【正文】 , 1 K字節(jié)SRAM, 23個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，面向字節(jié)的兩線串行接口，一個SPI串行端口，一個6路10位ADC (TQFP與MLF封裝的器件具有8路10位ADC)，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，以及五種可以通過軟件選擇的省電模式。 120176。相位上互差120176。圖6位置及轉(zhuǎn)速檢測電路 如上圖所示，JI, J2和J3分別與直流無刷電機的三根霍爾引出線相連。電機有(000)和(I11)狀態(tài)，即三個霍爾可以輸出全低或全高，沒有(101)和(010)狀態(tài)，120176。改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。 PWM控制的原理無刷直流電機是在直流電源恒定供電的情況下，通過調(diào)節(jié)PWM波的脈寬來改變直流電壓，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制。 180176。 觸發(fā)信號240176。導(dǎo)通方式下，電機同時有兩相繞組工作，提高了無刷直流電機的利用率，也提高了電機的出力和效率；在該換相方式下，無刷直流電機同一橋臂的上下兩管互差60176。該電路為28腳雙列直插元件，驅(qū)動能力強，保護功能齊全。通過電阻RS檢測到的電流信號分別送給IR2130的9腳(過電流信號檢測輸人端)和13腳(放大器同相輸人端)。另一路信號送至比較器，當(dāng)電流突然由于某種原因大大超過允許值，比較器翻轉(zhuǎn)送出中斷信號給單片機，單片機會及時關(guān)閉驅(qū)動橋，停止控制器工作，從而保護控制器避免更大的傷害。V1控制信號 V4控制信號 電阻壓降信號 采樣時刻 圖14 PWM控制時旁路電阻的電壓波形圖 轉(zhuǎn)速給定電路電動自行車的調(diào)速通常是通過手柄來調(diào)節(jié)的，分為接觸式和非接觸式。當(dāng)手把松開或者卸掉時，保證輸入AD口的電壓為0。實踐證明本電源電路圖原理簡單，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，是電動自行車控制器理想的電源電路[17]。單片機的PC1和PC0分別與（1）和（2）兩個EDM1190A的時鐘信號管腳CLK相連。WTB語音芯片是一款低成本且?guī)б纛l合成器的4位OTP微型語音處理器，主要包括4位的數(shù)字邏輯運算器、EPROM、RAM、 I/O端口、定時器、時鐘發(fā)生器等完備的內(nèi)部資源。相對于硬件設(shè)計來說，軟件設(shè)計具有更大的靈活性，這也給系統(tǒng)的設(shè)計帶來了很大的便利。若未出現(xiàn)剎車制動的情況則顯示當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和電壓，從而開始轉(zhuǎn)速和電流的調(diào)節(jié)并開始循環(huán)運行。速度、電流控制程序流程圖如下圖23所示。在設(shè)計了MOSFET驅(qū)動電路、電流檢測電路、顯示電路、霍爾信號采集電路及手把電壓輸入電路等的同時，還使用了WTB015語音芯片設(shè)計出語音報警電路，使電動自行車具有語音報警功能，增加了行駛的的安全。此外要感謝教過我的所有機電工程學(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。圖26 語音報警程序流程圖以ATmega88單片機為控制核心的電動自行車用BLDCM控制系統(tǒng)，采用霍爾位置傳感器完成了電子換相、速度檢測的功能，并采用單極型PWM進行調(diào)制。它具有良好的起動和抗干擾性能，可以滿足本系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)進行初始化之后，首先會打開中斷口，進行中斷初始化之后開始檢測電源電壓是否處于欠壓的狀態(tài)，若出現(xiàn)欠壓狀態(tài)則開始進行欠壓保護，避免對電池造成損壞，否則繼續(xù)向下運行。如圖22所示，當(dāng)為低電平剎車時，低電平信號通過隔離二極管D1將R7端電平拉低后直接送入到單片機剎車I/O口，實現(xiàn)剎車。其電路原理圖如下圖18所示：圖 18 照明電路原理圖 欠壓、過流報警電路報警電路使電動自行車控制器具備語音報警功能，是電動自行車智能控制系統(tǒng)的重要組成部分，其原理是單片機會對電動自行車控制系統(tǒng)進行實時偵測，并對偵測的結(jié)果用語音形式告知。　2個LCD顯示模塊EDM1190A分別用來顯示2個4位數(shù)。圖16 電源電路電路中接入C2C2C2C29是用來實現(xiàn)頻率補償?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。手柄電壓輸入電路是將手柄輸出的模擬信號送到單片機的AD轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路，控制程序根據(jù)此數(shù)字信號從而來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。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)過那個常開的開關(guān)管和另一個開關(guān)管的續(xù)流二極管形成續(xù)流回路，這個續(xù)流回路并不經(jīng)過檢測電阻R，所以在PWM的“關(guān)”期間不能采樣電流；另外在PWM周期的開的瞬間，電流上升不穩(wěn)定，也不易采樣，所以電流采樣時刻最好是在PWM周期的“開”期間的中部，如圖14所示，以對開關(guān)管V1,V4的控制為例。本系統(tǒng)中，電流信號經(jīng)電阻采樣之后分兩路，一路送至放大器，一路送至比較器。自舉電容在器件斷態(tài)時通過自舉二極管被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)計中選用FR107。