【正文】 【原創(chuàng)】【畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 范本】基于單片機(jī)的電動(dòng)車直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 基于單片機(jī)的電動(dòng)車直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 目 錄 摘要 1 1 概述 3 11 電動(dòng)車的發(fā)展史 3 12 電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求 3 13 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能 4 14 無刷直流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)自行車上的應(yīng)用 5 2 總體設(shè)計(jì) 7 3 電路設(shè)計(jì) 8 31 電源電路 8 32 顯示電路 8 33 控制電路 11 34 驅(qū)動(dòng)電路及原理 12 4 主要器件性能及原理 16 41 8051 單 片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 16 42 A D 轉(zhuǎn)換芯片 20 43 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī) 23 44 三端式穩(wěn)壓器 78L05 的工作原理 27 45 集成轉(zhuǎn)速傳感器 KMI151 30 46 譯碼器 35 5 程序設(shè)計(jì) 37 51 主程序框圖 38 52 INT0 中斷服務(wù)程序 39 53 部分子程序 40 結(jié)論 43 致謝 44 參考文獻(xiàn) 46 摘 要 單片機(jī)控制的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用于電動(dòng)自行車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)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)施脈寬 PWM控制并通過轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速通過八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速通過軟硬件的配合實(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)壓器永磁無刷直流電動(dòng)機(jī) Abstract SCM control of permanent mag brushless DC motor speed control system for electric bicycles and other lowpower work and can the excess energy back The system has speed performance high power factor energy efficiency small size light weight and so on Starting from the system requirements of this article the whole system is divided into four parts analyze and discuss the various parts of the circuit theory control strategy implementation Discussed in detail the various operating conditions and signal transduction and to all parts of the system are obtained in different conditions of the working state Various parts of the system control circuit control chip based on Intels 8051 According to the characteristics of permanent mag brushless DC motor PWM control of the implementation of pulse width and speed through the speed sensor digital dynamic display by eight out speed through the coordination of hardware and software to achieve the overall system design requirements Keywords microcontroller pulse width speed control system threeterminal regulator permanent mag brushless DC motor 1 概 述 11 電動(dòng)車的發(fā)展史電動(dòng)車的發(fā)展史比燃油汽車更長(zhǎng)世界上第一輛機(jī)動(dòng)車就是電動(dòng)車后來由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展而電動(dòng)車在能源技術(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)車的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期進(jìn)入 701 壽命長(zhǎng)免維護(hù)可靠性高在有刷直流電動(dòng)機(jī)中由于電機(jī)轉(zhuǎn)速較高電刷和換向器磨損較快一般工作 1000 小時(shí)左右就需更換電刷另外其減速齒輪箱的技術(shù)難度較大特別是傳動(dòng)齒輪的潤(rùn)滑問題是目前有刷方案中比較大的難題所以有刷電機(jī)就存在噪聲大效率低易產(chǎn)生故障等問題因此無刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)很明顯 2 效率高節(jié) 能一般而言因無刷直流電動(dòng)機(jī)沒有機(jī)械換向的磨擦損耗及齒輪箱的消耗以及調(diào)速電路損耗效率通?？筛哂?85 但考慮到實(shí)際設(shè)計(jì)中的最高性價(jià)比為減少材料消耗一般設(shè)計(jì)為 76 而有刷直流電動(dòng)機(jī)的效率由于齒輪箱和超越離合器的消耗通常在 70 左右 常見故障 無刷直流電動(dòng)機(jī)的常見故障通常從其三個(gè)組成部分來檢查在不清楚故障部位時(shí)首先應(yīng)該檢查電動(dòng)機(jī)本體其次是位置傳感器最后檢查驅(qū)動(dòng)控制電路在電動(dòng)機(jī)本體中可能出現(xiàn)的問題是 A 電動(dòng)機(jī)繞組接觸不良斷線或短路會(huì)造成電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在某些位置能夠起動(dòng)而在某些位置不能起動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不平衡 B 電動(dòng)機(jī)主磁極退磁會(huì) 使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩明顯小而空載轉(zhuǎn)速高電流大在位置傳感器上常見問題是霍爾元件損壞接觸不良位置變化都會(huì)使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩變小嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得電動(dòng)機(jī)不動(dòng)或在某一點(diǎn)來回振動(dòng)在驅(qū)動(dòng)控制電路中最容易出現(xiàn)故障的是功率晶體管即由于長(zhǎng)期過載過電壓或短路使功率晶體管損壞以上是對(duì)無刷電動(dòng)機(jī)的常見故障進(jìn)行的簡(jiǎn)單分析在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)問題會(huì)是多種多樣的檢查者應(yīng)注意在沒有確切把握情況時(shí)不能隨意通電以免造成電動(dòng)機(jī)的其他器件損壞2 總體設(shè)計(jì) 對(duì)于電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有三個(gè)方面 1．控制電路的設(shè)計(jì) 2．傳感器選擇以及安放設(shè)計(jì) 3．顯示電路的設(shè)計(jì) 4．程序設(shè)計(jì) 從總的方面來考慮傳感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機(jī)的信號(hào)處理量但是又必須能使車行駛自如控制電路要根據(jù)選用的電機(jī)和傳感器來設(shè)計(jì)主要考慮穩(wěn)定性抗干擾性控制核心采用 51 單片機(jī)控制系統(tǒng)與電路用光耦完全隔離以避免干擾控制上采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)僅用一塊單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集電機(jī)控制和轉(zhuǎn)速顯示如圖 21 所示 圖 21 總體電路圖 3 電路設(shè)計(jì) 控制電路主要由電源電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路單片機(jī)接口電路顯示電路四個(gè)部分考慮到電機(jī)的起動(dòng)電流和制動(dòng)時(shí)比較大會(huì)造成電源電壓不穩(wěn)定容易對(duì)單片機(jī)和傳感器的工作產(chǎn)生干擾所以電機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī) 以及傳感器電路用光耦隔離 31 電源電路 傳感器的電源直接使用 24V 蓄電池單片機(jī)的電源則通過三端穩(wěn)壓器 78L05將 24V 電源轉(zhuǎn)換到 5V 見圖 31 圖 31 電源電路圖 24V 直流電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器 78L05 輸出即為單片機(jī)所要求的 5V 電源電路中接入 C1C2 是用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)目煞乐狗€(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾大容量的 C3 是電解電容以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾 D 是保護(hù)二極管當(dāng)輸入端意外短路時(shí)給輸出電容器 C3 一個(gè)放電通路防止 C3 兩端電壓作用于調(diào)整管的 be 解結(jié)造成調(diào)整管 be 結(jié)擊穿而損壞 32 顯示電路 顯示部分見圖 32 采用單片機(jī)串口通訊以節(jié)省單片機(jī)的端口單片機(jī)通過中斷的方式為顯示服務(wù)我們所設(shè)計(jì)的采用共陽(yáng)極連接方式的 LED 七