【正文】 .......................................................... 1 研究方法 .......................................................................................................... 1 直流電機(jī)調(diào)速原理 ................................................................................. 1 直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)方式 ......................................................................... 3 系統(tǒng)總體方案論證 .................................................................................................. 4 系統(tǒng)方案比較與選擇 ...................................................................................... 4 系統(tǒng)方案描述 .................................................................................................. 4 硬件電路的模塊設(shè)計 .............................................................................................. 5 控制電路設(shè)計 ................................................................................................... 5 信號處理電路設(shè)計 ........................................................................................... 6 驅(qū)動電路方案及參數(shù)描述 ............................................................................... 7 IR2110 驅(qū)動電路中 IGBT 抗干擾設(shè)計 ................................................ 7 IR2110 功率驅(qū)動介紹 ............................................................................ 8 H 橋驅(qū)動電路原理 ................................................................................. 9 穩(wěn)壓電源設(shè)計 ................................................................................................ 10 光電測速電路 ................................................................................................ 11 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................................................................................................ 11 電動機(jī)驅(qū)動和 速度控制程序設(shè)計 ................................................................. 12 調(diào)速與測速程序設(shè)計 ........................................................................... 15 PCA 捕獲模式 ...................................................................................... 15 PCA 脈寬調(diào)節(jié)模式 ........................................................................ 15 PWM 調(diào)制信號接收模塊 ................................................................... 16 ................................................................................................................... 19 結(jié)束語 .................................................................................................................... 19 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 20 致 謝 ...................................................................................................................... 21 附錄 1 原理圖 ........................................................................................................... 23 附錄 2 PCB 圖 .......................................................................................................... 24 附錄 3 程序清單 ......................................................................................................... 25 定時器程序 ..................................................................................................... 25 延時程序 ......................................................................................................... 26 LCD 顯示程序 ................................................................................................ 26 PWM 程序 ...................................................................................................... 