【正文】 ric bicycles and general industrial applications different, the drive system of higher demand for electric bicycle motor vehicle reliability, and in a harsh environment of longterm work. Brushless DC motor drive inverter used for the conduct of electronic switch, with no change to spark strong antiinterference, reliable operation, maintenance is simple, long life and other advantages of using permanent mag electric bicycles in general as BLDCM Electric drives. Electric Bicycle control system designed to run electric bicycles played a very important role. SCM used for the control of the motor controller core than ever before with analog circuits, digital circuits, ASIC caused by controllers, the functions and overall performance has greatly improved. In this paper, designed by Electric Bicycle control system to ATMEL39。本文所設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)以 ATMEL 公司的 AT89C2051 單片機(jī)作為控制核心，由霍爾調(diào)速手柄、由 A/D轉(zhuǎn)換器、剎車裝置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和欠壓、過(guò)流保護(hù)電路等組成。 電動(dòng)自行車的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求較高，要求電動(dòng)自行車 車 用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作 。河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) I 摘 要 隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步，環(huán)境和能源問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。 直流無(wú)刷電機(jī)采用逆變器驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行電子換向，具有沒(méi)有換向火花、抗干擾性強(qiáng)、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，電 動(dòng)自行車一般采用永磁無(wú)刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過(guò)硬件和軟件的綜合設(shè)計(jì)，設(shè)有欠壓 保護(hù) 、過(guò)流 保護(hù) 、剎車斷電等多種保護(hù)功能。s AT89C2051 SCM control as the core, from Hall governor handles, from A / D converter, brakes, motordriven and undervoltage circuit, overcurrent protection circuits, and other groups 10%. Through the integrated hardware and software design, with undervoltage protection, overcurrent protection, brake power and other protection. Key words: Electric bicycles； Eermanent mag brushless DC motor； Control system； Overcurrent protection 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) III 目 錄 1 緒論 .......................................................................................................................... 1 課題的背景和意義 ............................................. 1 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)車研究現(xiàn)狀 ......................................... 2 電動(dòng)自行車的結(jié)構(gòu) ............................................. 6 電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)控制的相關(guān)技術(shù) ................................. 8 電動(dòng)機(jī) ................................................... 9 電池 ..................................................... 9 驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng) .......................................... 10 本文內(nèi)容結(jié)構(gòu) ................................................ 11 2 永磁無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與工 作 原理 .................................................................... 12 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) ...................................... 12 永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成 ............................ 13 電機(jī)本體 ................................................ 14 轉(zhuǎn)子位置傳感器 .......................................... 15 逆變器電路 .............................................. 17 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理 .................................. 19 基本運(yùn)行原理 ............................................ 19 永磁無(wú)刷直 流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 .............................. 20 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的 PWM控制 .................................. 26 PWM 控制技術(shù)原理簡(jiǎn)介 ..................................... 26 PWM 調(diào)制與電機(jī)轉(zhuǎn)速 ....................................... 27 3 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ........................................................................................ 29 控制系統(tǒng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 .................................... 