【文章內(nèi)容簡介】 心的系統(tǒng)電路原理圖。其中，、過熱、電池欠壓和剎車信號的輸入口，、過熱、電池欠壓和剎車指示信號的輸出口；；；；；；ALE口作為CD4040B芯片時(shí)鐘脈沖的輸出口。 圖28為系統(tǒng)總原理圖直流電機(jī)調(diào)速可采用的方法: 改變電機(jī)勵(lì)磁電流、在電機(jī)繞組中串接電阻、改變電機(jī)的驅(qū)動電壓。電動自行車中的電機(jī)均采用永磁電機(jī),因此改變電機(jī)勵(lì)磁電流的方法無法應(yīng)用在電動自行車電機(jī)調(diào)速中。電機(jī)繞組中串接電阻的方法，一方面會增加電路的功耗，另外，要實(shí)現(xiàn)連續(xù)的速度調(diào)節(jié)必須用電位器，而在主回路的大電流工作狀態(tài)中，很難有合適的電位器可以選用。 因此本方案采用改變電機(jī)驅(qū)動電壓的方法實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。電壓調(diào)速的實(shí)現(xiàn)方法有多種，在應(yīng)用單片機(jī)輸出控制信號進(jìn)行調(diào)速的場合，比較便于實(shí)現(xiàn)而且調(diào)整性能良好的是脈沖寬度調(diào)制( PWM) 技術(shù)。由于定寬調(diào)頻法和調(diào)寬調(diào)頻法在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期,當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí),將會引起振蕩,所以,在此采用定頻調(diào)寬法,即保持周期不變,同時(shí)改變調(diào)速脈沖的占空比。采用脈沖寬度調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速的原理是，單片機(jī)根據(jù)輸入的速度給定信號控制輸出脈沖的脈寬。當(dāng)脈沖信號處于高電平時(shí)，使開關(guān)閉合,主回路接通，電機(jī)被驅(qū)動；當(dāng)脈沖信號處于低電平時(shí),使開關(guān)斷開，主回路斷開，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。通過頻率一定的脈沖信號的高電平寬度變化, 控制電機(jī)在一個(gè)脈沖周期內(nèi)的通斷比例, 從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。PWM信號可由單片機(jī)通過編程直接產(chǎn)生，但這樣做將會加大程序的復(fù)雜程度，影響系統(tǒng)其它功能的實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)的可靠性。在本設(shè)計(jì)中采用三片通用數(shù)字芯片產(chǎn)生PWM信號，單片機(jī)只需根據(jù)速度給定值輸出一個(gè)相應(yīng)的X值，就能由外部電路產(chǎn)生所需的PWM信號，使軟件大大簡化，有利于單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。PWM波的頻率太高時(shí), 對直流電機(jī)驅(qū)動的功率管要求太高, 太低時(shí)產(chǎn)生電磁噪聲較大。經(jīng)綜合分析, 本系統(tǒng)采用兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計(jì)數(shù)器4040組成了PWM 信號發(fā)生電路。兩片比較器的A組接4040計(jì)數(shù)輸出Q1～Q8 端,B組接單片微機(jī)的P1端口。改變P1端口的輸出值, 可使PWM信號的占空比產(chǎn)生變化, 進(jìn)行調(diào)速控制。計(jì)數(shù)器4040的計(jì)數(shù)輸入端CLK接單片機(jī)AT98C51晶振的振蕩輸出ALE。晶振選用12MHz時(shí), ALE脈沖的頻率為2M，經(jīng)Q1～Q8的256分頻, , 適合光耦及功率開關(guān)管的合理工作范圍。計(jì)數(shù)器4040每來1個(gè)脈沖, 其輸出Q1～Q8加1, 當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或等于單片機(jī)P1端口輸出值X時(shí),U2的(AB)輸出端保持為低電平, 當(dāng)計(jì)數(shù)值大于X時(shí)U2的(AB) 輸出端為高電平。隨著計(jì)數(shù)值的增加,Q1～Q8由全“1”變?yōu)槿?”時(shí),(AB)輸出端又變?yōu)榈碗娖? 這樣, 在U2的(AB)端得到PWM的信號, 其占空比為(255X/255)100% , 改變X值可改變PWM信號的占空比, 進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，如圖36。由于單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)P1端口輸出全“1”, 使用4585的B組與P1端口相連, 升速時(shí)P0端口輸出X 按一定規(guī)律減少, 降速時(shí)按一定規(guī)律增大。預(yù)置速度由按鍵S1和S2輸入，按S1加速，按S2減速，雖然這樣的調(diào)速方法與普遍采用的旋車把調(diào)速法有較大區(qū)別，但這種調(diào)速方法無需AD轉(zhuǎn)換，還能為單片機(jī)省下6個(gè)端口作它用，并有利于剎車后無刷直流電動機(jī)的斷電處理。