【導(dǎo)讀】導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫。提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中。以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承。和電子版，允許論文被查閱和借閱。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字

　　

【正文】 R E FA V C CG N DV C CX T A L 1X T A L 2R E X E TP D 4I N T 1I N T 2T X DR X DI C PA I N 1P D 5A I N 07 4 L S 0 8R 1 4 51 0 KC 1 2 11 0 n+ 5 V1 41 31 2P B 4H N 3P W MC 4 52 0 P1 6 . 0 0 M H zC Y 2C 4 62 0 P+ 5 V??????O C I A??? 圖 38 PWM 波的輸出控制電路 電池電壓檢測(cè)單元 蓄電池電壓的檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)對(duì)其容量監(jiān)控的關(guān)鍵，也是對(duì)電池進(jìn)行欠壓保護(hù)的有效途徑。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 22 護(hù) [14]。檢測(cè)電路見圖 39。 圖 39 電池電壓檢測(cè) 系統(tǒng)硬件可靠性設(shè)計(jì) 可靠性指標(biāo)是系統(tǒng)非常重要的一個(gè)指標(biāo)，它關(guān)系到系統(tǒng)的安全與具體實(shí)現(xiàn)問題。影響系統(tǒng)可靠性的因素既有外部的也有內(nèi)部的，外部的因素如電源干擾，空間電磁干擾，機(jī)械震動(dòng)等，內(nèi)部原因有元器件失效，內(nèi)部電磁干擾，電氣接觸不良，軟件故障等。本章詳細(xì)討論系統(tǒng)的硬件可靠性設(shè)計(jì)，在下一章在結(jié)合軟件設(shè)計(jì)討論軟件的 可靠性設(shè)計(jì)。 影響本系統(tǒng)可靠性的硬件因素主要有 ： (1)電源及地線干擾 ； (2)電磁千擾 ； (3)電氣接觸不良等。針對(duì)這些問題，本系統(tǒng)采取了相應(yīng)的一些措施 。 電源與集成芯片去藕 由設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，微機(jī)系統(tǒng)的干擾相當(dāng)大的可能性是電源藕合造成的，在印刷電路板的電源線與地之間并接去藕電容是常見的作法。另外，集成芯片工作在高速數(shù)字邏輯條件下，頻繁的切換狀態(tài)也會(huì)對(duì)電源造成干擾，對(duì)芯片進(jìn)行去藕設(shè)計(jì)是電源去禍的重要部分，為此在每一個(gè)數(shù)字芯片的電源與地之間，都設(shè)計(jì)了一個(gè)去藕電容。 隔離 及 電磁兼容設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)根據(jù)芯片或器件的工作電壓 不盡相同的情況設(shè)計(jì)了多套電壓等級(jí)不同的電源，則采取措施對(duì)它們隔離是非常必要的。例如，用變壓器對(duì)高壓大電流的強(qiáng)電與實(shí)現(xiàn)控制的弱電部分進(jìn)行了很好的隔離。不僅不同的 23 電源之間需要隔離，模擬部分與數(shù)字部分也需要隔離，容易接受干擾的信號(hào)與能夠產(chǎn)生千擾的信號(hào)線需要隔離，另外，高頻與低頻也要隔離，這在電路板的布局階段就應(yīng)該考慮到。本系統(tǒng)中，分別將電流采樣電路、位置檢測(cè)電路、 PWM 輸出電路、微處理器系統(tǒng)布局在不同區(qū)域，分別布線，這樣在不同電氣功能的電路之間實(shí)現(xiàn)了有效的隔離。 一個(gè)設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)應(yīng)符合國(guó)際電磁兼容 (EMC)標(biāo)準(zhǔn) ，即系統(tǒng)應(yīng)有一定的抗電磁干擾能力，同時(shí)，它的運(yùn)行又不能對(duì)周圍其它系統(tǒng)或器件造成損壞。電力電子器件本身就是一個(gè)強(qiáng)電磁干擾源，對(duì)系統(tǒng)中的其它部件造成干擾，因此，抗電磁干擾設(shè)計(jì)是一個(gè)必須認(rèn)真考慮的問題。 在本系統(tǒng)中，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，在比較重要的信號(hào)支路上，均設(shè)計(jì)了硬件濾波器，使系統(tǒng)對(duì)來(lái)自空間的電磁輻射影響降到了最低。在將來(lái)的設(shè)計(jì)中，將增加屏蔽裝置，使系統(tǒng)的電磁兼容能力得到進(jìn)一步提高。 另外，電氣接觸不良也會(huì)給系統(tǒng)的可靠性帶來(lái)問題，例如，本系統(tǒng)在第一次制板時(shí)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的插 座 與芯片本身接觸不好，使系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞 ，給調(diào)試增加了不少困難。后來(lái)改進(jìn)后系統(tǒng)的可靠性就有了很大改善。此外，器件的選擇也是可靠性要解決的問題，要充分考慮到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，不能只考慮降低成本。 總之，導(dǎo)致系統(tǒng)不正常運(yùn)行的硬件因素有很多，可靠性的設(shè)計(jì)也不是一次就能全部解決的，需要設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和不斷探索，特別是微機(jī)控制系統(tǒng)，原因很多，有時(shí)需要硬件與軟件協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)才能解決問題。 