【正文】 時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生的反電勢(shì)可以被檢測(cè)到，此時(shí)閉合開(kāi)關(guān)給電機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車(chē)的 起 動(dòng)。電機(jī)外同步加速時(shí)，定子磁動(dòng)勢(shì)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)的速度取決于逆變器改變節(jié)拍的頻率，而逆變器改變節(jié)拍的頻率將完全取決于加速曲線(xiàn)中的定時(shí)值；電機(jī)實(shí)際加速時(shí)，將很快檢測(cè)到反電勢(shì)的位置信號(hào) ，進(jìn)而用反電勢(shì)位置信號(hào)代替外同步信號(hào)，切入自同步運(yùn)行。單片機(jī)將 UK值采樣后經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送到 PWM 波占空比寄存器來(lái)決定 PWM 波占空比。在直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)主電路中使用的每個(gè)功率管 MOSFET 實(shí)際上在其內(nèi)部集成并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，如圖 所示。電角度之后的位置記為 θE1，再轉(zhuǎn)過(guò) 60176。 圖 中所示，單片機(jī)的 RC RC RC5分別和驅(qū)動(dòng)電路上橋臂的三路相連，控制上橋臂的三路功率開(kāi)關(guān)器件開(kāi)或關(guān)； RB RB RB3分別和驅(qū)動(dòng)電路下橋臂的三路相連，控制下橋臂的三路功率開(kāi)關(guān)器件開(kāi)或關(guān)。 PIC16C74 單片機(jī)主要性能特點(diǎn)可歸納如下： (1) 簡(jiǎn)指令集，僅有 37 條指令。目前市場(chǎng)上單片機(jī)種類(lèi)型號(hào)非常多，多家公司在生產(chǎn)，各有所長(zhǎng)。 圖 ICM7211(A)原理框圖 蓄電池的容量顯示 電動(dòng)自行車(chē)在使用過(guò)程中蓄電池的剩余容量顯示給用戶(hù)帶來(lái)比較大的方便，它表明蓄電池提供的電能大約能夠使電動(dòng)自行車(chē)行 駛多少里程，蓄電池是否需要充電等。 180176。時(shí) (即檢測(cè)到反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)再延時(shí) 30176。 300176。的方波，因而三相合成磁動(dòng)勢(shì)不是恒速旋轉(zhuǎn)的，而是跳躍式的步進(jìn)磁動(dòng)勢(shì)，它和恒速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生 轉(zhuǎn)矩 ， 除了平均轉(zhuǎn)矩之外，還有脈動(dòng)分量。如今電動(dòng)自行車(chē)已是公認(rèn)的綠色交通工具 ， 日本和美國(guó)的電動(dòng)自行車(chē)技術(shù)水平勝過(guò)我國(guó)，無(wú)論從車(chē)的外觀和內(nèi)在質(zhì)量上都堪稱(chēng)佳品，但 其價(jià)格卻令國(guó)人望而生畏 ，因而研制新型系統(tǒng)有效限制制造成本是必然趨勢(shì) [4]。在電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制方面，采用了 最新 電力電子器件和集成電路，達(dá)到智能控制的境界。如果其成本有所下降，進(jìn)而降低車(chē)的售價(jià)，那么以配載鋰電池和鎳氫電池為主的電動(dòng)自行車(chē)將會(huì)大面積普及。因此要減少污染并提高其工作效率，對(duì)電動(dòng)自行車(chē)控制器的研究和設(shè) 計(jì)是現(xiàn)在科技的必然趨勢(shì)。同時(shí)中國(guó)具有世界上最龐大的自行車(chē)市場(chǎng)，電動(dòng)自行車(chē)產(chǎn)業(yè)在中國(guó)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)展短距離的綠色交通工具替代摩托車(chē)、燃油助 動(dòng) 車(chē)成為一些國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)課題。目前電動(dòng)自行車(chē)用蓄電池基本是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的鉛酸電池 。 現(xiàn)在的電動(dòng)自行車(chē)被 稱(chēng)為高技術(shù)的結(jié)合體 ，這是很真實(shí)的描述。而且隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們生活水平的提高，環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越受到重視，開(kāi)發(fā) “零污染 ”、高效率的綠色環(huán)保電動(dòng)自行車(chē)替代已成為一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，且具有良好的發(fā)展前景。通常把這種利用檢測(cè)繞組反電動(dòng)勢(shì)獲得位置信號(hào)的直流無(wú)刷電機(jī)稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)法無(wú)刷直流電機(jī)或直流無(wú)刷無(wú)位置傳感器電機(jī)。