【正文】 功率器件專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2130使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路得以簡(jiǎn)化，減少了外圍元件，提高了控制器可靠性。由于剎車制動(dòng)時(shí)采用的是按鍵，因此需要進(jìn)行查詢中斷，來(lái)判斷是否需要進(jìn)行剎車制動(dòng)從而進(jìn)行保護(hù)。本系統(tǒng)的核心器件為WTBO15語(yǔ)音芯片。大容量的C2C2C2C30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。此過(guò)程可以通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)器采用連續(xù)增減計(jì)數(shù)方式時(shí)周期匹配事件啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)根據(jù)霍爾傳感器輸人信號(hào)經(jīng)內(nèi)部邏輯處理輸出6個(gè)控制信號(hào)，分別送到IR2130的2~7管腳，經(jīng)IB2130內(nèi)部處理產(chǎn)生6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)逆變電橋中6個(gè)功率MOSFET管。采用全橋逆變器的無(wú)刷直流電機(jī)在120176。 120176。電機(jī)101 100 110 010 011 001數(shù)組序號(hào)0 1 2 3 4 5 表2 逆變器功率管導(dǎo)通表狀態(tài)1 狀態(tài)2 狀態(tài)3 狀態(tài)4 狀態(tài)5 狀態(tài)6導(dǎo)通的功率管V1 V4 V1 V6 V3 V6 V3 V2 V5 V2 V5 V4定子導(dǎo)通相AB AC BC BA CA CB 轉(zhuǎn)速控制方法 電機(jī)的調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的表達(dá)式見(jiàn)公式(1)： 公式(1)式中 U——電樞端電壓；I——電樞電流； R——電樞電路總電阻； ——每極磁通量； K——電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)由此可知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U，改變電機(jī)的主磁通改變電樞回路電阻R。電角度都有一次換相，只要測(cè)得兩次換相的時(shí)間間隔△t，就可以計(jì)算出電機(jī)換相期間的平均角速度[9]。 60176。AVCC為A/D轉(zhuǎn)換器的電源。它的常用引腳功能如下：(1)端口B (PB7~0)。電角度。目前，我國(guó)市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)電動(dòng)自行車的品種規(guī)格較多，驅(qū)動(dòng)多數(shù)用有刷或無(wú)刷的輪式直流電機(jī)，工作電壓為24V, 36V或48V，功率在150W~400W之間；正常工作時(shí)，36 V電機(jī)的額定電流在4. 5~ 5 A，對(duì)24 V電機(jī)的定額電流為6. 25~7. 5 A 。在電子技術(shù)和電子元器件取得突破性進(jìn)展之后，交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問(wèn)題得到解決，交流異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件的方案也被電動(dòng)車輛采用。主要工作如下:硬件部分包括電源電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、轉(zhuǎn)速及位置檢測(cè)電路、PWM控制電路、電流檢測(cè)電路、速度給定及顯示電路、照明電路、保護(hù)電路等。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。 ATmega88 。其中，控制器決定了電動(dòng)車的操控性能。位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電機(jī)轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接。 480176。(2)端口C (PC5~0)。AREF為ADC的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 360176。和120176。PWM調(diào)節(jié)是一種根據(jù)能量沖量等效原理，通過(guò)將固定不變的系統(tǒng)電壓斬成占空比可變的PWM波，通過(guò)改變占空比來(lái)改變電機(jī)電樞兩端的平均電壓的電壓調(diào)節(jié)方式。180176。+ DC V3 D2 D5 V4 V1 D1 D4 V2 V5 D3 D6 V6 A B C 圖9 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)星型連接全橋驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)原理圖全橋型逆變電路有六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，若每個(gè)開(kāi)關(guān)器件都用一單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，則造成系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且可靠性也會(huì)下降。圖12所示為電壓檢測(cè)電路，本系統(tǒng)通過(guò)采樣電池的端電壓，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單濾波后輸入單片機(jī)的ADC口，用軟件進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)小于某個(gè)設(shè)定值（）時(shí)，立即采取措施，關(guān)閉電源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池電壓的檢測(cè)及對(duì)蓄電池的必要保護(hù)[15]。調(diào)速電路原理如圖15所示，手柄有三個(gè)端口，一個(gè)接電源，一個(gè)接地，最后一個(gè)由旋轉(zhuǎn)手柄可以得到變化的輸出電壓信號(hào)UN。EDM1190A段碼式液晶顯示器模塊由LCD液晶顯示器、驅(qū)動(dòng)電路、8位CPU接口電路構(gòu)成。WTBO15語(yǔ)音芯片的第15引腳與單片機(jī)的DATA端相連，16引腳與單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)端RST相連，MCU高電平發(fā)出幾個(gè)脈沖就觸發(fā)播放第幾個(gè)聲音，需要注意的是:DATA端在每次發(fā)脈沖控制數(shù)據(jù)前，需先發(fā)RST復(fù)位信號(hào)讓W(xué)TBO15復(fù)位，這樣才能保證語(yǔ)音芯片的正常工作[18]。為了使控制精度和動(dòng)態(tài)性能達(dá)到最優(yōu)，本系統(tǒng)選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在本次設(shè)計(jì)中，我得到了老師大力支持。由于電流的AD檢測(cè)非常重要，并且在中斷中，所以AD通道的切換就必須非常注意，通常手柄、電源電壓變化比較緩慢。 