【正文】 , 1 K字節(jié)SRAM, 23個(gè)通用I/O口線，32個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/計(jì)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(gè)SPI串行端口，一個(gè)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(shí)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(jī)的三根霍爾引出線相連。電機(jī)有(000)和(I11)狀態(tài)，即三個(gè)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(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。 PWM控制的原理無刷直流電機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 180176。 觸發(fā)信號(hào)240176。導(dǎo)通方式下，電機(jī)同時(shí)有兩相繞組工作，提高了無刷直流電機(jī)的利用率，也提高了電機(jī)的出力和效率；在該換相方式下，無刷直流電機(jī)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(dòng)能力強(qiáng)，保護(hù)功能齊全。通過電阻RS檢測到的電流信號(hào)分別送給IR2130的9腳(過電流信號(hào)檢測輸人端)和13腳(放大器同相輸人端)。另一路信號(hào)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(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)及時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)橋，停止控制器工作，從而保護(hù)控制器避免更大的傷害。V1控制信號(hào) V4控制信號(hào) 電阻壓降信號(hào) 采樣時(shí)刻 圖14 PWM控制時(shí)旁路電阻的電壓波形圖 轉(zhuǎn)速給定電路電動(dòng)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(shí)，保證輸入AD口的電壓為0。實(shí)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(diǎn)，是電動(dòng)自行車控制器理想的電源電路[17]。單片機(jī)的PC1和PC0分別與（1）和（2）兩個(gè)EDM1190A的時(shí)鐘信號(hào)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(yùn)算器、EPROM、RAM、 I/O端口、定時(shí)器、時(shí)鐘發(fā)生器等完備的內(nèi)部資源。相對(duì)于硬件設(shè)計(jì)來說，軟件設(shè)計(jì)具有更大的靈活性，這也給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了很大的便利。若未出現(xiàn)剎車制動(dòng)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(yùn)行。速度、電流控制程序流程圖如下圖23所示。在設(shè)計(jì)了MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測電路、顯示電路、霍爾信號(hào)采集電路及手把電壓輸入電路等的同時(shí)，還使用了WTB015語音芯片設(shè)計(jì)出語音報(bào)警電路，使電動(dòng)自行車具有語音報(bào)警功能，增加了行駛的的安全。此外要感謝教過我的所有機(jī)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(bào)警程序流程圖以ATmega88單片機(jī)為控制核心的電動(dòng)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(jìn)行調(diào)制。它具有良好的起動(dòng)和抗干擾性能，可以滿足本系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)進(jìn)行初始化之后，首先會(huì)打開中斷口，進(jìn)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(jìn)行欠壓保護(hù)，避免對(duì)電池造成損壞，否則繼續(xù)向下運(yùn)行。如圖22所示，當(dāng)為低電平剎車時(shí)，低電平信號(hào)通過隔離二極管D1將R7端電平拉低后直接送入到單片機(jī)剎車I/O口，實(shí)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(bào)警電路報(bào)警電路使電動(dòng)自行車控制器具備語音報(bào)警功能，是電動(dòng)自行車智能控制系統(tǒng)的重要組成部分，其原理是單片機(jī)會(huì)對(duì)電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)偵測，并對(duì)偵測的結(jié)果用語音形式告知?！?個(gè)LCD顯示模塊EDM1190A分別用來顯示2個(gè)4位數(shù)。圖16 電源電路電路中接入C2C2C2C29是用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)模煞乐狗€(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(hào)送到單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路，控制程序根據(jù)此數(shù)字信號(hào)從而來調(diào)節(jié)電機(jī)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(gè)常開的開關(guān)管和另一個(gè)開關(guān)管的續(xù)流二極管形成續(xù)流回路，這個(gè)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(shí)刻最好是在PWM周期的“開”期間的中部，如圖14所示，以對(duì)開關(guān)管V1,V4的控制為例。本系統(tǒng)中，電流信號(hào)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(shí)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(gè)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(jì)中選用FR107。用IR2130來驅(qū)動(dòng)MOSFET組成的全橋逆變器，驅(qū)動(dòng)時(shí)采用120176。來自單片機(jī)的信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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(jī)最常用、最可靠、最有效的調(diào)速方式，無刷直流電機(jī)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)一般采用調(diào)壓調(diào)速。電機(jī)000 100 110 111 011 001120176。上述兩種電機(jī)的換相均是根據(jù)安裝在電機(jī)內(nèi)部的三個(gè)開關(guān)式的霍爾傳感器輸出的霍爾信號(hào)(HA, HB, HC)來控制的。原理是:無刷直流電動(dòng)機(jī)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(hào)來反映電機(jī)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(gè)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(shí)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(bào)警 電池電壓檢測 單片機(jī) PWM驅(qū)動(dòng)及逆變電路剎車制動(dòng) 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(jī)系統(tǒng)選用基于AVR增強(qiáng)型RISC結(jié)構(gòu)的高性能、低功耗微控制器ATmega88單片機(jī)。 wtwt圖1 無刷直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)自行車調(diào)速控制系統(tǒng)的核心是電動(dòng)自行車控制器，它不僅要完成外部信號(hào)的處理，無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的給定，更重要的是完成整個(gè)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(jī)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(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置,保留了有刷直流電動(dòng)機(jī)寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性能,同時(shí)又克服了有刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向帶來的一系列的缺點(diǎn),因此在各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。電動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的數(shù)模混合控制系統(tǒng)和全數(shù)字控制系統(tǒng) 。驅(qū)動(dòng)電機(jī)最早采用的是有刷直流電動(dòng)機(jī)，有刷電動(dòng)機(jī)采用機(jī)械換向，對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求較低，但是相比無刷電動(dòng)機(jī)，有刷電動(dòng)機(jī)存在著明顯的劣勢:壽命短，噪聲大，效率低，返修率較高。電動(dòng)自行車由于輕便、快捷、價(jià)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(gè)人交通工具。通過軟硬件的配合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于河北科技師范學(xué)院。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。根據(jù)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)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(jī)換相，同時(shí)實(shí)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(dòng)機(jī)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(jī) 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(dòng)電路 9 電壓檢測及欠壓保護(hù)電路 12 電流檢測及過流保護(hù)電路 12 轉(zhuǎn)速給定電路 13 電源電路 14 速度、報(bào)警顯示電路 15 照明電路 16 欠壓、過流報(bào)警電路 16 剎車電路 174 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 17 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 17 電子換相程序設(shè)計(jì) 18 速度和電流控制子程序 19 AD轉(zhuǎn)換采樣程序設(shè)計(jì) 20 語音報(bào)警程序設(shè)計(jì) 20 21參考文獻(xiàn) 21致謝 22引言隨著城市外延的擴(kuò)大，交通機(jī)動(dòng)化的需求不斷增加，