，隨著人們生活的改善，摩托車、燃油助力車得到迅速發(fā)展，其排放的尾氣已造成城市空氣嚴重污染，一些城市相繼制定法規(guī)限制摩托車、燃油助 動 車的使用來保護環(huán)境。發(fā)展短距離的綠色交通工具替代摩托車、燃油助 動 車成為一些國家的經(jīng)濟和社會課題。電動自行車具有 “ 零排放 ” ，是一種比較好的短距離綠色交通工具。由于 控制器對電池損耗的控制 問題，限制了電動自行車的速度效率和行駛距離，但可以通過提高系統(tǒng)的效率來改善其性能。因此要減少污染并提高其工作效率，對電動自行車控制器的研究和設(shè) 計是現(xiàn)在科技的必然趨勢。 電動自行車與摩托車、燃油助 動 車相比較，它具有突出的優(yōu)點 [1]： (1) 無污染 電動自行車是以蓄電池發(fā)出的電能作為驅(qū)動能源，以電動機作為動力，運行過程中沒有廢氣排放；因此和摩托車、燃油助動車相比，沒有污染。 (2) 低噪音、振動小 電動自行車是由電動機驅(qū)動的，電動機在運行中產(chǎn)生的噪音比較小，運行比較平穩(wěn)。而摩托車、燃油助動車是由燃油發(fā)動機驅(qū)動，其汽缸產(chǎn)生的噪音比較大，由于受到體積限制，其發(fā)電機的缸數(shù)較少，運行時不夠平穩(wěn)，振動較大。 (3) 最高時速 20 公里，行駛安全 摩托車、燃油助動車的速度快，在機動 車道上行駛，事故率較高；而電動自行車，國家強制性規(guī)定（國標(biāo) GB 177611999）其速度不能超過 20km/h，并且電動自行車一般不能在機動車道上行駛，因此相比之下安全很多。 (4) 效率高 摩托車、燃油助動車的效率一般只有 30%左右，而電動自行車的效率可以達到 70%以上。 (5) 結(jié)構(gòu)簡單、輕便，易維護、維修 電動自行車一般是有蓄電池、控制板、電機和車身組成；蓄電池用的是免維護的，電機的故障率較低，基本上不要維護，控制板由于現(xiàn)代的電力電子技術(shù)比較成熟，損壞率也 2 比較低，另外電動自行車沒有機械傳動結(jié)構(gòu)，體積小、重量輕，因此 相比摩托車、燃油助動車來說，其日常的維護、維修量少得多。 正是由于以上原因，電動自行車逐漸受到人們的歡迎，同時電動自行車的廣泛運用在緩解環(huán)境污染方面占有很 大 優(yōu)勢，不僅可以有效節(jié)省能源，而且能夠減少大氣污染。 因此，研制生產(chǎn)出一種無污染、低噪音的交通工具來替代摩托車和燃油助動車，已是時代的需要。電動自行車正是在這樣的呼喚下，逐步走進人們的生活中。 電動自行車的基本 結(jié)構(gòu) 與 發(fā)展 電動自行車的構(gòu)成 電動自行車主要有四個部分組成：車架、電源 (蓄電池 )、電機和控制器。車架部分不作討論，其他部分介紹 如下： (1) 電源 (蓄電池 ) 電源為電動自行車動力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)提供能量。蓄電池的電能容量、伏安特性、壽命等質(zhì)量因素對整個動力系統(tǒng)有非常大的影響。目前電動自行車用蓄電池基本是經(jīng)濟實惠的鉛酸電池 。大多數(shù)電動自行車采用 48V12AH、 36V12AH 鉛酸電池， 另外 24V12AH 的電池由于續(xù)行里程較短，選擇得比較少。環(huán)保效能更好的鎳氫電池和鋰電池則因為成本較高，導(dǎo)致配載這兩種電池的電動自行車售價偏高。如果其成本有所下降，進而降低車的售價，那么以配載鋰電池和鎳氫電池為主的電動自行車將會大面積普及。燃氫電池、納米碳管蓄能高、 壽命長、性能優(yōu)良單成本高昂，隨著科技的發(fā)展，它們將是未來電動自行車動力源的發(fā)展方向。 (2) 電機 電氣技術(shù)發(fā)展到今天，各種電機的產(chǎn)生控制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，電動自行車電機有多種選擇， 但 普遍選擇的還是有刷直流電機和無刷直流電機。采用這兩種電機的原因在于它們的控制方法簡單，整車成本相對低廉，控制器可以滿足自行車要求。