第一代電動(dòng)自行車(chē)使用的 是有刷高速繞組式電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá) 3000轉(zhuǎn)左右，通 過(guò)齒輪減速，其噪音大，效率低，故障率高；第二代電動(dòng)自行車(chē)使用的 是有刷低速電機(jī)或有位置傳感器的無(wú)刷電機(jī)，其噪音、故障率有所下降，效 率有所提高，但維護(hù)、安裝難度還 是比較大；第三代電動(dòng)自行車(chē)使用的 是無(wú)刷無(wú)位置傳感器的稀土永磁電機(jī)，其噪音小，效率高，維護(hù)、安裝都比較方便。以圖 為例，假設(shè)轉(zhuǎn)子在圖 (a)所示的位置為 0176。 360176。數(shù)據(jù)線(xiàn) B0～ B3接a1 f1 e1 d1 c1 g1 b1 a2 f2 e2 d2 g2 b2 c2 14 單片機(jī)的 I/O 口，輸入 BCD 碼， BCD 碼經(jīng)譯碼器譯碼后輸出七段顯示字形數(shù)據(jù)。若控制方法復(fù)雜、運(yùn)算量較大，精度性能要求較高，可以選用 OSP高能 芯片。 MC330305 是一個(gè)控制電路，它的功率輸出應(yīng)由外部電路組成，加上適當(dāng)電路可組成大功率電路，還可容易地形成閉環(huán)。因此將比較器 LM324 的三路輸出與 PICl6C74 單片機(jī)的 RB RB RB7三個(gè)引腳相連接，如圖 所示，并將 RB RBRB7 設(shè)置成輸入狀態(tài)，當(dāng)反電勢(shì)過(guò)零時(shí)引起比較器輸出電平變化，從而引起單片機(jī)的中斷來(lái)處理計(jì)時(shí)和延時(shí)過(guò)程。 在圖 中，縱坐標(biāo) ωe 為轉(zhuǎn)子電角速度，橫坐標(biāo)為加速時(shí)間，那么 ωe而在下半橋臂中則要讓 P 點(diǎn)為高 (低 )電平時(shí)，功率管 MOSFET 導(dǎo)通，為低 (高 )電平時(shí)，功率管 MOSFET 關(guān)斷，以避免出現(xiàn)電源短時(shí)的直通，燒壞功率器件現(xiàn)象。 當(dāng) RA0將給定 UK值采樣后經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換送給占空比寄存器 CCPR1L，由單片機(jī)的 CCP1端口發(fā)出 PWM 波 (其硬件連接如圖 所示 )，對(duì)與下橋臂相連的 I/O 口輸出波進(jìn)行脈寬調(diào)制，決定功率管的導(dǎo)通時(shí)間。 圖 圖 0 t/s ωe() K +12V T1 T2 T3 + C1 R1 R3 R4 R2 D1 D2 s G D3 P B T4 R4 T1 T2 T3 R2 R5 R1 R3 G P +12V 22 上橋臂中， P 點(diǎn)和單片機(jī)輸出口 RCx(x=5， 6， 7)相 連， G、 S 與上半橋臂功率管 MOSFET相連，如圖 所示， MOSFET 源極電位是在 0 與 DC(主電路直流電壓 )之間跳變，當(dāng)功率管 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，柵極電位必高于源極，因此若信號(hào)源與主電路共地，則驅(qū)動(dòng)電路電壓必很高，在圖 中用自舉電路的原理解決了上述問(wèn)題，自舉電容在導(dǎo)通前已充電至+12V(相對(duì)于源極 )，導(dǎo)通時(shí)， US=UDC， UG=US+12V，保證了 UGS=12V。 起動(dòng)過(guò)程中，反電勢(shì)法的轉(zhuǎn)子位置信號(hào) A、 B、 C 無(wú)效，所以圖 的信號(hào)選擇器將它 20 們屏蔽掉，而選通了由信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生的一系列外同步信號(hào) A′ 、 B′ 、 C′ ，這三路外同步信號(hào)與三路轉(zhuǎn)子位置信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，它們被選通送入譯碼模塊，產(chǎn)生逆變器的觸發(fā)信號(hào)，送往逆變器的驅(qū)動(dòng)電路，用以驅(qū)動(dòng)逆變器的功率器件。同時(shí)大大簡(jiǎn)化了外圍硬件，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 (2) PIC 系列 在微控制器 (Microcontroller)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛的今天，各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也向微控制器廠商提出了更高的要求，希望速度快、功耗低、體積小、價(jià)格更廉以及組成系統(tǒng)時(shí)所需要的外圍器件更少。h)/放電電流 Id(A))等因素。這就是在建立無(wú)位置傳感器直流無(wú)刷電機(jī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)為什么以電源中點(diǎn)為基準(zhǔn)參考點(diǎn)的原因。 240176。 圖 無(wú)位置傳感器的直流無(wú)刷電機(jī)原理框圖 由圖 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理圖可知，當(dāng)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，總有一相繞組沒(méi)有導(dǎo)通，此時(shí)可以在該相繞組的端口檢測(cè)到該繞組產(chǎn)生的反電勢(shì)，該反電勢(shì)在 60176。