【正文】 的 以 單片機(jī)控制的 電動(dòng) 自行車(chē) 終于完成了。 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成后向單片機(jī)提出中斷請(qǐng)求 INT0，單片機(jī)響應(yīng)中斷后，讀 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后單片機(jī)的寫(xiě)信號(hào) WRHE 控制 ADC的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng) 電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。本設(shè) 計(jì)采用共陰極結(jié)構(gòu)。一個(gè) 8 段 LED 由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中 7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“ 8”的各個(gè)筆劃。半導(dǎo)體數(shù)碼管是分段式半導(dǎo)體顯示器件，其基本結(jié)構(gòu)是 PN結(jié)，即用發(fā)光二極管（ LED）組成字型來(lái)來(lái)顯示數(shù)字。 LED 不同位顯示的時(shí)間間隔應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。這樣，在同一時(shí)刻， 2位 LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其他一位則是熄滅的。其中段碼線占用一個(gè) 8 位 I/O 口P0，而位選線占用一個(gè) 2 位 I/O口，即將 、 LED顯示管的片選端。 圖 312 霍爾傳感器 樊小鳳：基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì) 23 如 313所示，在非磁性材料的圓盤(pán)邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤(pán)邊緣處，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測(cè)出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測(cè)出轉(zhuǎn)速。 根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。 太原科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 311 A3144結(jié)構(gòu)框圖 它的優(yōu)點(diǎn)有：自動(dòng)化或工業(yè)應(yīng)用中穩(wěn)定性好；工作電 壓為 —— 24V，不需提供準(zhǔn)確工作電壓；集電極輸出 25mA電流，兼容數(shù)字邏輯；具有反向保護(hù)電池功能；觸發(fā)電壓小，可用永磁體；外形小，重量輕，易于安裝，使用方便；抗外磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)。而當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后使得第一個(gè)小磁鐵再次靠近霍爾傳感器，傳感器把第四個(gè)霍爾信號(hào)發(fā)到單片機(jī)上的 T0/ ，停止計(jì)時(shí)。 測(cè)速電路 測(cè)速電路設(shè)計(jì) 測(cè)速電路如圖 310 所示。 對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。考慮到電動(dòng)自行車(chē)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速，距離控制的要求不高，為了簡(jiǎn)化程序和外接電路，所以沒(méi)有考慮采用閉環(huán) PWM 控制，用開(kāi)環(huán) PWM 控制就可以實(shí)現(xiàn)自行車(chē)的功能。其調(diào)速原理基本與雙向式相同。 PWM調(diào)速分為雙 向式和單向式兩種 ： 1）一種雙向式 圖 38平均轉(zhuǎn)速與占空比的關(guān)系 在一個(gè)脈沖周期內(nèi) (T=Ta＋ Tb)， T1 和 T3 導(dǎo)通的時(shí)間為 Ta， T2 和 T4 導(dǎo)通的時(shí)間為 Tb，這樣在 Ta 這段時(shí)間內(nèi)，電機(jī)通過(guò)的是正向電流，在 Tb 這段時(shí)間內(nèi)為反相電流。 VD為二者的平均值。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時(shí)使電動(dòng)機(jī)再次接通電動(dòng)機(jī)因此而再次加速。 另一種 脈寬調(diào)制 型： 脈寬調(diào)速（ PULSE WIDE MODULATION—— PWM）較常用的 一種調(diào)速方式 ，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性?xún)?yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的等優(yōu)點(diǎn)?？梢哉f(shuō)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在允許的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)，在允許的過(guò)載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在 1%左右，并可在調(diào)范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。由于定子磁場(chǎng)軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，這正是他 勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電流 轉(zhuǎn)矩特性。