【正文】 優(yōu)點(diǎn)，使其得以廣泛應(yīng)用于家庭、辦公、工業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域。 電子換向逆變器主電路如圖 所示， AA′ 、 BB′ 、 CC′ 代表直流無刷電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組，采用 Y 型連結(jié)，逆變器為兩兩通電方式， 120176。~120176。(電角度 )處。 本課題是通過利用單片機(jī)主控芯片來檢測(cè)來無位置傳感器直流無刷電動(dòng)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。 ωt A—A′ ωt C—C′ ωt B—B′ 60176。從而出現(xiàn)了無位置傳感器的直流無刷電機(jī)，其原理框圖如圖 所示 [6]。的電角度過程中總 有一次經(jīng)過坐標(biāo)軸 (過零點(diǎn) )，而此點(diǎn)的電角度和下一次換向點(diǎn)的電角度正好相差 30176。電角度， V3，V4導(dǎo)通， AA′ 相、 BB′ 相有外加電壓， CC′ 相的產(chǎn)生的反電勢(shì)如圖 ；當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 30176。讓 V5， V6導(dǎo)通， V4 關(guān)閉，依次類推，可以實(shí)現(xiàn)無位置傳感器直流無刷電機(jī)的換向。 180176。這些特殊點(diǎn)處直接實(shí)現(xiàn)換向，這將在下一章進(jìn)行敘述。 60176。無位置傳感器檢測(cè)方法主要包括反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)法、反電動(dòng)勢(shì)三次諧波積分檢測(cè)法、續(xù)流 二極管 檢測(cè)法、反電動(dòng)勢(shì)積分法、磁鏈估計(jì)法、擴(kuò)展卡爾曼濾波法等?？芍? 當(dāng) AS 、 BS 導(dǎo)通時(shí)，即電流從 A 相流入， B 相流出， BAii?? ， V A A B V BU U U U? ? ? (式 ) AA A iAdiU R i L Udt? ? ? (式 ) BB B i BdiU R i L Udt? ? ? (式 ) 當(dāng) AS 、 CS 導(dǎo)通時(shí)，即電流從 A 相流入， C 相流出， CAii?? ， VA A C VCU U U U? ? ? (式 ) 由 (式 )、 (式 )可得： ? ?A V A V B V C A B C1U 2 U U U U U U3? ? ? ? ? ? (式 ) 同理可得： ? ?B V B V C V A A B C1U 2 U U U U U U3? ? ? ? ? ? (式 ) ? ?C V C V A V B A B C1U 2 U U U U U U3? ? ? ? ? ? (式 ) 再由 (式 )、 (式 )及 BAii?? 可得： A B i A i BU U U U? ? ? (式 ) 12 同理可得： B C i B i CU U U U? ? ? (式 ) C A iC iAU U U U? ? ? (式 ) 綜合 (式 )、 (式 )、 (式 )可得： A B C iA iB iCU U U U U U? ? ? ? ? (式 ) 將 (式 )分別代入 (式 )、 (式 )、 (式 )得： ? ?A V A V B V C i A i B i C1U 2 U U U U U U3? ? ? ? ? ? (式 ) ? ?B V B V C V A i A i B i C1U 2 U U U U U U3? ? ? ? ? ? (式 ) ? ?C V C V A V B i A i B i C1U 2 U U U U U U3? ? ? ? ? ? (式 ) ? ?0 V A V B V C i A i B i C1U U U U U U U3? ? ? ? ? ? (式 ) A B Ci i i 0? ? ? (式 ) 將 (式 )代入 (式 )得： CC AV A i A V X i A AX A X A1 d iU U U U R i L3 d t????? ? ? ? ??????? (式 ) 同理可得： CC BV B i B V X i X BX A X A1 d iU U U U R i L3 d t????? ? ? ? ??????? (式 ) CC CV C i C V X i X CX A X A1 d iU U U U R i L3 d t????? ? ? ? ??????? (式 ) 當(dāng) AS 、 BS 導(dǎo)通時(shí)，即電流從 A 相流入， B 相流出， C 相沒有電流，此時(shí)： BAii?? ， Ci0? VA VB dU U U?? iA iB iCU U U 0? ? ? 