如圖29所示為PWM波產(chǎn)生電路： 圖29 PWM產(chǎn)生電路 測速電路（INT0）引腳可為單片機(jī)測量信號周期提供有效的輸入信號。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，要一直到該引腳出現(xiàn)低電平時(shí)才開始測周期。測量時(shí)首先將零賦給TH0、TL0兩個(gè)寄存器，以將定時(shí)器T0的運(yùn)行控制位TR0置位，同時(shí)也將ET0置位以允許定時(shí)器T0中斷。，如為低電平則等待，當(dāng)其不是低電平時(shí)再等待。一旦出現(xiàn)低電平，則立即復(fù)位TR0以終止定時(shí)器，以結(jié)束測周期程序。測周期過程中可能會發(fā)生定時(shí)器T0的中斷，每發(fā)生一次中斷則將R0寄存器加一，因此R0實(shí)際上是周期值的高字節(jié)。測出的周期值存儲在R0、TH0、TL0三個(gè)寄存器中，然后將其轉(zhuǎn)換成速度。速度是用車輪的周長除以脈沖周期得到的。由于所測周期的單位是μｓ，因此在相除轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)將被除數(shù)擴(kuò)大 倍，以保證得出正確的速度。每秒進(jìn)行一次里程數(shù)累加時(shí)，可用當(dāng)前的速度值加上一秒前的里程數(shù)得出當(dāng)前的總里程數(shù)。, 作為測得電機(jī)的參考量。 速度預(yù)置與顯示 一、速度預(yù)置預(yù)置速度由按鍵SS6輸入,進(jìn)行“+”“”控制, 。當(dāng)S5鍵按下時(shí),將送到P1口的數(shù)據(jù)N減1以增大PWM信號的占空比。當(dāng)S6按下時(shí),將N加1以減少PWM信號的占空比。二、速度顯示由于系統(tǒng)要顯示的內(nèi)容較簡單，顯示量不多，所以選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)。LED有共陰極和共陽極兩種。根據(jù)AT89C51單片機(jī)灌電流能力強(qiáng)，拉電流能力弱的特點(diǎn)，我們選用共陽數(shù)碼管。如圖210所示，～～g及dp相連，高電平的位對應(yīng)的LED數(shù)碼管的段暗，低電平的位對應(yīng)的LED數(shù)碼管的段亮，這樣，當(dāng)P2口輸出不同的段碼，就可以控制數(shù)碼管顯示不同的字符。例如：當(dāng)P2口輸出的段碼為1100 0000，數(shù)碼管顯示的字符為0。數(shù)碼管顯示器有二種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)掃描顯示方式。為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示方式。動態(tài)掃描顯示方式需解決多位LED數(shù)碼管的“段控”和“位控”問題，本電路的“段控”（即要顯示的段碼的控制）通過P2口實(shí)現(xiàn)；而每一位的公共端，即LED數(shù)碼管的“位控”，則由P3口控制。這種連接方式由于多位字段線連在一起，因此，要想顯示不同的內(nèi)容，必然要采取輪流顯示的方式，即在某一瞬間，只讓其中的某一位的字位線處于選通狀態(tài)，其它各位的字位線處于斷開狀態(tài)，同時(shí)字段線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼。在這一瞬時(shí)，只有這一位在顯示，其他幾位則暗。在本系統(tǒng)中,字位線的選通與否是通過PNP三極管的導(dǎo)通與截止來控制,即三極管處于“開關(guān)”狀態(tài)。圖210 顯示電路 電機(jī)驅(qū)動電路 圖 211是利用開關(guān)管對直流電動機(jī)進(jìn)行 PWM 調(diào)速控制的原理圖。在圖中，當(dāng)開關(guān)管MOSFET的柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動機(jī)電樞繞組兩端有電壓Vs。當(dāng)開關(guān)管柵極輸入變?yōu)榈碗娖街?，開關(guān)管截止，電動機(jī)電樞電壓兩端電壓為0V。電樞電流通過續(xù)流二極管續(xù)流，即當(dāng)脈沖信號處于高電平時(shí)，使開關(guān)閉合，主回路接通，電機(jī)被驅(qū)動；當(dāng)脈沖信號處于低電平時(shí)，使開關(guān)斷開，主回路斷開，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。通過頻率一定的脈沖信號的高電平寬度變化，控制電機(jī)在一個(gè)脈沖周期內(nèi)的通斷比例，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。圖211 電機(jī)驅(qū)動電路由211圖可知：電動機(jī)兩端平均電壓 式中為占空比。改變ρ，即可改變其平均電壓。 無刷直流電動機(jī)及控制器的保護(hù)如圖212所示：圖212 保護(hù)電路一、電機(jī)過流和過熱保護(hù)電機(jī)過流保護(hù)和過熱保護(hù)（電機(jī)的過載保護(hù)和小電流過載保護(hù)也可以通過過熱保護(hù)來實(shí)現(xiàn)），由單片機(jī)循環(huán)檢測電機(jī)電流樣值信號和電機(jī)過熱信號, 檢測到任何一種信號, 單片機(jī)將進(jìn)入保護(hù)方式，令單片機(jī)輸出的PWM信號變?yōu)榱忝}寬，使電機(jī)失電，同時(shí)借助于自行車本身的制動系統(tǒng)，使自行車停止前進(jìn)。如圖所示。二、蓄電池欠壓保護(hù)系統(tǒng)