【正文】 理控制功率開關(guān)器件開或關(guān)之前，需要進(jìn)行判斷反電勢(shì)是哪一相繞組產(chǎn)生的，該反電勢(shì)過零時(shí)，轉(zhuǎn)子所在的位置，以便確保正確的 換向，本方案將使用軟件實(shí)現(xiàn)此判斷功能，在下一章進(jìn)行敘述。 無位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)及換向控制 在前面己經(jīng)敘述過反電勢(shì)過零檢測(cè)延時(shí) 30176。同時(shí)大大簡(jiǎn)化了外圍硬件，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 (4) 工作電壓范圍寬： 。 綜上所述，根據(jù)直流無刷無位置傳感器電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)方案的要求，選用 PIC16C74單片機(jī)作為主控芯片。 (3) MC33035 系列 MC33035 是 Motorola 公司的第二代直流無刷電機(jī)控制專用集成電路系列，這種芯片功能很齊全，包括：位置檢測(cè)、提供帶有溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖茧娫?、產(chǎn)生脈寬調(diào)制所需的鋸齒波脈寬調(diào)制比較器、 誤差檢測(cè)放大器、三個(gè)集電極開路上橋臂驅(qū)動(dòng)器、三個(gè)電流較大的下橋臂驅(qū)動(dòng)器 ，特別適合于驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET。 (2) PIC 系列 在微控制器 (Microcontroller)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛的今天，各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也向微控制器廠商提出了更高的要求，希望速度快、功耗低、體積小、價(jià)格更廉以及組成系統(tǒng)時(shí)所需要的外圍器件更少。該系列單片機(jī)與傳統(tǒng)的單片機(jī)根本區(qū)別在于其內(nèi)部集成了數(shù)字模塊和模擬模塊，用戶可以根據(jù)不同設(shè)計(jì)要求調(diào)用不同的數(shù)字和模擬模塊，完成芯片內(nèi)部的功能設(shè)計(jì)。單片機(jī)的好處是自帶 A/D 接口、 PWM 模塊、捕捉 /比較功能、外中斷、內(nèi)部定時(shí)器甚至通訊、自編程等功能方便實(shí)現(xiàn)用戶功能的同時(shí)大大減少外圍電路、降低成本和可靠性。 電壓 O 時(shí)間 恒電流放 電 16 4 電動(dòng)自行車控制器的硬件設(shè)計(jì) 芯片的選擇 設(shè)計(jì)硬件前有許多準(zhǔn)備工作需要做，它們是硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，主要有芯片的選擇。h)/放電電流 Id(A))等因素。h))。 日前， 七 段型液晶顯示器件和靜態(tài)數(shù)字量輸入型液晶顯示驅(qū)動(dòng)技術(shù)已形成產(chǎn)品，可以直接連接到單片機(jī) I/O 接口上，單片機(jī)將需要顯示的數(shù) 據(jù)以 BCD 碼形式發(fā)送到 I/O 接口上，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示。本課題使用 七 段型液晶顯示器件 (如圖 )來顯示電動(dòng)自行車的行駛速度，液晶顯示驅(qū)動(dòng)器采用 ICM7211(A)控制的靜態(tài)數(shù)字量輸入型，其原理如圖 所示；ICM7211(A)具有完整的脈沖發(fā)生器，它由 RC 振蕩器， 128 分頻電路，背電極 BP 驅(qū)動(dòng)器和使能檢測(cè)器等 組成；驅(qū)動(dòng)器一方面提供片內(nèi) 2 位段驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)波形，另一方面通過作為輸出的 BP 提供液晶顯示器件的背電極的驅(qū) 動(dòng)信號(hào)和級(jí)聯(lián)從機(jī)的同步信號(hào)。這就是在建立無位置傳感器直流無刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)為什么以電源中點(diǎn)為基準(zhǔn)參考點(diǎn)的原因。本文所采用的位置檢測(cè)方法為經(jīng)典的反電勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)法。 120176。 直流電源 電子電路 電動(dòng)機(jī)本體 負(fù)載 10 圖 電機(jī)運(yùn)行時(shí)各相產(chǎn)生的反電勢(shì)示意圖 240176。 240176。 當(dāng)然也可以通過檢測(cè)反電勢(shì)經(jīng)過電角度 0176。時(shí)，和磁動(dòng)勢(shì) Fa 相垂直， CC′ 相產(chǎn)生的反電勢(shì)正好過零點(diǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)子再旋轉(zhuǎn) 30176。故可以通過檢測(cè)反電勢(shì)過零點(diǎn)，再延時(shí) 30176。 圖 無位置傳感器的直流無刷電機(jī)原理框圖 由圖 無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理圖可知，當(dāng)電機(jī)在運(yùn)行過程中，總有一相繞組沒有導(dǎo)通，此時(shí)可以在該相繞組的端口檢測(cè)到該繞組產(chǎn)生的反電勢(shì)，該反電勢(shì)在 60176。 120176。 240176。如果是有位置傳感器直流無刷電動(dòng)機(jī)，則可以通過傳感器來 直接獲得轉(zhuǎn)子的六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置的信息，如果是無位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)，則需要通過直流無刷電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組的反電勢(shì)直接或間接的獲得轉(zhuǎn)子的位置信息。