若 iCU 過零（即 iCU0? ），則 V A V B dVC U U UU 22???，同理可得： dVA UU 2? ， dVB UU 2? 。 速度顯示 電動(dòng)自行車在行駛過程中，使用者常常需要了解車行的速度，以便更好地控制速度，保證行駛的安全。 2 路位選線 D0D1，分別控制 2 路七段數(shù)據(jù)鎖存器，為 “l(fā)”選通，為 “0”封鎖，可以同時(shí)為 “1”全部選通，也可以同時(shí)為 “0”全部封鎖。當(dāng)蓄電池以恒定電流放電時(shí)，它的容量 (Q)等于放電電流 (Id)和放電時(shí)間 (td)的乘積 : ddQ I t?? (式中 Id 的單位為安 (A)， td 的單位為小時(shí) (h)， Q 的單位為安時(shí) (A如果采用此方式來顯示蓄電池的容量，還需要考慮蓄電池充電特性和蓄電池的放電率 (放電率 =額定容量 Q 鎖定(A電動(dòng)自行車在行駛中，利用軟件讓單片機(jī)對(duì)蓄電池端電壓 U 進(jìn)行測(cè)量、處理，并將處理的結(jié)果值經(jīng)I/O 端口發(fā)送到液晶顯示驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)顯示。若運(yùn)算量較小，速度要求不特別高，主要運(yùn)算為邏 輯運(yùn)算，而且輸出 I/O 口較多，則應(yīng)用單片機(jī)設(shè)計(jì)較好。 (1) 可編程片上系統(tǒng) 系列 (PSoC) PSoC(Programmable System on Chip)是美國 Cypress MicroSystem 公司推出的新一代功能強(qiáng)大的 8 位可配置的嵌入式單片機(jī)。僅就這 個(gè)課題研究的過程來說，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)太 過復(fù)雜，不利于研究。其高速度 (每條指令最快可達(dá) 160ns)、低工作電壓 (最低工作電壓可為 3V)、低功耗 (3V， 32kHZ 時(shí) 15Μa)、較大的輸入輸出直接驅(qū)動(dòng) LED 能力 (灌電流可達(dá) 25mA)、一次性編程 OTP(One Time Programmable)芯片的低價(jià)格 (最低的不到 8 元人民幣 )、小體積 (最小為 8 引腳 )指令簡(jiǎn)單易 學(xué)易用 (3557 條指令 )等，都體現(xiàn)了微控制器芯片工業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，在市場(chǎng)上具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，該系列微控制器在全球已廣泛應(yīng)用于家電、辦公自動(dòng)化設(shè)備、電子電訊、金融電子、汽車、儀表、工業(yè)控制等領(lǐng)域，在 8 位微控制器市場(chǎng)從 90 年的第 20 位提高到 96 年的第 5 位，以至成為 8 位微控制器中最具有影響力的主流嵌入式控制器?；?MC33035 的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，抗干擾行強(qiáng)，可靠性高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但其只適合在電機(jī)控制精度不太高，功率要求不太大的情況下廣泛應(yīng)用。 (3) 低功耗 SLEEP 方式。 (7) 具有 4K*l4 位字的 EPROM，可以滿足普通的系統(tǒng)軟件的容量要求。 由上述可知，該芯片的功能及參數(shù)可以滿足 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 。 圖 、換向控制及調(diào)速電路圖 需要值得注意的是， PIC16C74 單片機(jī) PORTB 端口的四個(gè)引腳中任何一個(gè)引腳電平變化都能 引起單片機(jī)產(chǎn)生中斷，但是單片機(jī)并不能夠判斷出是哪個(gè)引腳的電平變化，只能通C B A +DC R2 R2 R2 R2 R2 R2 R2 R2 R1 R1 R1 R1 C C C C Z Y X 3 2 1 LM324 P4 P6 P5 P3 P2 P1 RB7 RB6 RB5 PIC16C74 RB3 RB2 RB1 RC7 RC6 RC5 CCP1 + + + 4081 19 過中斷標(biāo)志查出是 PORTB 端口電平變化引起的中斷；另外，單片機(jī)也不能夠判斷出 PORTB端口四個(gè)引腳上電平變化是從低到高 (0→l) 還是從高到低 (l→0) ，而比較器在一個(gè)周期內(nèi)，每一路輸出波形 (或電平 )的變化都表示不同的功率開關(guān)器件開或關(guān)，因此讓單片機(jī)在PORTB 端口電平變化引起中斷處理計(jì)時(shí)、延時(shí)后，當(dāng)延時(shí) 30176。