【正文】 考證號(hào)： aaaaaaaaaaaaa 專業(yè)層次： 本 科 指導(dǎo)教師： aaaaaaaaaaaaaa 院 （系）： aaaaaaaaaaaaaaaa aaaaaaa 學(xué)院 二 Oaaa 年 a 月 aaa 日aaaaaaaaaaaa 學(xué)院高等教育本科畢業(yè)論文 中文摘要 I 整個(gè)論文頁面設(shè)置不完全符合規(guī)范。由于電池問題，限制了電動(dòng)自行車的行駛距離，但可以通過提高系統(tǒng)的效率來改善其性能。s economic and social issues. This paper deals with an electric motor driven bike (EB) and its control stratagem. Without fail， EB 15 very helpful to environment protection. Nevertheless EB has its disadvantages，especially the too weak continuous run distance. Except the battery problem， the efficiency of the whole system 15 also one of the most important problems to be solved. A permanent brushless and sensorless DC motor and its control set are specially designed for this developed study on control stratagem and electronic resorts are given in this paper. A microchip PIC16C74 used as CPU and corresponding software developed by author 15 introduced in this control system. The experiments of the prototype show that the performance， including system efficiency， noise， spark， maintenancefree and its cost are obviously improved. It may be expected， that this EB driving system has really huge market potential. Keywords: Singlechip, pulse width adjustablespeed system, threeterminal regulator, permanent mag brushless DC motor， the eiehth of dynamic display,batteryaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 目錄 目 錄格式需修改。近幾十年來，主要工業(yè)化國(guó)家為電動(dòng)車的開發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力，電動(dòng)車的各項(xiàng)相關(guān) 技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。 處于世紀(jì)之交的今天，能源和環(huán)境對(duì)人類的壓力越來越大，要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲越來越高。 電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求 電動(dòng)車的運(yùn)行與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。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，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛 的要求。 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能 （ 1）永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。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)幾十萬轉(zhuǎn)的情況下運(yùn)行。 無刷直流電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)自行車上的應(yīng)用 應(yīng)用特點(diǎn) 無刷直流電動(dòng)機(jī)之所以被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)自行車，是因?yàn)樗c傳統(tǒng)的有刷直流電動(dòng)機(jī)相比具有以下二方面的優(yōu)勢(shì)。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。 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。 B、電動(dòng)機(jī)aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 1 緒論 3 主磁極退磁，會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩明顯變小，而空載轉(zhuǎn)速高、電流大。aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 2 總體設(shè)計(jì) 4 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)主要有四個(gè) 方面 : 對(duì)于電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有四個(gè)方面：一、控制電路的設(shè)計(jì)；二、 傳感器選擇以及安放設(shè)計(jì)；三、顯示電路的設(shè)計(jì)；四、程序設(shè)計(jì)?？刂粕? 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?？刂粕喜捎梅謺r(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。電路中接入C C2是用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)模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。 我們所設(shè)計(jì)的采用共陽極連接方式的 LED 七段顯示數(shù)碼管如圖 23所示。 T（第 8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的 TXD 端。178。驅(qū)動(dòng)器采用 74LS164串接 510Ω的限流電阻。單片機(jī)檢測(cè)和aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 2 總體設(shè)計(jì) 8 響應(yīng)該中斷請(qǐng)求后就通過使 RD 非變?yōu)榈碗娖蕉?OE 線變高，以便可以從 —— 引線上取走 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出相應(yīng)的巨型脈沖信號(hào)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)，通過電阻 R 的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。直流電機(jī)的具體調(diào)速過程是：先讓它啟動(dòng)一段時(shí)間，然后切斷電源，電動(dòng)機(jī)因慣性而降速轉(zhuǎn)動(dòng)。平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比 D 之間關(guān)系如圖 27所示： 由圖可知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線性關(guān)系，但可以近似的看成是線性關(guān)系。 單向式：?jiǎn)蜗蚴降碾娐泛碗p向式相同，同的是在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)， Tb這段時(shí)間內(nèi)不通過反相電流；電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)， Ta 內(nèi)不通過正向電流。