動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱(chēng)星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過(guò)載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過(guò)載。 2） 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng) 典型的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種準(zhǔn)解耦矢量控制系統(tǒng)，由于永磁體只能產(chǎn)生固定幅值磁場(chǎng)，因而永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)非常適合于運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，一般采用電流滯環(huán)控制或電流反饋型 SPWM法來(lái)完成。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。直流無(wú)刷電機(jī)存在質(zhì)量可靠性問(wèn)題，控制器較復(fù)雜成本較高，這些問(wèn)題一旦解決推廣使用則更廣。電角度，如此循環(huán)，無(wú) 刷直流電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 樊小鳳：基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì) 15 圖 35驅(qū)動(dòng)電路圖 通過(guò)邏輯組件 CMOS 處理產(chǎn)生 T1T4 導(dǎo)通、 T1T6 導(dǎo)通、 T3T6 導(dǎo) 通、 T3T2 導(dǎo)通、 T5T2導(dǎo)通、 T5T4導(dǎo)通，也就是說(shuō)將直流母線電壓依次加在 A+B、 A+C、 B+C、B+A、 C+A、 C+B上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì) NS 極， T1T6 功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。 2個(gè) Flash保密位可防止程序被讀出； Flash程序存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用中編程。可選擇 RC振蕩器選項(xiàng)并且其頻率可進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)； 可編程 I/O口輸出模式：準(zhǔn)雙向口，開(kāi)漏輸出，推挽和僅為輸入功能； 端口“輸入模式匹配”檢測(cè)。另外還提供軟件復(fù)位功能； 低電壓復(fù)位 (掉電檢測(cè) )可在電源故障時(shí)使系統(tǒng)安全關(guān)閉?？蛇x擇輸入和參考源； 增強(qiáng)型 UART。 (2)P89LPC932單片機(jī)特性 同一時(shí)鐘頻率下，其速度為標(biāo)準(zhǔn) 80C51 器件的 6倍。表 52所示為 PWM模式中比較管腳的狀態(tài)。該情況下， TDIR2 的值讀出總是為 1。當(dāng)輸出比較管腳使能，連接到比較鎖存時(shí)，比較管腳的狀態(tài)保持不變，直到發(fā)生比較事件或強(qiáng)制比較為止。該鎖存的值在復(fù)位后為 0，可通過(guò)激活一個(gè)強(qiáng)制的比較來(lái)改變。 CCCRx中的兩個(gè)位，輸出比較 x模式位 OCMx1和 OCMx0對(duì)匹配發(fā)生時(shí)所采取的動(dòng)作進(jìn)行選擇。當(dāng) TH2:TL2的內(nèi)容和 OCRxH:OCRxL相匹配時(shí)， TIFR2中的定時(shí)器輸出比較中斷 標(biāo)志 TOCFx置位。 2路捕獲輸入，帶有事件計(jì)數(shù)器和數(shù)字噪聲濾波器 四個(gè)輸出比較通道 A,B,C和 D分 別通過(guò) 4個(gè) 16位寄存器 OCRAH:OCRAL,OCRBH:OCRBL, OCRCH:OCRCL和 OCRDH:OCRDL進(jìn)行控制。 邊沿觸發(fā) 由 A/D轉(zhuǎn)換。執(zhí)行單次轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到所選輸入通道對(duì)應(yīng)的結(jié)果寄存器中 定時(shí)器觸 發(fā)啟動(dòng)定時(shí)器 0溢出時(shí)啟動(dòng)一次 A/D轉(zhuǎn)換。 下面就所用到的功能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行介紹 （ 1） 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) P89LPC933器件有一個(gè) A/D。 LPC933集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目、電路板面積以及系統(tǒng)的成本。電路圖如圖 33所示。 C3 是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。另外一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個(gè) 二極管 ，用來(lái)防止輸入端短路時(shí) ,輸出端存儲(chǔ)的電荷通過(guò)穩(wěn)壓器而損壞器件。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。 D 是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器C3一個(gè)放電通路，防止 C3兩端電壓作用于 二級(jí) 管的 PN 結(jié)，造成 二極管 PN 結(jié)擊穿樊小鳳：基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì) 9 而損壞。