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序主要完成ATmega88單片機(jī)各寄存器以及各變量的初始化、電源電壓是否正常、為轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)做好入口準(zhǔn)備和電機(jī)各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換等，流程圖如圖21所示。顯示電路如圖17所示，EDM1190A顯示數(shù)字所對(duì)應(yīng)的段碼如表3所示。圖15轉(zhuǎn)速給定電路 電源電路電源電壓主要有幾種:36V提供給電機(jī)，由蓄電池直接供給。采樣電阻為一個(gè)阻值為22Ω、8W的電阻(圖14中的Rs)，其兩端電壓送給U5A，經(jīng)放大后輸送給MCU,完成電流采樣。HIN1 ~HIN3, LIN1~LIN3為逆變器上橋臂和下橋臂功率管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，低電平有效；ITRIP是過(guò)流信號(hào)檢測(cè)輸入端，可通過(guò)輸入電流信號(hào)來(lái)完成過(guò)流或者直通保護(hù):HO1 ~HO3，LO1~LO3是逆變器上下橋臂功率開(kāi)關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端；FAULT為過(guò)流、直通短路、過(guò)壓、欠壓保護(hù)輸出端，該端提供一個(gè)故障保護(hù)的指示信號(hào)[13]。圖7 單極性PWM控制各觸發(fā)信號(hào)圖 圖 8 雙極性PWM控制各觸發(fā)信號(hào)圖 全橋逆變及功率驅(qū)動(dòng)電路本系統(tǒng)采用的逆變電路為三相六管全橋式逆變器，其工作方式為120176。電角度的區(qū)域內(nèi)，一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件一直處于開(kāi)通狀態(tài)，另一個(gè)處于PWM狀態(tài)。三相霍爾信號(hào)(HA, HB, HC)經(jīng)霍爾采樣電路采樣后送給單片機(jī)，單片機(jī)軟件控制程序?qū)⒒魻栃盘?hào)以數(shù)組形式存儲(chǔ)在單片機(jī)制成霍爾信號(hào)數(shù)組表和霍爾相序數(shù)組表存儲(chǔ)到單片機(jī)EEPROM中(見(jiàn)表1)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到電機(jī)要換相時(shí)通過(guò)查上述兩表便可得到MOSFET要導(dǎo)通的順序，輸出換相控制信號(hào)。對(duì)其中的任一位置傳感器而言，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生P個(gè)方波脈沖(P為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù))，顯然這種方波脈沖的頻率是正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速的。如圖4所示為本系統(tǒng)中基于ATmega88單片機(jī)的電動(dòng)自行車用BLDCM控制器連接圖。此時(shí)，即使系統(tǒng)時(shí)鐘沒(méi)有運(yùn)行，該引腳上出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間超過(guò)最小脈沖寬度的低電平將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)?？刂破鞲鶕?jù)調(diào)速傳感電路的信號(hào)，輸出相應(yīng)的PWM方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路將脈寬變化的方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為大小變化的直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路整形、放大后控制電機(jī)。其工作過(guò)程如下:當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子N極位于A (a)處，則傳感器a元件感應(yīng)出信號(hào)，使功率晶體管V1導(dǎo)通，A相繞組中便有電流通過(guò)，設(shè)其方向?yàn)锳(流入)、X(流出)，便產(chǎn)生水平向左的定子磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與向上的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。控制靈活、功能擴(kuò)展方便且易實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。目前電動(dòng)車中使用的電動(dòng)機(jī)一般有直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以及永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)等。單片機(jī)控制的調(diào)速系統(tǒng)是電動(dòng)自行車的控制核心，與無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)共同構(gòu)成電動(dòng)自行車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。無(wú)刷直流電機(jī)是利用電子換相替代機(jī)械換相和電刷，既具有直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速性能，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。促進(jìn)人與地球的和諧發(fā)展，方便尋常百姓出行，緩解城市交通擁堵，都具有重要的歷史意義和現(xiàn)實(shí)意義[1]。數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)和全數(shù)字控制系統(tǒng)采用數(shù)字電路、單片機(jī)以及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)構(gòu)成硬件系統(tǒng)，控制規(guī)律由硬件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向軟件實(shí)現(xiàn)。借助安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板(亦稱截光器)的作用，使得從光源射來(lái)光線依次照射在各個(gè)光電器件上，并依照某一光電器件是否被光線照射到來(lái)判斷轉(zhuǎn)子的位置。在圖3中，蓄電池36V電壓供給控制器電源模塊，經(jīng)過(guò)電源模塊的DCDC轉(zhuǎn)換得到15V及5V的直流電壓分別供給控制器上的聲光報(bào)警模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路及單片機(jī)MCU。RSTDISBL位未編程時(shí)，PC6將作為復(fù)位輸入引腳Reset。因此，A Tmega88作為一款功能齊全、接口豐富，性價(jià)比極高的處理器，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的方案，非常適合電動(dòng)自行車控制器的開(kāi)發(fā)[7]。的方波信號(hào)。電機(jī)則沒(méi)有(000)和(111)兩種狀態(tài)。PWM技術(shù)可分為單極性PWM控制和雙極性PWM控制:單極性PWM控制的控制信號(hào)如圖7示，在每個(gè)60176。 V1 V3 V2 V4 V5 V6 可以看出，采用單極性PWM控制的電流波動(dòng)最大值只有采用雙極性PWM控制的電流波動(dòng)最大值的一半，因此為了減