【正文】 產(chǎn)生的脈沖信號(hào)來(lái)反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)其中的任一位置傳感器而言，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生P個(gè)方波脈沖(P為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù))，顯然這種方波脈沖的頻率是正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速的。原理是:無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)60176。C1, C2和C3與接地端相連，能夠起到濾除霍爾信號(hào)中的雜波作用[10]。上述兩種電機(jī)的換相均是根據(jù)安裝在電機(jī)內(nèi)部的三個(gè)開(kāi)關(guān)式的霍爾傳感器輸出的霍爾信號(hào)(HA, HB, HC)來(lái)控制的。三相霍爾信號(hào)(HA, HB, HC)經(jīng)霍爾采樣電路采樣后送給單片機(jī)，單片機(jī)軟件控制程序?qū)⒒魻栃盘?hào)以數(shù)組形式存儲(chǔ)在單片機(jī)制成霍爾信號(hào)數(shù)組表和霍爾相序數(shù)組表存儲(chǔ)到單片機(jī)EEPROM中(見(jiàn)表1)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到電機(jī)要換相時(shí)通過(guò)查上述兩表便可得到MOSFET要導(dǎo)通的順序，輸出換相控制信號(hào)。電機(jī)000 100 110 111 011 001120176。通常，無(wú)刷直流電機(jī)是通過(guò)調(diào)節(jié)輸入電機(jī)的直流平均電壓達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。綜上所述，調(diào)壓調(diào)速是無(wú)刷直流電機(jī)最常用、最可靠、最有效的調(diào)速方式，無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)一般采用調(diào)壓調(diào)速。電角度的區(qū)域內(nèi)，一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件一直處于開(kāi)通狀態(tài)，另一個(gè)處于PWM狀態(tài)。 60176。 240176。 360176。圖7 單極性PWM控制各觸發(fā)信號(hào)圖 圖 8 雙極性PWM控制各觸發(fā)信號(hào)圖 全橋逆變及功率驅(qū)動(dòng)電路本系統(tǒng)采用的逆變電路為三相六管全橋式逆變器，其工作方式為120176。來(lái)自單片機(jī)的信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)各功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通、斷開(kāi)，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化按一定的次序換相，各相導(dǎo)通示意圖如表1所示。綜上所述，采用該逆變器作為電子換向器并采用120176。用IR2130來(lái)驅(qū)動(dòng)MOSFET組成的全橋逆變器，驅(qū)動(dòng)時(shí)采用120176。HIN1 ~HIN3, LIN1~LIN3為逆變器上橋臂和下橋臂功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，低電平有效；ITRIP是過(guò)流信號(hào)檢測(cè)輸入端，可通過(guò)輸入電流信號(hào)來(lái)完成過(guò)流或者直通保護(hù):HO1 ~HO3，LO1~LO3是逆變器上下橋臂功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端；FAULT為過(guò)流、直通短路、過(guò)壓、欠壓保護(hù)輸出端，該端提供一個(gè)故障保護(hù)的指示信號(hào)[13]。自舉電容在器件斷態(tài)時(shí)通過(guò)自舉二極管被15 V充電，且為了防止自舉電容兩端電壓放電，3個(gè)自舉二極管D4,D5,D6應(yīng)選用高頻快恢復(fù)二極管，本設(shè)計(jì)中選用FR107。圖10 IR2130驅(qū)動(dòng)芯片圖11 驅(qū)動(dòng)電路與全橋逆變電路的連接 電壓檢測(cè)及欠壓保護(hù)電路蓄電池電壓的檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)對(duì)其容量監(jiān)控的關(guān)鍵，也是對(duì)電池進(jìn)行欠壓保護(hù)的有效途徑。本系統(tǒng)中，電流信號(hào)經(jīng)電阻采樣之后分兩路，一路送至放大器，一路送至比較器。采樣電阻為一個(gè)阻值為22Ω、8W的電阻(圖14中的Rs)，其兩端電壓送給U5A，經(jīng)放大后輸送給MCU,完成電流采樣。本方案采用的是單極性PWM控制，在PWM周期的“關(guān)”期間，電流經(jīng)過(guò)那個(gè)常開(kāi)的開(kāi)關(guān)管和另一個(gè)開(kāi)關(guān)管的續(xù)流二極管形成續(xù)流回路，這個(gè)續(xù)流回路并不經(jīng)過(guò)檢測(cè)電阻R，所以在PWM的“關(guān)”期間不能采樣電流；另外在PWM周期的開(kāi)的瞬間，電流上升不穩(wěn)定，也不易采樣，所以電流采樣時(shí)刻最好是在PWM周期的“開(kāi)”期間的中部，如圖14所示，以對(duì)開(kāi)關(guān)管V1,V4的控制為例。