無刷直流電機 相當(dāng)于有刷電機的 控制稍復(fù)雜，但因沒有電刷 而在壽命、安全方面優(yōu)于有刷直流電機。電動自行車 電機 的驅(qū)動方式有：輪轂式驅(qū)動、中置式驅(qū)動 、摩帶式驅(qū)動 和 側(cè) 掛式驅(qū)動。市場上電動自行車以輪轂 式 驅(qū)動為主，而輪轂式 驅(qū)動又以后輪驅(qū)動為好，前輪驅(qū)動性能相對較差。絕大多數(shù)電動自行車采用的是直流輪轂電機，它們?yōu)橥廪D(zhuǎn)子式，這樣 定子 可以固定在軸承上，非常適用于電動車的驅(qū)動。 3 (3) 控制器 控制器是無刷直流電機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下幾個功能： 1) 對 單片機控制 輸出的信號、 PWM 調(diào)制信號、剎車信號等進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各開關(guān)的斬波信號和選通信號，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)和停車控制。 2) 產(chǎn)生 PWM 調(diào)制信號， 使 電機的電樞電壓隨給定速度信號而自動變化，實現(xiàn)電機開環(huán)調(diào)速。 3) 對電機進行速度閉環(huán)和電流閉環(huán) 調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動靜態(tài)性能。 4) 實現(xiàn)短路、過流、欠電壓等故障保護功能。 電動自行車的發(fā)展?fàn)顩r 及 趨勢 隨著人們對環(huán)保意識的提高和強化，以及對節(jié)能的重視，又由于電力電子技術(shù)的發(fā)展和橫向滲透，新的高能永磁材料的出現(xiàn)，以及鎘鎳電池、鎳氫電池、全密封免維護鉛酸電池的出現(xiàn)，終于使電動自行車進入了一個快速發(fā)展的途徑，將殘疾人電動輪椅的驅(qū)動系統(tǒng)經(jīng)過改進搬到兩輪自行車上來，為了能使他們的產(chǎn)品暢通無阻，順利通過審查走向市場，電動自行車實際上都是助力性的，不允許具有單獨電動行駛的功能。 現(xiàn)在的電動自行車被 稱為高技術(shù)的結(jié)合體 ，這是很真實的描述。比如，電動機采用第三代永磁材料釹鐵硼之后，體積可以做得很小。清華大學(xué)電機系在 20 世紀 90 年代中期，試制了一臺 500W 柱式無刷直流電機，它的體積只有普通 400W 勵磁有刷直流電機的 1/5左右；這種電動機重量輕、容易安裝、節(jié)省電能、并且容易調(diào)控轉(zhuǎn)速，這正是電動自行車所 要求的電動機類型。在電動機的調(diào)速控制方面，采用了 最新 電力電子器件和集成電路，達到智能控制的境界?？刂齐娐分屑嬗袑﹄姵仉娏勘O(jiān)視系統(tǒng)，當(dāng)電池放電達到臨界點時可以自動切斷電源，保護電池免受過量放電而損壞或影響壽命 [2]。 經(jīng)過我國技術(shù)界的專家們的努力，我國的電動自行車事業(yè)得到迅速的發(fā)展。我國電動車事業(yè)雖然起步較晚，但卻是在一個較高的起點上開始的。目前我國可以從事電動自行車生產(chǎn)和車用電源專業(yè)企業(yè)的企業(yè)已有很多家，所有這些廠家都有著雄厚的資金和技術(shù)家底，有著相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)能力和豐富的經(jīng)驗。 但是目前電動自行車的發(fā)展受到巨大阻力，可能陷入迷局，呼吁政府支持，主要障礙有：沒有車的名分，無法管理；沒有路權(quán)，無法行駛 [3]。 電動自行車要發(fā)展是毋庸置疑的， 4 鑒于我國目前的能源局勢和世界產(chǎn)業(yè)競爭格局，發(fā)展還需要刻不容緩 ， 但要如何解決這眼前的障 礙來促使其發(fā)展呢？經(jīng)研究 車輛定位是個核心問題，將其置于慢車道行駛可以解決矛盾。 