為了避免出現(xiàn)這種情況，設(shè)計(jì)了圖28 所示的電路： 此電路只用一個(gè)三極管控制電路的通斷，用四個(gè)繼電器控制電流流向，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。光耦的輸出再接給達(dá)林頓管，考慮到電機(jī)的短路電流有 2A，故選用 TIP132 型號(hào)的達(dá)林頓管（允許通過的最大瞬時(shí)電流為 8A）。 aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 2 總體設(shè)計(jì) 10 NPN9031A+24V 140W2mA2mAK2 ONK3 OFFK4 0NK11k24vOFF+61K1KTIP123 圖 28 電源電路 aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 2 總體設(shè)計(jì) 11 考慮到電動(dòng)自行車對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速距離控制要求不高，為了簡(jiǎn)化程序和外接電路，所以沒有考慮采用閉環(huán) PWM 控制，用開環(huán) PWM 控制和就可以實(shí)現(xiàn)自行車的功能。電動(dòng)機(jī)加反向電壓。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ) 器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器 、 并行接口 、 串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總 線 、 地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： 中 央處理器 中央處理器 (CPU)是整 個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能 處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的 工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 并 行輸入輸 出 (I/O)口 8051 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即 哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 Pin19 為時(shí)鐘 XTAL1 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入 07H，其它專用寄存器被清“ 0”。 Pin29: 當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)， PC的 16 位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上， CPU 讀入并執(zhí)行。 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，如圖 34： 圖 34 ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 由上圖可知，多路開關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。下面對(duì)各部分電路作簡(jiǎn)單介紹。當(dāng)輸入電壓 V1高于穩(wěn)壓管 DZ1的穩(wěn)定電壓時(shí)，有電流通過 T T2，使 T3 基極電位上升而導(dǎo)通，同時(shí)恒流源 T T5也工作。在電路設(shè)計(jì)和工藝上使具有正溫度系數(shù)的 R R DZ2 與具有負(fù)溫度系數(shù)的 T D D2 發(fā)射結(jié)互相補(bǔ)償，可使基準(zhǔn)電壓 VREF 基本上不隨溫度變化。當(dāng) IO 減小時(shí)， IB10 減小， IC8 增大，待 IC8 增大到 時(shí)，則 T9導(dǎo)通起分流作用。首先考慮一種簡(jiǎn)單的情況。由于它的分流作用，減小了 T10 的基極電流，從而限制了輸出電流。電路中如果（ VI– IOR11– VO） （ VZ3+ VZ4），則 DZ DZ4擊穿，導(dǎo)致 T12 管發(fā)射結(jié)承受正向電壓而導(dǎo)通。在常溫時(shí)， R3上的壓降僅為 左右， T1 T13 是截止的，對(duì)電路工作沒有影響。 值得指出的是：當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，上述幾種保護(hù)電路是互相關(guān)聯(lián)的。但這種傳感器存在一些缺點(diǎn)：第一，靈敏度低，傳感器與轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的最大間隙（亦稱磁感應(yīng)距離）只有零點(diǎn)幾毫米；第二，在測(cè)量高速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時(shí)，因安裝不牢固或受機(jī)械振動(dòng)，容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差；第三，這種傳感器所產(chǎn)生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號(hào)，因此，需要經(jīng)過放大、整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號(hào)，才能送給數(shù)字轉(zhuǎn)速儀或數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量 轉(zhuǎn)速，而且外圍電路比較復(fù)雜；第四，它無法測(cè)量非常低（接近于零）的轉(zhuǎn)速，因?yàn)檫@時(shí)磁阻式傳感器可能檢測(cè)不到轉(zhuǎn)速信號(hào) 。下面就以 KMI151為例來介紹該系列集成轉(zhuǎn)速傳 感器的工作原理與具體應(yīng)用方法。 KMI151器件的測(cè)量范圍寬，靈敏度高，它的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍是 025kHz，而且即使在轉(zhuǎn)動(dòng)頻率接近于零時(shí)，它也能夠進(jìn)行測(cè)量。 KMI151 的體積較小，其最大外形尺寸為 8179。工作溫度范圍寬達(dá) 40——+85℃。其內(nèi)部主要包括：（ 1）磁敏電阻傳感器；（ 2）前置放大器 A1；（ 3）施密特觸發(fā)器；（ 4）開關(guān)控制式電流源；（ 5）恒流源；（ 6）電壓控制器。這正是測(cè)量轉(zhuǎn)速所需要的。當(dāng) UK＝ 1（高電平）時(shí)，電流源被接通， IK＝ 7mA，從而使得 ICC＝ 14mA。上升時(shí)間和降時(shí)間分別僅為 。這樣， 1H 在經(jīng)過 R R2分壓后可給 A2提供基準(zhǔn)電壓 UREF，從而在 UCC 發(fā)生變化時(shí)，由 A2 對(duì)取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差電壓 Ur，同時(shí)通過改變 VT2 上的電流來使 UC保持不變。需要指出： KMI151 輸出的是齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率ｆ（單位是 Hz，即次 /S）信號(hào)，欲得到轉(zhuǎn)速 n（ r/min），還應(yīng)將ｆ除以齒輪上的齒數(shù) N，并將時(shí)間單位改成分鐘，公式如下： n＝ 60f／ N aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 3 主要器件性能及原理 23 圖 312(b)所示電路是由二極 VD、穩(wěn)壓管 VDZ 和電 C1 構(gòu)成的靜電放電 (ESD)保護(hù)電路，該電路可吸收 2KV 的 ESD 電壓，因而可對(duì)芯片起到保護(hù)作用。 74LS245 芯片是一個(gè)八位的總線收發(fā)器，其輸入 \輸出引腳分成兩組，其工作原理如下： 允許 E 方向控制 DIR 操作 低電平 低電平 B數(shù)據(jù)線到 A數(shù)據(jù)線 低電平 高電平 A數(shù)據(jù)線到 B數(shù)據(jù)線 高電平