之間。 6 2 電動(dòng)自行車(chē)控制器的系統(tǒng)分析 無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展 直流無(wú)刷電機(jī)是在直流有刷電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 電動(dòng)自行車(chē) 的輸出功率僅為 ～ ，與普通 125 系列中檔摩托車(chē)（輸出功率 8～10Kw）相比，兩者相差 16 倍，電動(dòng) 自行車(chē) 的輸出功率僅為 125 摩托車(chē)的 10%左右；與輕型摩托車(chē)或燃?xì)饽ν熊?chē)相比，輸出功率相差 2～ 3 倍，其功率僅為輕便摩托車(chē)、助動(dòng)車(chē)、燃?xì)饽ν熊?chē)的 30%左右。絕大多數(shù)電動(dòng)自行車(chē)采用的是直流輪轂電機(jī)，它們?yōu)橥廪D(zhuǎn)子式，這樣 定子 可以固定在軸承上，非常適用于電動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)。 正是由于以上原因，電動(dòng)自行車(chē)逐漸受到人們的歡迎，同時(shí)電動(dòng)自行車(chē)的廣泛運(yùn)用在緩解環(huán)境污染方面占有很 大 優(yōu)勢(shì)，不僅可以有效節(jié)省能源，而且能夠減少大氣污染。s largest bicycle market, the electric bicycle industry in China has a very broad application prospects. Therefore the development of electric bicycle has a good social significance and objective economic benefits. Powered electric bicycles are nowadays mainly Wheel brushless DC motor. Electric bicycle controller as the control core of electric bicycle is a key ponent of electric bicycles, and together with DC motor constitute the drive system of electric bicycles .In order to improve the electric bicycle ride fort, safety, the power driving system of electric bicycle is researched deeply in this article, and it also mainly introduces the function of the electric bicycle controller structure and software amp。 關(guān)鍵詞 ：電動(dòng)自行車(chē)；位置傳感器；直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)；單片機(jī)控制 II Abstract The electric bicycles as light and flexible, energy saving, affordable and widely used by people, bee the ideal short trip transport. Meanwhile, China has the world39。 (5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，易維護(hù)、維修 電動(dòng)自行車(chē)一般是有蓄電池、控制板、電機(jī)和車(chē)身組成；蓄電池用的是免維護(hù)的，電機(jī)的故障率較低，基本上不要維護(hù)，控制板由于現(xiàn)代的電力電子技術(shù)比較成熟，損壞率也 2 比較低，另外電動(dòng)自行車(chē)沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，體積小、重量輕，因此 相比摩托車(chē)、燃油助動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，其日常的維護(hù)、維修量少得多。市場(chǎng)上電動(dòng)自行車(chē)以輪轂 式 驅(qū)動(dòng)為主，而輪轂式 驅(qū)動(dòng)又以后輪驅(qū)動(dòng)為好，前輪驅(qū)動(dòng)性能相對(duì)較差。 電動(dòng)自行車(chē)要發(fā)展是毋庸置疑的， 4 鑒于我國(guó)目前的能源局勢(shì)和世界產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局，發(fā)展還需要刻不容緩 ， 但要如何解決這眼前的障 礙來(lái)促使其發(fā)展呢？經(jīng)研究 車(chē)輛定位是個(gè)核心問(wèn)題，將其置于慢車(chē)道行駛可以解決矛盾。 (5) 電動(dòng)自行車(chē) 速度 和 電量數(shù)字顯示模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)施。~120176。從而出現(xiàn)了無(wú)位置傳感器的直流無(wú)刷電機(jī)，其原理框圖如圖 所示 [6]。 180176?？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