30 電動機(jī)調(diào)速程序 ............................................................................................. 32 主程序 ............................................................................................................. 35 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 20xx） 1 電動自行車驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計 概 述 研究現(xiàn)狀綜述 20世紀(jì) 70 年代以來，直流電機(jī)傳動經(jīng)歷了重大的技術(shù)、裝備變革。使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。由于微處理器以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。 現(xiàn)階段，我國還沒有自主的全數(shù)字化直流調(diào)速控制裝置生產(chǎn)商，而國外先進(jìn)的控制器價格昂貴，且技術(shù)轉(zhuǎn)讓受限，為此研究及更好的使用國外先進(jìn)的控制器，吸收國外先進(jìn)的數(shù)字化直流電機(jī)調(diào)速裝置的優(yōu)點，具有重要的實際意義和重大的經(jīng)濟(jì)價值。由上式可知，直流電機(jī)的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場控制法。傳統(tǒng)的改變電壓方法是在電樞回路中串聯(lián)一個電阻，通過調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，這種方法效率低、平滑度差，由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟(jì)效益低，而且轉(zhuǎn)速越慢，能耗越大 [6]。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制 (PWM)應(yīng)用更為廣泛。晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難，性能較差，自動化控制程度差，調(diào)速過程較為復(fù)雜，不利于工業(yè)生產(chǎn)和小功率電路中采用。改變占空比 D的值有三種方法： A、定寬調(diào)頻法：保持 t1不變，只改變 t，這樣使周期 (或頻率 )也隨之改變 [7]。利用單片機(jī)的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡化硬件電路，操作性強(qiáng)等優(yōu)點。全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷升級換代，為工程應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)提供了優(yōu)越的條件。 方案二： 采用 MC51單片機(jī)、功率集成電路芯片 L298構(gòu)成直流調(diào)速裝置。 方案三： 采用 STC12C5A60S2增強(qiáng)型 單片機(jī)、 IR2110功率驅(qū)動芯片構(gòu)成整 個系統(tǒng)的核心實現(xiàn)對直流電機(jī)的調(diào)速。 IR2110是專門的 MOSFET管和 IGBT的驅(qū)動芯片，帶有自舉電路和隔離作用，有利于和單片機(jī)聯(lián)機(jī)工作，且IGBT 的工作電流可達(dá) 50A，電壓可達(dá) 1200V[10]，適合工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用?？驁D如下圖 21 鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（ 20xx） 5 主控芯片 PWM信號的產(chǎn)生與放大 直流電機(jī) 測速 發(fā)電機(jī) PCA 捕捉模式 A/D 轉(zhuǎn)換 圖 21 系統(tǒng)整體框圖 驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 控制電路 本系統(tǒng) 采用 STC12C5A60S2控制輸出數(shù)據(jù)，產(chǎn)生 PWM 信號，送到 驅(qū)動電路，驅(qū)動 直流電機(jī)，直流電機(jī)通過測速電路， 將速度數(shù)據(jù)通過 PCA 送回單片機(jī)， 在LCD 液晶顯示屏上顯示占空比和電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，并 依據(jù)按鍵電路下達(dá)的指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 實現(xiàn)對電機(jī)速度和轉(zhuǎn)向的控制，達(dá)到直流電機(jī)調(diào)速的目的 。 PCA含有一個特殊的16位定時器，有 2個 16位的捕獲 /比較模塊與之相連。 信號處理電路 PWM作為速度信號 ,和方向信號 Dir()一起要經(jīng)過信號處理電路 ,產(chǎn)生 4路滿足功率驅(qū)動電路要求的時序信號。 Dir=1時 ,電機(jī)正轉(zhuǎn) ； Dir1=0時 ,電機(jī)反轉(zhuǎn)。 1Dir LIN2= 1 IR2110設(shè)計保護(hù)電路性能良好，安全性高，無控制信號時，電機(jī)處于剎車狀態(tài)，可用于很多工業(yè)領(lǐng)域。電路中為了防止 Q Q3導(dǎo)通時高電壓串入 Vcc 端損壞芯片，在設(shè)計采用快恢復(fù)二極管IN4148，其快速恢復(fù)時間為 500ns[13] 可有效地隔斷高壓信號串入 IR2110。為了避免馬達(dá)的反電動勢的危害，需要在晶體管兩端接二極管，因為馬達(dá)線圈在電路開閉瞬間產(chǎn)生的反向電動勢通過會高過電源，這樣對晶體管和電路會有很大的影響甚至燒毀零件。 電動自行車驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計 8 圖 33 IR2110部分寄生二極管示意圖 IGBT（ Insulated GateBipolar Transistor）是電壓驅(qū)動型器件 ，由 于 是容性輸入阻抗，故要求驅(qū)動電路提供一條小阻抗通路，將柵極電壓限制在一定安全數(shù)字內(nèi) [17]。門電壓需求在 10~20V范圍，懸浮通道用于驅(qū)動MOSFET的高壓端電壓可以達(dá)到 500V[18]。而當(dāng)該腳為低電平時，輸出跟隨輸入變化。引腳 3還通過一個高反壓快速恢復(fù)二極管與引腳 6相連。在 VM1開通， VM2關(guān)斷期間 ,VC1通過電阻 Rg1與 S1的柵射極間電容 Cg1放電。 如果自舉電容 C選取的過大 ,可能使 S2關(guān)斷時電容兩端還沒有達(dá)到要求的電壓，而電容選擇較小則會導(dǎo)致電容存儲的能量 不夠維持柵源電壓在 S1導(dǎo)通時間內(nèi)為一定值。 H 橋驅(qū)動電路原理 自舉電路輸出端電源 VCC是 12V,輸人信號端電源 VDD是 5V,C C8是自舉電容 ,D D2是二極管 , C C10是濾波電容 , Q Q Q Q5是 場效應(yīng)晶體管 .當(dāng)Q Q5導(dǎo)通時 , 電機(jī)正轉(zhuǎn) ； 當(dāng) Q Q4導(dǎo)通時 , 電機(jī)反轉(zhuǎn) ； 當(dāng) Q Q5導(dǎo)通時 ,電機(jī)兩極與地短接 , 電機(jī)剎車制動。