24 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 調(diào)速系統(tǒng)程序主要由主程序、 INT0 中斷服務(wù)程序、子程序等組成；主程序控制整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)； INT0 中斷服務(wù)程序控制 系統(tǒng) 中的中斷；子程序包括延時(shí)子程序和 PWM 子程序 ， 延時(shí) 子程序具有定時(shí)功能 ， PWM 子程序 用于控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速。 主程序框圖 主程序框圖如圖 41 所示。在執(zhí)行主程序時(shí)，首先要將棧針初始化分配顯示緩沖，然后設(shè)置中斷開 CPU中斷允許 INT0，接著掃描鍵盤，若按 圖 41 主程序框圖 開始 棧針初始化分配顯示緩沖 設(shè)置中斷開 CPU 中斷允許 INT0 掃描鍵盤 按下 未按下 掃 描 掃描 IN7 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 調(diào)用顯示程序 調(diào)用調(diào)寬子 程序 返 回 25 下則掃描 IN7 接著啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，調(diào)用顯示子程序；若未按下則需要掃描后啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，接著調(diào)用調(diào)寬子程序并循環(huán)直至返回。 INT0 中斷服務(wù)程序 在執(zhí)行 INT0 中斷服務(wù)程序時(shí) ， 首先要保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) ， 然后讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果并將其送至顯示緩沖區(qū) ， 接 著啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，最后回復(fù)現(xiàn)場(chǎng)后返回。INT0 中斷服務(wù)程序 框圖如圖 42 所示。 圖 42 INT0 中斷服務(wù)程序框圖 子程序設(shè)計(jì) 延時(shí)子程序：定時(shí)功能 PWM 子程序：用于控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速。為了在輸出 PWM 波時(shí) ， 單片機(jī)仍能執(zhí)行其它程序 ， 可以利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器溢出中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。占空比占用一個(gè)字節(jié)的 PWM， 占空比 D=N/256。 利用單片機(jī)輸出 PWM 信號(hào)。實(shí)現(xiàn)了從 0%— 100%線性可調(diào)。源碼如下： 單片機(jī)串口通信 PWM 輸出程序；在 輸出調(diào)寬信號(hào)； 定時(shí)器 0 在工作方式 3， TL0 為調(diào)寬值 ， TH0 為脈沖頻率； 定義： TH0=30H， TL0=31H； TH0DAT EQU 30H； 脈沖頻率 TL0DAT EQU 31H； 脈沖寬度 ORG 0000H 讀 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 送至顯示緩沖區(qū) 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 返回 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 26 AJMP START ORG 000BH AJMP PWMTUN； 調(diào)寬子程序 ORG 001BH AJMP PWM； 脈頻率子程序 START： CLR MOV TCON， 00H MOV TMOD， 03H； T0 工作方式 3 定時(shí) MOV TH0， 56； 200um頻率為 50KHZ MOV TL0， 186； 70us 脈沖寬度為 35%用示波儀實(shí)測(cè)相和 SETB TR1 SETB TR0 SETB ET0 SETB ET1 SETB EA AJMP MAIN1 ...... PWM 子程序： 定時(shí)值通過(guò)串口接收，在 輸出調(diào)寬信號(hào) 定時(shí)器 0 工作在方式 3， TL0 為調(diào)寬值， TH0 為脈沖頻率 定義： TH0=30H， TL0=31H 程序入口 PWM 輸入： TH0DAT、 TH0DAT PWM： TH0 使用 T1 的中斷標(biāo)志。本段為 脈沖頻率 MOV TCON， 00H CLR ET0； 暫停中斷以防干擾 SETB MOV TMOD， 03H MOV TH0， 56； 12MHZ 晶振時(shí) PWM 為 50KHZ， 脈寬 35% MOV TL0， 186； SETB TR1 SETB TR0 SETB ET0 SETB EA RETI PWMTUN CLR CLR TF0； 脈寬結(jié)束，輸出低電 平 CLR TR0； 同時(shí)關(guān) TL0 中斷 RETI 27 結(jié)論 經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的努力我設(shè)計(jì)的 以 單片機(jī)控制的 電動(dòng) 汽車終于完成了。 通過(guò)本文的分析與研究可以看出，基于單片機(jī)技術(shù)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案能夠以 較小的系統(tǒng)投入實(shí)現(xiàn)整個(gè)電動(dòng) 汽 車的控制問題。本課題選用單片機(jī)80C51 作為整個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)的核心控制器，充分利用了其強(qiáng)大高速的運(yùn)算處理能力以及其片內(nèi)集成的豐富的電機(jī)控制外圍部件 (PWM)產(chǎn)生電路、 ADC 轉(zhuǎn)換模塊等 )，通過(guò)硬、軟件較好的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)關(guān)鍵部件 — 無(wú)刷直流電機(jī)的順利起動(dòng)和良好換相。