用IR2130來驅(qū)動MOSFET組成的全橋逆變器，驅(qū)動時采用120176。來自單片機的信號通過驅(qū)動電路驅(qū)動各功率開關(guān)管的導(dǎo)通、斷開，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。 360176。 60176。綜上所述，調(diào)壓調(diào)速是無刷直流電機最常用、最可靠、最有效的調(diào)速方式，無刷直流電機無級調(diào)速系統(tǒng)一般采用調(diào)壓調(diào)速。電機000 100 110 111 011 001120176。上述兩種電機的換相均是根據(jù)安裝在電機內(nèi)部的三個開關(guān)式的霍爾傳感器輸出的霍爾信號(HA, HB, HC)來控制的。原理是:無刷直流電動機轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60176。在系統(tǒng)中將利用轉(zhuǎn)子位置傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號來反映電機的轉(zhuǎn)速。圖4 主控模塊 轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路a b c 0176。TQFP與MLF封裝芯片的ADC7~6引腳為兩個10位A/D轉(zhuǎn)換器的輸入口，它們的電壓由AVCC提供。(4)AVCC。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C保持為高阻態(tài)。5V 速度顯示 轉(zhuǎn)速給定 BLDCM 轉(zhuǎn)速及位置檢測 電流檢測及比較電路聲光報警 電池電壓檢測 單片機 PWM驅(qū)動及逆變電路剎車制動 電源 36V 15V 15V V圖3總體結(jié)構(gòu)框圖3控制系統(tǒng)硬件電路 單片機系統(tǒng)選用基于AVR增強型RISC結(jié)構(gòu)的高性能、低功耗微控制器ATmega88單片機。 wtwt圖1 無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)圖圖2 各相繞組的導(dǎo)通順序示意圖2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理電動自行車調(diào)速控制系統(tǒng)的核心是電動自行車控制器，它不僅要完成外部信號的處理，無刷直流電動機驅(qū)動信號的給定，更重要的是完成整個控制系統(tǒng)的控制策略。的電角度范圍內(nèi)有3種磁狀態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù)120176。由于電子開關(guān)線路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機械換向器的換向作用[4]。它用一套電子換向裝置代替了有刷直流電動機的機械換向裝置,保留了有刷直流電動機寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性能,同時又克服了有刷直流電動機機械換向帶來的一系列的缺點,因此在各個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。電動自行車控制器的主要形式有:分立元件加少量集成電路構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)、基于專用集成電路的控制系統(tǒng)、以微型計算機技術(shù)為核心的數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)和全數(shù)字控制系統(tǒng) 。驅(qū)動電機最早采用的是有刷直流電動機，有刷電動機采用機械換向，對控制系統(tǒng)的技術(shù)要求較低，但是相比無刷電動機，有刷電動機存在著明顯的劣勢:壽命短，噪聲大，效率低，返修率較高。電動自行車由于輕便、快捷、價位等優(yōu)勢異軍突起，日益成為自行車交通工具使用者的一種理想的并廣受歡迎的個人交通工具。通過軟硬件的配合，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的設(shè)計要求。本學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于河北科技師范學(xué)院。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。根據(jù)永磁無刷直流電動機的特性實施單極PWM脈寬調(diào)制，并通過位置傳感器的輸出情況控制電機換相，同時實現(xiàn)轉(zhuǎn)速檢測，并通過液晶顯示器顯示轉(zhuǎn)速。 position sensor目 錄摘 要 IAbstract I引言 21無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)及原理 32系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理 43控制系統(tǒng)硬件電路 5 單片機 5 轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路 7 轉(zhuǎn)速控制方法 8 全橋逆變及功率驅(qū)動電路 9 電壓檢測及欠壓保護電路 12 電流檢測及過流保護電路 12 轉(zhuǎn)速給定電路 13 電源電路 14 速度、報警顯示電路 15 照明電路 16 欠壓、過流報警電路 16 剎車電路 174 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 17 系統(tǒng)主程序設(shè)計 17 電子換相程序設(shè)計 18 速度和電流控制子程序 19 AD轉(zhuǎn)換采樣程序設(shè)計 20 語音報警程序設(shè)計 20 21參考文獻 21致謝 22引言隨著城市外延的擴大，交通機動化的需求不斷增加，