【正文】 京“大陸鴿”、蘇州“小羚羊”都屬這一類。免費畢業(yè)論文基于Motorola單片機的電動自行車控制器的設(shè)計(一) 　　目 錄第一章 緒 論1 引言1 控制器方案2 本課題的研究背景與設(shè)計內(nèi)容3第二章 帶霍爾的無刷直流電機控制原理4第三章 控制器的硬件方案設(shè)計7 總體實現(xiàn)方案7 MC68HC908JL3單片機簡介8 系統(tǒng)硬件設(shè)計10 控制器主電路11 驅(qū)動電路設(shè)計12 位置傳感器的選擇及安放15 調(diào)速控制18 檢測電路的設(shè)計18 系統(tǒng)控制示意圖20 硬件設(shè)計中的抗干擾措施20第四章 控制器的軟件設(shè)計23 控制器的主程序結(jié)構(gòu) 23 HC08的內(nèi)存分配24 控制器中所用到的片內(nèi)模塊26(TIM)26 ADC轉(zhuǎn)換模塊28 ADC相關(guān)寄存器設(shè)置初始化31 端口和時鐘寄存器的初始化31 霍爾信號的查詢與繞組的換相32 中斷程序32 過流與欠壓保護中斷子程序32 剎車中斷子程序33 電機堵轉(zhuǎn)檢測33第五章 設(shè)計中遇到的問題及其解決35結(jié) 論37致 謝38第一章 緒 論 引言電動自行車作為一種環(huán)保型交通工具，以其便捷、噪聲低、污染少等優(yōu)點，一經(jīng)推出就備受廣大消費者的喜愛。還有一類為助力型，電動機的工作只是減少腳踏阻力，清華大學研制的一種電動自行車和臺灣省巨大公司昆山分公司生產(chǎn)的新一代“捷安特”Ｌafree電動車就屬于這一種，這種電動車在國外稱之“智”行車，這種車集人力和電力為一體，介于電動車和腳踏車之間，騎行者用力踏車時電機提供助力，助力的大小通過一智能型傳感器傳給控制器中的電腦芯片，由電腦芯片“指揮”電機施加多大的力而進行控制，助力與人力的比例可進行調(diào)節(jié)，人力越大，助力越大，騎行者不加力則電機不工作。與有刷電機相比，無刷電機避免了機械接觸與磨損，提高了電機壽命，減少了維修費用。 控制器方案無刷直流電機（Brushless Direct Current Motor）由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。MC68HC(9)08JL3是MC68HC08家族中高性能、低價位的一員。因此MC68HC(9)08JL3可選作為電動車控制器的主控芯片。采用此種類型的單片機作為電動車的控制器，能夠大大簡化無刷電機控制電路的設(shè)計，對電動車運行時重要參數(shù)進行監(jiān)控，實現(xiàn)控制的智能化，提高系統(tǒng)的整體性能。此外，保護電路中的信號均送至單片機進行判讀和處理，然后執(zhí)行對應的保護動作或不動作。第三章 對控制器的硬件電路中各單元電路進行了設(shè)計，并對各電路的作用進行了相關(guān)介紹。同時給出了解決這些問題的方法。也就是說直流無刷電機能夠在額定負載范圍內(nèi)當負載變化時仍可以控制電機轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。與有刷直流電動機不同,無刷直流電動機的永久磁鋼磁極安放在轉(zhuǎn)子上,而電樞繞組安裝在定子上。當N 極旋轉(zhuǎn)至B(b) 處,b 元件輸出信號使晶體管V2 導通而其余關(guān)斷,B 相繞組通過電流,同樣產(chǎn)生逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩,當磁極旋轉(zhuǎn)至C(c) 處,其動作過程與前兩處相同。因為功率晶體管的導通和截止是通過位置傳感器傳感信號來控制的,所以傳感器的位置和三相繞組位置之間必須有嚴格的對應,在電機安裝時應加以注意。按照位置傳感器安裝的電角度劃分又可分為60度和120度的。 當電機轉(zhuǎn)動起來，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關(guān)導通，以及導通時間長短。 MC68HC908JL3單片機簡介基于用戶定義的集成電路(CSIC)的設(shè)計思想，Motorola68HC08家 族使用增強型08CPU，并配以各種I/O模塊和不同大小及類型的存 儲器，組成不同的單片機系列。它有4096字節(jié)快閃存儲器(Flash)或掩膜ROM；976字節(jié)監(jiān)控與 自檢程序；128字節(jié)RAM；12路8位A/D；7個鍵盤中斷位(PTA0PTA6)； 可編程低電壓復位；可選用RC振蕩器或石英振蕩器；供電電壓 5V或3V。