整體硬件電路圖見(jiàn)附錄 2。 ⑶ 電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在車(chē)減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電汽車(chē)具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)的摩托車(chē)上是不能實(shí)現(xiàn)的。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。單片機(jī)根據(jù)收到的脈沖個(gè)數(shù)和輪圈周長(zhǎng)等數(shù)據(jù)計(jì)算出電動(dòng)車(chē)的速度，并輸出給顯示電路?？刂菩盘?hào)的占空比較大時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)通時(shí)間長(zhǎng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速就比較高；相反，控制信號(hào)的占空比較小時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)通時(shí)間斷，電機(jī)轉(zhuǎn)速就比較低。這是控制信號(hào)的輸出。手把處安裝 一個(gè)電位器， 人轉(zhuǎn)動(dòng)手把即是在控制此電位器的電壓。 功能分析 電源電路 主控制器中的各個(gè)芯片及數(shù)字邏輯器件所的正常工作電壓遠(yuǎn)小于無(wú)刷電機(jī)的額定電壓。單片機(jī)里的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)處理輸出相應(yīng)的 PWM 波形，用來(lái)驅(qū)動(dòng)安裝在后輪的無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。 控制核心采用 LPC933 單 片機(jī)，僅用一塊單片機(jī)就 可以 實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，電機(jī)控樊小鳳：基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì) 5 制 和轉(zhuǎn)速顯示 。把電壓信號(hào)通過(guò)單片機(jī)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換控制占空比，速度顯示利用八段數(shù)碼管通過(guò)單片機(jī)輸出顯示。發(fā)展才是硬道理。 首先，它具有的輕 (質(zhì)量輕，不大于 40kg)、低 (速度低，不大于 20km／ h)、廉 (售樊小鳳：基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì) 3 價(jià)低廉， 20223000元 )、省 (省時(shí)省力 )、綠 (綠色環(huán)保 )的突出特點(diǎn)，十分符合廣大老百姓的需求；其次，技術(shù)進(jìn)步為電動(dòng)自行車(chē)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。這是一個(gè)極其巨大的市場(chǎng)，尤其在人口居各大洲首位的亞洲。亞洲城市，一般人口眾多，交通擁擠，自行車(chē)一直是大多數(shù)居民的主要交通工具。而與汽車(chē)相比，靈活方便的中短途個(gè)人交通工具，如自行車(chē)、助動(dòng)車(chē)和摩托車(chē)等，在全球依然占據(jù)絕大多數(shù)。蓄電池與燃油系統(tǒng)的相互配合使用，可以大大減小車(chē)輛在市區(qū)的廢氣排放和污染，在長(zhǎng)途運(yùn)行時(shí)可使用燃油系統(tǒng)，但它只是電動(dòng)車(chē)發(fā)展過(guò)程中的過(guò)渡產(chǎn)品： 1994年 Daimler Chrysle公司推出了采用燃料電池的電動(dòng)車(chē)。 在隨后的幾十年間，電動(dòng)車(chē)輛一直處于發(fā)展的低谷，而燃油車(chē)輛卻發(fā)展迅猛，幾乎占有了所有市場(chǎng)。這是世界電動(dòng)車(chē)史的開(kāi)端，也是機(jī)動(dòng)車(chē)輛史上具有劃時(shí)代意義的一件大事。在世界環(huán)境污染最為嚴(yán)重的十大城市中，我國(guó)就占了 7個(gè)，形勢(shì)嚴(yán)峻可見(jiàn)一般。隨著工業(yè)的發(fā)展，城市汽車(chē)數(shù)量急劇上升，石油資源嚴(yán)重缺乏。 系統(tǒng)各部分的控制電路基于 LPC933單片機(jī) 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目 : 基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì) 姓 名 : 樊小鳳 學(xué) 號(hào) ： 202222060204 專(zhuān) 業(yè) : 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 : 閻學(xué)文 職 稱(chēng) : 教授 日 期 : 2022年 6 月 華科學(xué)院 樊小鳳：基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì) 1 摘 要 單片機(jī)控制的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用于電動(dòng)自行車(chē)等小功率的工作情況 ,并能將多余的電能回潰。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號(hào)的傳遞情況，并得到了系統(tǒng)各個(gè)部分在不同工況的工作狀態(tài)。 樊小鳳：基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 引言 能源與環(huán)境問(wèn)題 二十一世紀(jì)是“綠色環(huán)?！