之間。導(dǎo)電型。 無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理 [5] 一般的永磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要作用是在電動(dòng)機(jī) 氣隙中建立磁場(chǎng)，其電樞繞組通電后產(chǎn)生電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，由電力電子逆變器供給電樞繞組的電流并不是正弦波，而是 120176。六十年代初出現(xiàn)了用霍爾元件傳感器的直流無刷電機(jī)，七十年代初出現(xiàn)了比霍爾元件傳感器靈敏度高許多倍的磁敏二極管換流的直流無刷電機(jī)。 6 2 電動(dòng)自行車控制器的系統(tǒng)分析 無刷直流電機(jī)的工作原理 無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展 直流無刷電機(jī)是在直流有刷電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 (2) 在電機(jī)的數(shù)字調(diào)速控制中，選擇高效可靠的單片機(jī)將使控制系統(tǒng)的硬件電路簡(jiǎn)單可靠、軟件編制方便，系統(tǒng)整體性能得以提高。在電機(jī)的數(shù)字調(diào)速控制中，選擇高效可靠的單片機(jī)將使控制系統(tǒng)的硬件電路簡(jiǎn)單可靠、軟件編制方 便，系統(tǒng)整體性能得以提高。效率提高就是在單位時(shí)間內(nèi)完成更多的任務(wù)， 直接反映到時(shí)間的問題上。 電動(dòng)自行車 的輸出功率僅為 ～ ，與普通 125 系列中檔摩托車（輸出功率 8～10Kw）相比，兩者相差 16 倍，電動(dòng) 自行車 的輸出功率僅為 125 摩托車的 10%左右；與輕型摩托車或燃?xì)饽ν熊囅啾?，輸出功率相?2～ 3 倍，其功率僅為輕便摩托車、助動(dòng)車、燃?xì)饽ν熊嚨?30%左右。我國(guó)電動(dòng)車事業(yè)雖然起步較晚，但卻是在一個(gè)較高的起點(diǎn)上開始的。清華大學(xué)電機(jī)系在 20 世紀(jì) 90 年代中期，試制了一臺(tái) 500W 柱式無刷直流電機(jī)，它的體積只有普通 400W 勵(lì)磁有刷直流電機(jī)的 1/5左右；這種電動(dòng)機(jī)重量輕、容易安裝、節(jié)省電能、并且容易調(diào)控轉(zhuǎn)速，這正是電動(dòng)自行車所 要求的電動(dòng)機(jī)類型。 4) 實(shí)現(xiàn)短路、過流、欠電壓等故障保護(hù)功能。絕大多數(shù)電動(dòng)自行車采用的是直流輪轂電機(jī)，它們?yōu)橥廪D(zhuǎn)子式，這樣 定子 可以固定在軸承上，非常適用于電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)。采用這兩種電機(jī)的原因在于它們的控制方法簡(jiǎn)單，整車成本相對(duì)低廉，控制器可以滿足自行車要求。環(huán)保效能更好的鎳氫電池和鋰電池則因?yàn)槌杀据^高，導(dǎo)致配載這兩種電池的電動(dòng)自行車售價(jià)偏高。車架部分不作討論，其他部分介紹 如下： (1) 電源 (蓄電池 ) 電源為電動(dòng)自行車動(dòng)力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)提供能量。 正是由于以上原因，電動(dòng)自行車逐漸受到人們的歡迎，同時(shí)電動(dòng)自行車的廣泛運(yùn)用在緩解環(huán)境污染方面占有很 大 優(yōu)勢(shì)，不僅可以有效節(jié)省能源，而且能夠減少大氣污染。而摩托車、燃油助動(dòng)車是由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其汽缸產(chǎn)生的噪音比較大，由于受到體積限制，其發(fā)電機(jī)的缸數(shù)較少，運(yùn)行時(shí)不夠平穩(wěn)，振動(dòng)較大。由于 控制器對(duì)電池?fù)p耗的控制 問題，限制了電動(dòng)自行車的速度效率和行駛距離，但可以通過提高系統(tǒng)的效率來改善其性能。 DC brushless motor。s largest bicycle market, the electric bicycle industry in China has a very broad application prospects. Therefore the development of electric bicycle has a good social significance and objective economic benefits. Powered electric bicycles are nowadays mainly Wheel brushless DC motor. Electric bicycle controller as the control core of electric bicycle is a key ponent of electric bicycles, and together with DC motor constitute the drive system of electric bicycles .In order to improve the electric bicycle ride fort, safety, the power driving system of electric bicycle is researched deeply in this article, and it also mainly introduces the function of the electric bicycle controller structure and software amp。