28引腳的有23位I/O， 其中12路A/D不做A/D使用時也可定義成普通I/O，10個LED驅(qū)動輸出， 2路有25mA漏級開路式可編程上拉電阻輸出，2路輸入捕捉或PWM （脈寬調(diào)制）輸出比較。由于全封閉免維護鉛酸蓄電池在價格上有較大的優(yōu)勢，所以絕大多數(shù)電動自行車使用這種電池。其中+15V為驅(qū)動芯片IR2103的供電電壓，+5V則是其它大多數(shù)元件的使用電壓。內(nèi)含過流、過熱和過載保 護電路。7805的外形圖及引腳排列：7805功能框圖7805典型應用電路7815為三端穩(wěn)壓+15V輸出，其性質(zhì)與7805相同。 控制器主電路控制器主電路如下圖所示,電源電壓為36V直流。電角度工作狀態(tài)改變一次，每個開關(guān)管導通120176。這類器件的基本特點是輸入阻抗極高，因而所需驅(qū)動功率很小，而且大多數(shù)器件在控制信號撤除之后即會自行關(guān)斷，是一種高性能的自關(guān)斷器件。能用于MOSFET驅(qū)動的集成電路很多，典型的有：IR公司的IR21系列、Unitrode公司的UC3704~3715系列、Harris公司的HA4080系列、Maxim公司的MAX621C和4427C系列、飛思卡爾公司的MC3415X系列、Tel公司的TC4421系列等。用于高端驅(qū)動的NMOS，導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。IR2103外圍自舉電容和反向二極管的選擇：在IR2103高端部分工作時，既需要保證在開關(guān)管關(guān)斷過程中自舉電容充電時間足夠短，又應保證在開關(guān)管導通過程中電容電壓下降不大，這就要求自舉電容具有合適的電容量且漏電流要小。當LIN為低電平時，輸出端LO為低電平，對應著同一橋臂中下面的功率管導通。雖然位置傳感器如何選擇和安放是由制造廠家決定的，但是作為使用者，在設(shè)計電動自行車控制系統(tǒng)時應該知道這方面的一些知識。通過感知轉(zhuǎn)子上的磁場強弱變化來辨別轉(zhuǎn)子所處的位置。半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強的霍爾效應。它能感知一切與磁有關(guān)的物理量，又能輸出相關(guān)的電控信息，所以霍爾集成電路既是一種集成電路，又是一種磁敏傳感器，它一般采用DIP或扁平封裝。六拍換相提供了一種簡單但高效的BLDC 電機驅(qū)動方法。例如：在霍爾位置6 或區(qū)間1，R 繞組將被驅(qū)動至高電平而B 繞組將被驅(qū)動為低電平，Y 繞組將不導通。定子是由若干個霍爾元件，按一定的間隔，等距離地安裝在傳感器定子上，以檢測電機轉(zhuǎn)子的位置。PWM具有很強的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟等特點。在電動機正常工作情況下，通過改變PWM的占空比可以實現(xiàn)電動自行車的速度調(diào)節(jié)。為了防止通過電機的電流太大而發(fā)生意外，系統(tǒng)中增加了驅(qū)動電路的電流檢測環(huán)節(jié)。負載不變，而電源電壓降低會引起電流增大，開關(guān)損耗增大，可能使功率器件因過熱而損壞:電壓過低還可能造成電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)等情況，產(chǎn)生危害，而且過低的電壓會降低系統(tǒng)的抗干擾能力。如果發(fā)生了過電壓，VCC的分壓值超過了閥值，則比較器輸出高電平，將此比較器的輸出端與電流檢測電路中反相器的輸出端通過一個或非門連接起來，或非門的輸出端送至單片機IRQ引腳。直到電源電壓恢復正常以后，再重新恢復系統(tǒng)的正常工作。電子設(shè)備的廣泛應用和發(fā)展，使得電子設(shè)備不可避免地在電磁環(huán)境中工作。電磁干擾是客觀存在的，很難完全消除，但是可以設(shè)法使其降至不干擾系統(tǒng)正常工作的程度，即不會對系統(tǒng)產(chǎn)生有害的影響。外部干擾主要是空間電或磁的影響，還有從電源竄入的干擾。本系統(tǒng)的硬件抗干擾及保護措施主要包括以下幾個方面:1. 濾波電路工頻交流電經(jīng)二型濾波器濾除電網(wǎng)中的諧波以及干擾噪聲后，才進行下一步處理以供電機和控制驅(qū)動電路使用。如MOSFET或IPM安置在電路板的邊緣，以便于添加散熱片，也可防止其頻繁開關(guān)造成對其他器件的干擾。同時用地線將模擬區(qū)和數(shù)字區(qū)隔離，這樣可以避免模擬電路和數(shù)字電路通過地線回路相互千擾.