直流無刷電動(dòng)機(jī)的端電壓檢測(cè)電路的三相端電壓信號(hào) A、 B、 C 中含有的高頻信號(hào)及外界干擾，必須經(jīng)過濾波電路以濾掉高頻信號(hào)及外界干擾，否則會(huì)干擾比較器的正常工作；由于電動(dòng)自行車用直流無刷電動(dòng)機(jī)的速度較低，頻率也較低，因 此使用電容 C 就可以讓低頻段的信號(hào)通過，抑制高頻段的信號(hào)。由于無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和永磁同步電動(dòng)機(jī)相似，所以無刷直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)可以采用他控式同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式，從靜止開始加速，直至轉(zhuǎn)速足夠大能夠檢測(cè)到反電動(dòng)勢(shì)，再切換到直流無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式，其原理框圖如圖 。當(dāng)保護(hù)信號(hào)有效時(shí)，逆變器功率器件被關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率器件的保護(hù)措施。t 即為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的電角度 θE。這樣依次類推，假如在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 了 e t k 60? ? ? ? ?個(gè) 電角度之后，達(dá)到了需要的反電動(dòng)勢(shì)信號(hào) 信號(hào)選擇 器 保護(hù)信號(hào) 自同步信 號(hào) 譯碼 C′ B′ A′ C B A 轉(zhuǎn)子位置信號(hào) 外同步信號(hào) 21 轉(zhuǎn)速，那么由這一系列位置對(duì)應(yīng)的時(shí)刻 t0， tl， t2， …… ， tk 的值，即可確定逆變器的每一個(gè)逆變狀態(tài)的改變時(shí)刻。 驅(qū)動(dòng)電路 由于 PIC16C74 單片機(jī)使用的電源電壓是 +5V，其 I/O 端口輸出輸入的電壓電流相對(duì)來說比較小，不能直接驅(qū)動(dòng)功率器件 MOSFET，因此需要根據(jù) PIC16C74 單片機(jī)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出驅(qū)動(dòng)電路的上下橋臂 [10]，如圖 、圖 所示。圖 除了具有上述功能外，還起著電平轉(zhuǎn)化作用，因?yàn)橐话?TTL 的工作電平轉(zhuǎn)低 (5V)，不宜直接驅(qū)動(dòng)電流容量較大的功率管 MOSFET。 在直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)主電路中，電機(jī)換向時(shí)功率管 MOSFET 突然關(guān)斷，某一相的電流突變?yōu)?0。電動(dòng)自行車的調(diào)速常常是在手柄上安裝一個(gè)光耦可調(diào)電阻，由手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的； 我選用的 是可調(diào)電阻，其原理如圖 所示。 圖 PWM工作方式結(jié)構(gòu)示意圖 下式說明 PWM 周期和占空比的計(jì)算 [12]： PWM 周期 = [(PR2)+l] 4 Tosc (TMR2 預(yù)分頻值 ) PWM 占空比 = (DC1) Tosc (TMR2 預(yù)分頻值 ) 其中， DC1 的 10 位值由 8 位的 CCPR1L 的值 (作為 10 位中的高 8 位 )和控制寄存器CCPXCON 中的 D5和 D4(作為最低兩位 )組成，所以 PWM 的輸出分辨 率是可編程的，可從8 位的定時(shí)器 2 模塊得到 10 位的分辨率。當(dāng)電機(jī)剛