電動自行車 的輸出功率僅為 ～ ，與普通 125 系列中檔摩托車（輸出功率 8～10Kw）相比，兩者相差 16 倍，電動 自行車 的輸出功率僅為 125 摩托車的 10%左右；與輕型摩托車或燃氣摩托車相比，輸出功率相差 2～ 3 倍，其功率僅為輕便摩托車、助動車、燃氣摩托車的 30%左右。如果將這種動力的車輛置于機動車道，它在加速性能、最高時速、上坡能力等各個方面會與“真正的機動車”存在很大的差距，是肯定不合適的；相反，將其作為慢車道行駛的車輛則 不會產(chǎn)生問題，原因是電動 自行 車已經(jīng)全面采用現(xiàn)行高檔摩托車的輪系和制動系統(tǒng)，它的制動能力遠遠優(yōu)于普通自行車，制動距離和制動時間僅為自行車的 50%以下，再輔之以自動的電磁阻力系統(tǒng)，可以吸收絕大部分因自重增加或速度稍快而增加的慣性能量，操作的安全性優(yōu)越，對于其它慢車道上的交通參與者不會構(gòu)成任何危險。 雖然電動自行車不能與機動車相比，但是要緩解公交車的壓力，甚至替代公交車，改進電動自行車的性能是當(dāng)今時代的需求。 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動著人們思維的進化，同樣促使著人們工作效率的提高。效率提高就是在單位時間內(nèi)完成更多的任務(wù)， 直接反映到時間的問題上。要提高效率就要節(jié)省時間，交通是時間花費的一個方面，私人汽車畢竟只是一部分人能承受的，公交車也是限時限量的，怎樣可以既節(jié)省金錢又方便快捷呢？電動自行車應(yīng)該是個不錯的選擇，它集便宜、安全、方便快捷于一身 。而且隨著社會的不斷進步，人們生活水平的提高，環(huán)境保護和能源節(jié)約問題已經(jīng)越來越受到重視，開發(fā) “零污染 ”、高效率的綠色環(huán)保電動自行車替代已成為一個不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，且具有良好的發(fā)展前景。近年來，無刷直流電機 (BLDCM)以其體積小，結(jié)構(gòu)簡單，功率密度高，輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好等特點而得到了廣泛 應(yīng)用。在電機的數(shù)字調(diào)速控制中，選擇高效可靠的單片機將使控制系統(tǒng)的硬件電路簡單可靠、軟件編制方 便，系統(tǒng)整體性能得以提高。如今電動自行車已是公認的綠色交通工具 ， 日本和美國的電動自行車技術(shù)水平勝過我國，無論從車的外觀和內(nèi)在質(zhì)量上都堪稱佳品，但 其價格卻令國人望而生畏 ，因而研制新型系統(tǒng)有效限制制造成本是必然趨勢 [4]。 論文的主要內(nèi)容 本課題研究的主要內(nèi)容是利用現(xiàn)代單片機技術(shù)來解決無位置傳感器無刷直流電機換向問題，從而解決電動自行車控制、驅(qū)動中不完善的地方，同時設(shè)計出方便用戶使用的電 5 動自行車運行參數(shù) 的 顯示。 本論文主要內(nèi)容包括： (1) 根據(jù)直流無刷電機的原理，利用 PIC16C74單片機作為主控芯片，檢測直流無刷電機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的反電動勢來確定轉(zhuǎn)子的位置，從而確定換向點和換向時刻。 (2) 在電機的數(shù)字調(diào)速控制中，選擇高效可靠的單片機將使控制系統(tǒng)的硬件電路簡單可靠、軟件編制方便，系統(tǒng)整體性能得以提高。 (3) 本系統(tǒng)使用的單片機內(nèi)部有 PWM 模塊，通過改變脈沖寬度寄存器或脈沖周期寄存器的值，就可以改變輸出的 PWM 占空比，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。 (4) 通過電池的合理選擇，來保證控制器的正常運行。 (5) 電動自行車 速度 和 電量數(shù)字顯示模塊的設(shè)計與實施。 6 2 電動自行車控制器的系統(tǒng)分析 無刷直流電機的工作原理 無刷直流電動機的發(fā)展 直流無刷電機是在直流有刷電機的