【正文】 西安工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（設(shè)計(jì)）論文 I 西安工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（設(shè)計(jì)）論文 II 摘 要 單片機(jī)控制的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用于電動(dòng)自行車(chē)等小功率的工作情況 ， 并能將多余的電能回饋。該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。 本文從系統(tǒng)要求分析入手 ， 將整個(gè)系統(tǒng)分成四個(gè)部分 ， 分析和討論了各個(gè)部分的電路原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)方法。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號(hào)的傳遞情況 ， 并得到了系統(tǒng)各個(gè)部分在不同工況的工作狀態(tài)。系統(tǒng)各個(gè)部分的控制電路基于 Intel 公司的控制芯片 8051 單片機(jī)。根據(jù)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)施脈寬 PWM 控制 ，并通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速通過(guò)八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯 示轉(zhuǎn)速 ， 通過(guò)軟硬件的配合 ， 實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ， 脈寬調(diào)速系統(tǒng) ， 三端式穩(wěn)壓器 ， 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 西安工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（設(shè)計(jì)）論文 III 目 錄 摘要 ....................................................................................................................................... II 1 概述 .................................................................................................................................... 1 電動(dòng)車(chē)的發(fā)展史 .......................................................................................................... 1 電動(dòng)車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求 ...................................................................................... 1 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能 ............................................................................. 2 無(wú)刷直 流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)自行車(chē)上的應(yīng)用 .................................................................. 2 2 總體設(shè)計(jì) ............................................................................................................................ 4 3 電路設(shè)計(jì) ............................................................................................................................ 5 電源電路 ...................................................................................................................... 5 顯示電路 ...................................................................................................................... 5 控制電路 ...................................................................................................................... 7 驅(qū)動(dòng)電路及原理 .......................................................................................................... 8 4 主要器件性能及原理 ...................................................................................................... 11 8051 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) ............................................................................................... 11 A/ D 轉(zhuǎn)換芯片 ........................................................................................................... 13 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) ................................................................................................ 15 三端式穩(wěn)壓器 78L05 的工作原理 .......................................................................... 18 集成轉(zhuǎn)速傳感器 KMI151........................................................................................ 20 譯碼器 ........................................................................................................................ 24 5 程序設(shè)計(jì) .......................................................................................................................... 25 主程序框圖 ................................................................................................................ 25 INT0 中斷服務(wù)程序 .................................................................................................. 26 部分子程序 ................................................................................................................ 27 結(jié)論 ..................................................................................................................................... 29 致謝 ..................................................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 31 西安工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（設(shè)計(jì)）論文 1 1 概 述 電動(dòng)車(chē)的發(fā)展史 電動(dòng)車(chē)的發(fā)展史比燃油汽車(chē)更長(zhǎng) ， 世界上第一輛機(jī)動(dòng)車(chē)就是電動(dòng)車(chē)。后來(lái) ， 由于燃油汽車(chē)技術(shù)的迅速發(fā)展 ， 而電動(dòng)車(chē)在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長(zhǎng)期未能取得突破 ， 從 20 世紀(jì) 20 年代初至 60 代末 ， 電動(dòng)車(chē)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期。進(jìn)入 70 年代以來(lái) ， 由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類(lèi)對(duì)自然環(huán)境的日益關(guān)注 ， 電動(dòng)車(chē)才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。近幾十年來(lái) ， 主要工業(yè)化國(guó)家為電動(dòng)車(chē)的開(kāi)發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力 ， 電動(dòng)車(chē)的各項(xiàng) 相關(guān) 技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。盡管電動(dòng)車(chē)在能源和行駛里程的研制方面 ， 至今尚未取得突破性 的進(jìn)展 ， 但是電動(dòng)車(chē)的美好前景仍然激勵(lì)著人們鍥而不舍地開(kāi)發(fā)新型電動(dòng)車(chē) ， 改善其性能。 現(xiàn)代電動(dòng)車(chē)的能源系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、智能化的能量管理系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、車(chē)載空調(diào)系統(tǒng)和變速系統(tǒng) ， 電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及未來(lái)智能化的交通系統(tǒng)的發(fā)展。根據(jù)各類(lèi)子系統(tǒng)的不同特點(diǎn) .近年來(lái) ， 各種顯示高新技術(shù)的電動(dòng)車(chē)層出不窮 ， 日新月異。 電動(dòng)車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī) 的 基本要求 電動(dòng)車(chē)的運(yùn)行與一般的工業(yè)應(yīng)用不同 ， 非常復(fù)雜。因此 ， 對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。 （ 1） 電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大、過(guò)載能力強(qiáng)、過(guò)載系數(shù)應(yīng)為（ 3~4） ， 加速性能好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 （ 2） 電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍 ， 包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū) ， 要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩 ， 以滿足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū) ， 要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度 ， 以滿足車(chē)在平坦的路面能夠高速行駛的要求。 （ 3） 電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)能夠在減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng) ， 將能量回收并反饋回蓄電池 ，使得電動(dòng)車(chē)具有最佳能量的利用率 ， 這在內(nèi)燃機(jī)得摩托車(chē)上是不能實(shí)現(xiàn)得。 （ 4） 電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi) ， 應(yīng)具有高得效率 ， 以提高 1 次充電得 西安工業(yè)大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院（設(shè)計(jì)）論文 2 續(xù)駛里程。 另外 ， 還要求電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)可靠性好 ， 能夠在較惡劣得環(huán)境下長(zhǎng)期工作 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并適應(yīng)大批量生產(chǎn) ， 運(yùn)行時(shí)噪聲低 ， 價(jià)格便宜等。 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能 （ 1）永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之 ， 它采用永磁體轉(zhuǎn)子 ， 沒(méi)有勵(lì)磁損耗 ， 發(fā)熱的電樞組又裝在外面的定子上 ， 散熱容易。因此 ， 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花 ， 沒(méi)有無(wú)線電干擾 ， 壽命長(zhǎng) ， 運(yùn)行可靠 ， 維修簡(jiǎn)便。此外 ， 它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制 ， 如果采用空氣軸承或磁懸浮軸 承 ， 可以在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的情況下運(yùn)行。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)因其無(wú)電刷和機(jī)械換向器 ， 不需要減速裝置 ， 噪聲低等優(yōu)點(diǎn) ， 被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)中 。 （ 2）永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng) 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之 ， 它采用永磁體轉(zhuǎn)子 ， 沒(méi)有勵(lì)磁損耗 ，發(fā)熱的電樞組又裝在外面的定子上 ， 散熱容易。因此 ， 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花 ， 沒(méi)有無(wú)線電干擾 ， 壽命長(zhǎng) ， 運(yùn)行可靠 ， 維修簡(jiǎn)便。此外 ， 它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制 ， 如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承 ， 可以 在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的情況下運(yùn)行。 由于永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn) ， 因而 ， 其用途十分的廣泛 ， 特別適合于對(duì)性能 ， 體積重量要求很高的場(chǎng)合 ， 如航空航天 ， 電動(dòng)汽車(chē) ， 精密電