本文還遵循 “ 硬件軟化 ” 的設(shè)計(jì) 思想，盡量用軟件的方法實(shí)現(xiàn)一部分需要硬件電路去實(shí)現(xiàn)的功能，這樣不但簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，減小了控制器的體積、降低了系統(tǒng)成本而且由于硬件電路的簡(jiǎn)化，使得由硬件電路引入的干擾也得到減少，從而提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。 當(dāng)然，系統(tǒng)中還有不少值得深入研究的問題 ： 如無(wú)刷直流電機(jī)的最佳換相問題、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題、控制算法問題等，這些都是非常重要的研究?jī)?nèi)容，對(duì)于改善系統(tǒng)的運(yùn)行特性十分有益 ； 還有位置檢測(cè)問題，可以利用軟件實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)，從而省去位置傳感器，降低成本，提高可靠性 ； 能量回饋問題也是本系統(tǒng)有待完善的一個(gè)部分。 基 于 單片機(jī) 的電動(dòng) 汽 車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，目前雖處于嘗試階段，但它廣泛的推廣價(jià)值已可見一 般 。 28 致謝 本課題在選題及研究過(guò)程中得到張 老 師的悉心指導(dǎo)。張 老 師詢問研究進(jìn)程， 在課題研究和論文寫作階段給我提出許多寶貴的意見和建議，使我少走了不少?gòu)澛?。張老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載， 卻給以終生受益無(wú)窮之道 。 我 對(duì)張老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面 系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了 一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。我在指導(dǎo)老師張 老 師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，并對(duì)當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定的了解，這對(duì)我今 后進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)方面的知識(shí)有極大的幫助。在此，我忠心感謝張 老 師的指導(dǎo)和支持。在未來(lái)的工作和學(xué)習(xí)中，我將以更好的成績(jī)來(lái)回報(bào)老師。 在論文即將完成之際， 我內(nèi)心無(wú)比激動(dòng) ， 在此，再次感謝 張 老師對(duì) 我的幫助 ！ 感謝所有幫 助我的老師和同學(xué)。感謝母校榮成學(xué)院對(duì)我的培養(yǎng)！ 29 參考文獻(xiàn) . 1 白木，周潔 ． 我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展綜述 ． 北京 ： 機(jī)電信息出版社 ，2020： 89 2 陳家瑞 ． 汽車構(gòu)造 ． 人民交通出版社 ， 2020： 1418 3 譚建成 ． 運(yùn)動(dòng)控制專用集成電路及應(yīng)用 ． 微電機(jī) ， 1994： 1925 4 姜平 ， 宋文忠 ． 神經(jīng)元自適應(yīng) PID 控制器的研究 ． 電氣自動(dòng)化 ，1998： 1113 5 陳清泉 ． 電動(dòng)車輛技術(shù)發(fā)展概論及前景展望 ． 電動(dòng)車輛研究與開發(fā) ，1996： 315 6 馬潮，占衛(wèi)前，耿德根 ． 80C51 原理及應(yīng)用手冊(cè) ． 北京 ： 清華大學(xué)出版社 ， 2020： 4247 7 鄭 安平 ． IR2XXX 三相傳功率驅(qū)動(dòng)芯片的原理及應(yīng)用 ． 國(guó)外電子元器件， 2020： 1113 8 李先祥 ． 稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的若干問題 ． 電氣自動(dòng)化 ， 1997： 3637 9 沈文 ． AVR 單片機(jī) C 語(yǔ)言開發(fā)入門指導(dǎo) ． 北京 ： 清華大學(xué)出版社 ，2020： 5459 10 靳方義 ， 郝曉弘 ． 無(wú)刷直流電機(jī)控制特性及其伺服系統(tǒng)控制策略 ． 微特電機(jī) ， 1999： 1922 11 黃連月 ， 祝仲禹 ． 單片機(jī)控制的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) ． 中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)中南六者學(xué)術(shù)學(xué)會(huì)論文集 ， 2020： 263267 12 郝曉弘 ． 智能控制全數(shù)字交流伺服系統(tǒng) ． 第五屆中國(guó)交 流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 ， 1997： 3436 13 余永權(quán) ． 單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ． 北京 ：電子工業(yè)出 版社 ，2020： 4042 14 賈英江 ， 賈向英 ． 淺議蓄電池充電 ． 移動(dòng)電源與車輛 ， 1998： 2224 15 BartoliniG． FerraraA． UsaE． Chattering avoidance by secondorder sli ding mode control． IEEE Trans． Automat Control， 1998： 912 16 T． A． Smith． Using Supereapaeit orstoim prove battery performanee． Power Eleetronies Speeialists Conferenee． Australia， 2020： 3133 17 Chang Liuehen． Recent Develo Pmentsof Eleetrie Vehieles and Their ProPulsion Systems． IEEEAES Systems Magazine， 1993： 1819