兩者都是傳輸給單片機(jī)一個(gè)與速度成比例的電壓信號(hào)LAI 設(shè)定給定速度。手柄電壓輸入電路是將手柄輸出的模擬信號(hào)送到單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路，控制程序根據(jù)此數(shù)字信號(hào)從而來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖15轉(zhuǎn)速給定電路 電源電路電源電壓主要有幾種:36V提供給電機(jī)，由蓄電池直接供給。圖16 電源電路電路中接入C2C2C2C29是用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾，并且起到濾波作用，濾除電源轉(zhuǎn)換中的尖峰電壓，使輸出的電壓平滑，紋波小。本系統(tǒng)使用的EDM1190A是一種實(shí)用美觀的四位串行段式液晶顯示模塊?！?個(gè)LCD顯示模塊EDM1190A分別用來(lái)顯示2個(gè)4位數(shù)。顯示電路如圖17所示，EDM1190A顯示數(shù)字所對(duì)應(yīng)的段碼如表3所示。其電路原理圖如下圖18所示：圖 18 照明電路原理圖 欠壓、過(guò)流報(bào)警電路報(bào)警電路使電動(dòng)自行車控制器具備語(yǔ)音報(bào)警功能，是電動(dòng)自行車智能控制系統(tǒng)的重要組成部分，其原理是單片機(jī)會(huì)對(duì)電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測(cè)，并對(duì)偵測(cè)的結(jié)果用語(yǔ)音形式告知。語(yǔ)音報(bào)警電路的語(yǔ)音觸發(fā)采用的是數(shù)據(jù)脈沖形式，一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)聲音，N個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)第N個(gè)聲音。如圖22所示，當(dāng)為低電平剎車時(shí)，低電平信號(hào)通過(guò)隔離二極管D1將R7端電平拉低后直接送入到單片機(jī)剎車I/O口，實(shí)現(xiàn)剎車。 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序主要完成ATmega88單片機(jī)各寄存器以及各變量的初始化、電源電壓是否正常、為轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)做好入口準(zhǔn)備和電機(jī)各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換等，流程圖如圖21所示。系統(tǒng)進(jìn)行初始化之后，首先會(huì)打開(kāi)中斷口，進(jìn)行中斷初始化之后開(kāi)始檢測(cè)電源電壓是否處于欠壓的狀態(tài)，若出現(xiàn)欠壓狀態(tài)則開(kāi)始進(jìn)行欠壓保護(hù)，避免對(duì)電池造成損壞，否則繼續(xù)向下運(yùn)行。換相流程圖如圖22所示。它具有良好的起動(dòng)和抗干擾性能，可以滿足本系統(tǒng)的需要。由于電流的AD檢測(cè)非常重要，并且在中斷中，所以AD通道的切換就必須非常注意，通常手柄、電源電壓變化比較緩慢。圖26 語(yǔ)音報(bào)警程序流程圖以ATmega88單片機(jī)為控制核心的電動(dòng)自行車用BLDCM控制系統(tǒng)，采用霍爾位置傳感器完成了電子換相、速度檢測(cè)的功能，并采用單極型PWM進(jìn)行調(diào)制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、提高了電動(dòng)自行車的智能化和實(shí)用度，為使用者騎行帶來(lái)很大的方便。此外要感謝教過(guò)我的所有機(jī)電工程學(xué)院尤其是電學(xué)教研室的各位老師一直給予我的支持，他們?yōu)榱耸刮翼樌瓿蓪W(xué)業(yè)付出了很多。在本次設(shè)計(jì)中，我得到了老師大力支持。在設(shè)計(jì)了MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、顯示電路、霍爾信號(hào)采集電路及手把電壓輸入電路等的同時(shí)，還使用了WTB015語(yǔ)音芯片設(shè)計(jì)出語(yǔ)音報(bào)警電路，使電動(dòng)自行車具有語(yǔ)音報(bào)警功能，增加了行駛的的安全。圖25 AD采樣控制流程圖 語(yǔ)音報(bào)警程序設(shè)計(jì)設(shè)置定時(shí)器為溢出中斷模式 語(yǔ)音芯片高電平復(fù)位并延時(shí) 語(yǔ)音播報(bào) 發(fā)送控制信號(hào) 結(jié)束 語(yǔ)音芯片低電平復(fù)位并延時(shí) 復(fù)位定時(shí)器為PWM中斷模式 開(kāi)始當(dāng)控制器出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員可以根據(jù)語(yǔ)音提示立即知道故障所在，方便維修，同時(shí)當(dāng)控制器正常工作時(shí)，語(yǔ)音芯片會(huì)發(fā)出與騎行狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音提示，使騎行的人能夠及時(shí)準(zhǔn)確的知道車的騎行狀態(tài)。