電動(dòng)自行車控制器作為電動(dòng)自行車的控制核心，是電動(dòng)自行車的關(guān)鍵部件，與無刷直 流電動(dòng)機(jī)一起構(gòu)成電動(dòng)自行車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為了提高電動(dòng)自行車的騎行舒適性、安全性，本文對(duì)電動(dòng)自行車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，并 重點(diǎn) 介紹了電動(dòng)自行車控制器的功能構(gòu)成和軟件硬件設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目名稱 基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車 控制器的設(shè)計(jì) 系別 專業(yè) / 班級(jí) 學(xué)生 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師（職稱） I 摘要 電動(dòng)自行車由于輕便靈活、節(jié)能環(huán)保、價(jià)格適中而得到人們的廣泛使用，成為人們短途出行的理想交通工具。 目前電動(dòng)自行車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)主要是輪轂式無刷直流電動(dòng)機(jī)。 關(guān)鍵詞 ：電動(dòng)自行車；位置傳感器；直流無刷電動(dòng)機(jī)；單片機(jī)控制 II Abstract The electric bicycles as light and flexible, energy saving, affordable and widely used by people, bee the ideal short trip transport. Meanwhile, China has the world39。 position sensor。電動(dòng)自行車具有 “ 零排放 ” ，是一種比較好的短距離綠色交通工具。 (2) 低噪音、振動(dòng)小 電動(dòng)自行車是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的噪音比較小，運(yùn)行比較平穩(wěn)。 (5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，易維護(hù)、維修 電動(dòng)自行車一般是有蓄電池、控制板、電機(jī)和車身組成；蓄電池用的是免維護(hù)的，電機(jī)的故障率較低，基本上不要維護(hù)，控制板由于現(xiàn)代的電力電子技術(shù)比較成熟，損壞率也 2 比較低，另外電動(dòng)自行車沒有機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，體積小、重量輕，因此 相比摩托車、燃油助動(dòng)車來說，其日常的維護(hù)、維修量少得多。 電動(dòng)自行車的基本 結(jié)構(gòu) 與 發(fā)展 電動(dòng)自行車的構(gòu)成 電動(dòng)自行車主要有四個(gè)部分組成：車架、電源 (蓄電池 )、電機(jī)和控制器。大多數(shù)電動(dòng)自行車采用 48V12AH、 36V12AH 鉛酸電池， 另外 24V12AH 的電池由于續(xù)行里程較短，選擇得比較少。 (2) 電機(jī) 電氣技術(shù)發(fā)展到今天，各種電機(jī)的產(chǎn)生控制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，電動(dòng)自行車電機(jī)有多種選擇， 但 普遍選擇的還是有刷直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)。市場(chǎng)上電動(dòng)自行車以輪轂 式 驅(qū)動(dòng)為主，而輪轂式 驅(qū)動(dòng)又以后輪驅(qū)動(dòng)為好，前輪驅(qū)動(dòng)性能相對(duì)較差。 3) 對(duì)電機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)和電流閉環(huán) 調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)靜態(tài)性能。比如，電動(dòng)機(jī)采用第三代永磁材料釹鐵硼之后，體積可以做得很小。 經(jīng)過我國(guó)技術(shù)界的專家們的努力，我國(guó)的電動(dòng)自行車事業(yè)得到迅速的發(fā)展。 電動(dòng)自行車要發(fā)展是毋庸置疑的， 4 鑒于我國(guó)目前的能源局勢(shì)和世界產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局，發(fā)展還需要刻不容緩 ， 但要如何解決這眼前的障 礙來促使其發(fā)展呢？經(jīng)研究 車輛定位是個(gè)核心問題，將其置于慢車道行駛可以解決矛盾。 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)著人們思維的進(jìn)化，同樣促使著人們工作效率的提高。近年來，無刷直流電機(jī) (BLDCM)以其體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功率密度高，輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)而得到了廣泛 應(yīng)用。 本論文主要內(nèi)容包括： (1) 根據(jù)直流無刷電機(jī)的原理，利用 PIC16C74單片機(jī)作為主控芯片，檢測(cè)直流無刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)來確定轉(zhuǎn)子的位置，從而確定換向點(diǎn)和換向時(shí)刻。 (5) 電動(dòng)自行車 速度 和 電量數(shù)字顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)施。經(jīng)過不斷的研究和實(shí)踐，人們終于找到了用位置傳感器和電子換向線路來替代直流有刷電機(jī)的機(jī)械換向裝置 。 由于直流無刷電機(jī)具有沒有換向火花，抗干擾性強(qiáng)，運(yùn)行可靠，維護(hù)簡(jiǎn)便，使用壽命長(zhǎng)等