钡氖兰o(jì)，環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約問(wèn)題成為新世紀(jì)最為突出的兩大主題。 再?gòu)沫h(huán)境角度講，石油燃燒造成的大氣污染曰益嚴(yán)重。 “綠色交通工具”的發(fā)展?fàn)顩r 1881年 8月在巴黎舉行的國(guó)際電氣展覽會(huì)上，法國(guó)特魯夫展出了世界上第一輛電動(dòng)交通工具 — 電動(dòng)三輪車(chē)。到了 1933年，電動(dòng)車(chē)的數(shù)量已經(jīng)將近為零。 國(guó)外的科研機(jī)構(gòu)早在 20世紀(jì) 60年代就開(kāi)始了新一輪的電動(dòng)車(chē)研究與開(kāi)發(fā)，到現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)大致經(jīng)歷了三各階段： 90年代前，電動(dòng)車(chē)的設(shè)計(jì)主流是單獨(dú)采用蓄電池供電，發(fā)展了高功率密度的新型蓄電池及其充電技術(shù)； 90年代起人們開(kāi)始注意到僅僅使用蓄電池，電動(dòng)車(chē)在近期內(nèi)還難于傳統(tǒng)汽車(chē)匹敵，從而混合動(dòng)力車(chē)的研究得到了太原科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 很大的重視。從 70年代起，我國(guó)電動(dòng)車(chē)輛的研究開(kāi)發(fā)便一直在進(jìn)行之中，到 1993年，已被確定為國(guó)家十大重點(diǎn)科技工程，并制定了電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展目標(biāo)。 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，一般 家庭除了必備汽車(chē)之外，通常還希望配備多輛小型交通工具，供短途交通或休閑娛樂(lè)用，這對(duì)沒(méi)有駕駛執(zhí)照的老人和未成年人尤其具有吸引力。而電動(dòng)自行車(chē)具有摩托車(chē)與自行車(chē)的綜合優(yōu)勢(shì)：輕便、無(wú)污染、低噪音且價(jià)格較為低廉，它無(wú)疑將最有希望首先替代傳統(tǒng)的交通工具，成為私人交通工具的重要組成部分。 電動(dòng)自行車(chē)的發(fā)展前景展望 由于電動(dòng)自行車(chē)自身所具有的優(yōu)點(diǎn)和近幾年來(lái)行 業(yè)內(nèi)技術(shù)的不斷進(jìn)步，決定了其將會(huì)有較為廣闊的市場(chǎng)前景，尤其在中國(guó)這個(gè)人口大國(guó)，更是有它的用武之地。而電動(dòng)自行車(chē)具有零排放、低噪聲等獨(dú)特的綠色環(huán)保特點(diǎn)，是一種符合可持續(xù)要求的交通工具；最后，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是以?xún)?nèi)需為主要對(duì)象的，作為系統(tǒng)工程技術(shù)產(chǎn)品的電動(dòng)自行車(chē)自然能夠成為拉動(dòng)內(nèi)需新的動(dòng)力之一。利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的車(chē)把調(diào)速?？刂齐娐芬鶕?jù)選用的電機(jī)和傳感器來(lái)設(shè)計(jì)，主要考慮穩(wěn)定性，抗干擾性。電動(dòng)車(chē)開(kāi)始行進(jìn)，人通過(guò)擰動(dòng)手把來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)速時(shí)，單片機(jī)中的 A/D 轉(zhuǎn)化器將采集手把處的模擬電壓信直接進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。這樣，只需要用一個(gè)電源，就能夠滿足電動(dòng)機(jī)與各個(gè)芯片與器件的供電需求。 太原科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 控制電路 控制電路是人主觀調(diào)節(jié)車(chē)速的部分，體現(xiàn)了人對(duì)車(chē)的控制。 單片機(jī)中的 A/D 轉(zhuǎn)化后，將這個(gè)數(shù)字信號(hào)處理成為一系列相應(yīng)占空比的方波信號(hào)（即 PWM 波形）并輸出，作為控制驅(qū)動(dòng)電路通斷的控制信號(hào)，以便調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。控制信號(hào)是一系列等幅不等寬的方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路中的開(kāi)關(guān)器件會(huì)根據(jù)控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行頻繁的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，則驅(qū)動(dòng)電路就會(huì)頻繁的通和斷。將轉(zhuǎn)速傳感器安裝在電機(jī)附近，每當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈， 傳感器向單片機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)。 樊小鳳：基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)設(shè)計(jì) 7 電動(dòng)車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求 電動(dòng)車(chē)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