29 AT89C2051 單片機(jī)簡(jiǎn) 介 ......................................... 29 單元電路設(shè)計(jì) ................................................ 31 電源電路 ................................................ 31 單片機(jī)時(shí)鐘及復(fù)位電路 .................................... 32 霍爾調(diào)速手柄電路 ........................................ 33 剎車電路 ................................................ 34 欠壓保護(hù)電路 ............................................ 35 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) IV 系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)電路 ............................................ 36 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 .............................................. 37 系統(tǒng)總體電路圖 .............................................. 39 4 控制 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................ 41 軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題 ...................................... 41 軟件結(jié)構(gòu)框圖 ................................................ 41 主程序框圖 .............................................. 41 中斷服務(wù)程序框圖 ........................................ 43 5 總結(jié)與展望 ............................................................................................................ 44 控制系統(tǒng)總結(jié) ................................................ 44 未來(lái)的展望 .................................................. 44 致 謝 ........................................................................................................................ 45 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 46 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 1 1 緒論 課題的背景和意義 隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步，環(huán)境和能源問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視?；仡欕妱?dòng)車的發(fā)展歷史，可以發(fā)現(xiàn)電動(dòng)車是燃油車的先驅(qū)。這個(gè)時(shí)期的電動(dòng)車代表了當(dāng)時(shí)車輛制造技術(shù)的精華，高雅的四輪轎車、雙輪輕便 車、運(yùn)貨車都可以隨時(shí)起動(dòng)，加速時(shí)完全沒(méi)有噪音，可以以 40km/h 的速度行駛。電動(dòng)車不敵燃油車還有一個(gè)原因是當(dāng)時(shí)無(wú)河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 2 法進(jìn)入鄉(xiāng)村，因?yàn)楫?dāng)時(shí)很多鄉(xiāng)村地區(qū)沒(méi)有電力供應(yīng)。汽車的燃油效率在政府的督促之下也大大改善了，因而電動(dòng)車研發(fā)的動(dòng)力大大的減少了，其步伐 明顯放慢了。就電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率等級(jí)和需要考慮的因素來(lái)講，電動(dòng)汽車與小型兩輪電動(dòng)車有著一定的差異，然而從電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中具體構(gòu)成來(lái)講，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、使用的電機(jī)以及電機(jī)對(duì)應(yīng)的控制方式，二者基本一致，彼 此的技術(shù)可以相互借鑒。 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)車研究現(xiàn)狀 八十年代至今，電動(dòng)車的相關(guān)技術(shù)如電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)控制、電機(jī)等技術(shù)的迅速發(fā)展為其開(kāi)發(fā)研制提供了良好的條件。對(duì)德國(guó)而言，它木身電 力驅(qū)動(dòng)技術(shù)力量十分強(qiáng)大，目前它的研究重點(diǎn)是質(zhì)子交換膜的燃料電池 (PEMFC： protonexchange membrane fuelcells)的開(kāi)發(fā)，而且己開(kāi)發(fā)出示范型電動(dòng)車。德、法、意對(duì) 電動(dòng)車車隊(duì)進(jìn)行跟蹤測(cè)試，瑞典、法國(guó)等紛紛為本國(guó)的電動(dòng)車發(fā)展策略進(jìn)行較為深入的研究。通過(guò)將 1300 輛電動(dòng)自行車發(fā)給大城市，藉 此刺激歐洲大城市環(huán)保交通工具的使用。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說(shuō)明書(shū) 4 （ 2）美國(guó) 電動(dòng)車研究現(xiàn)狀 在美國(guó)政府的積極支持下，美國(guó)三大汽車集團(tuán)公司通用（ GM）、福特 (FORD)、戴姆克萊斯勒 (CHRYSER)成為美國(guó)開(kāi)發(fā)與推廣電動(dòng)車的主力成員。 除此之外，美國(guó)還在整車性能分析設(shè)計(jì)方面、市場(chǎng)預(yù)測(cè)方面也做了大量的研究工作。美國(guó) EVRider 的電動(dòng)自行車為美國(guó)所設(shè)計(jì)，但絕大部分為中國(guó)大陸制造，市場(chǎng)價(jià)位低。在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面，上個(gè)世紀(jì) 70 年代至 80 年代前期，主要使用永磁直流電機(jī)系統(tǒng)，之后開(kāi)始使用交流異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，近年來(lái)又開(kāi)始使用永磁無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)，并以永磁無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)為主。商品化的電動(dòng)自行車由日本雅馬哈公司率先于 1994 年推出，并隨著本田、三洋、松下等知名公司的參與，生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大。 人力蹬踏開(kāi)始后 1秒鐘之內(nèi)，電助動(dòng)系統(tǒng)按上述開(kāi)始要求工作；人力蹬踏停止后 1 秒鐘之內(nèi)，整車電助動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉。大約在上個(gè)世 90年代進(jìn)入開(kāi)發(fā)研制高潮，主要集中在上海、北京、廣東和武漢四個(gè)地區(qū)，涉及大專院校、科研院所以及部分車輛廠。例如， SAIC 打算今年在路上投放少量示范車、同濟(jì)大學(xué)要 在今后幾年研制出 5至 7輛燃料電池汽車，該計(jì)劃得到了政府的資助。該車可乘 5 人，總重 2