速度、電流控制程序流程圖如下圖23所示。為了使控制精度和動(dòng)態(tài)性能達(dá)到最優(yōu)，本系統(tǒng)選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。若未出現(xiàn)剎車制動(dòng)的情況則顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和電壓，從而開(kāi)始轉(zhuǎn)速和電流的調(diào)節(jié)并開(kāi)始循環(huán)運(yùn)行。語(yǔ)音程序的初始化包括：WTBO15語(yǔ)音芯片復(fù)位端信號(hào)和數(shù)據(jù)端信號(hào)的初始化。相對(duì)于硬件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，軟件設(shè)計(jì)具有更大的靈活性，這也給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的便利。WTBO15語(yǔ)音芯片的第15引腳與單片機(jī)的DATA端相連，16引腳與單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)端RST相連，MCU高電平發(fā)出幾個(gè)脈沖就觸發(fā)播放第幾個(gè)聲音，需要注意的是:DATA端在每次發(fā)脈沖控制數(shù)據(jù)前，需先發(fā)RST復(fù)位信號(hào)讓W(xué)TBO15復(fù)位，這樣才能保證語(yǔ)音芯片的正常工作[18]。WTB語(yǔ)音芯片是一款低成本且?guī)б纛l合成器的4位OTP微型語(yǔ)音處理器，主要包括4位的數(shù)字邏輯運(yùn)算器、EPROM、RAM、 I/O端口、定時(shí)器、時(shí)鐘發(fā)生器等完備的內(nèi)部資源。它主要由前照燈、尾燈和儀表照明燈及控制開(kāi)關(guān)等組成。單片機(jī)的PC1和PC0分別與（1）和（2）兩個(gè)EDM1190A的時(shí)鐘信號(hào)管腳CLK相連。EDM1190A段碼式液晶顯示器模塊由LCD液晶顯示器、驅(qū)動(dòng)電路、8位CPU接口電路構(gòu)成。實(shí)踐證明本電源電路圖原理簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，由于大部分使用集成穩(wěn)壓電源，還具有體積小、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，是電動(dòng)自行車控制器理想的電源電路[17]。5V提供給單片機(jī)以及其他邏輯控制電路，采用三端穩(wěn)壓器7805實(shí)現(xiàn)。當(dāng)手把松開(kāi)或者卸掉時(shí)，保證輸入AD口的電壓為0。調(diào)速電路原理如圖15所示，手柄有三個(gè)端口，一個(gè)接電源，一個(gè)接地，最后一個(gè)由旋轉(zhuǎn)手柄可以得到變化的輸出電壓信號(hào)UN。V1控制信號(hào) V4控制信號(hào) 電阻壓降信號(hào) 采樣時(shí)刻 圖14 PWM控制時(shí)旁路電阻的電壓波形圖 轉(zhuǎn)速給定電路電動(dòng)自行車的調(diào)速通常是通過(guò)手柄來(lái)調(diào)節(jié)的，分為接觸式和非接觸式。同時(shí)繞線電阻兩端電壓再送給U5B并與已知電壓比較，比較器的門限值由R34, R35分壓得到，一旦超出預(yù)定值便發(fā)出過(guò)流輸出信號(hào)給MCU, MCU便發(fā)出中斷指令，完成過(guò)流保護(hù)[16]。另一路信號(hào)送至比較器，當(dāng)電流突然由于某種原因大大超過(guò)允許值，比較器翻轉(zhuǎn)送出中斷信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)及時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)橋，停止控制器工作，從而保護(hù)控制器避免更大的傷害。圖12所示為電壓檢測(cè)電路，本系統(tǒng)通過(guò)采樣電池的端電壓，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單濾波后輸入單片機(jī)的ADC口，用軟件進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)小于某個(gè)設(shè)定值（）時(shí)，立即采取措施，關(guān)閉電源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電壓的檢測(cè)及對(duì)蓄電池的必要保護(hù)[15]。通過(guò)電阻RS檢測(cè)到的電流信號(hào)分別送給IR2130的9腳(過(guò)電流信號(hào)檢測(cè)輸人端)和13腳(放大器同相輸人端)。IR2130具有6路輸人信號(hào)和6路輸出信號(hào)，且只需一個(gè)供電電源即可驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變電路的6個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，使整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路更加簡(jiǎn)單可靠，IR2130與全橋逆變電路的連接如圖11所示。該電