【正文】 個、第 3 個功率管。有兩相功率管不工作，電動機即停止運行，有刷電機則失去控制功能。因此，由過載引起的過電流是很危險的。但只要有過電流保護，載重超限后電路自動切斷電源，因超載而引起的一系列后果都可以避免。 ⑤欠速保護 仍然屬于過流保護范疇，是為不具備 0 速起步功能的無刷控制系統(tǒng)而設(shè)置。 ⑥限速保護 是助力型電動自行車獨有的設(shè)計控制程序。車速超過某一預定值時，電路停止供電不予助力。對電動型電動自行車而言，統(tǒng)一規(guī)定車速為20km/h，車用電動機在設(shè)計時，額定轉(zhuǎn)速就已經(jīng)設(shè)定好了，控制電路也已經(jīng)設(shè)好。電動自行車只能在不超過這個速度狀態(tài)下運行。 商丘工學院畢業(yè)論文設(shè)計23控制器的位置不會影響到性能，主要視設(shè)計者的意圖。但有幾項原則：①在運行操作允許時；②在整體布置允許時；③在線路布設(shè)要求時；④在配套設(shè)施要求時。5 系統(tǒng)電路設(shè)計控制電路主要有電源電路、電機驅(qū)動電路、單片機接口電路、顯示電路四個部分?？紤]到電機的起動電流和制動時比較大，會造成電源電壓不穩(wěn)定容易對單片機和傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以，電機驅(qū)動電路和單片機以及傳感器電路用光耦隔離。傳感器的電源直接使用 24V 蓄電池，單片機的電源則通過三端穩(wěn)壓器 78L05 將 24V 電源轉(zhuǎn)換到 5V。 電源電路24V 直流電源經(jīng)三端穩(wěn)牙器 74L05 輸出即為單片機所要求的+5V 電源。電路中接入電容 CC 2是用來實現(xiàn)頻率補償?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。大容量的 C3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。D 是保護二極管，當輸入端意外短路時，給輸出電容器 C3一個放電通路，防止 C3兩端電壓作用于調(diào)整管的 be 結(jié)，造成調(diào)整管 be結(jié)擊穿而損壞。如圖 51 所示:圖 51 穩(wěn)壓電路 顯示電路顯示部分采用單片機串口通訊，以節(jié)省單片機的端口，單片機通過中斷的方式為顯示服務(wù)。直流電動機的額定轉(zhuǎn)速為 190 轉(zhuǎn)每分大約需要三位數(shù)碼顯示。電動自行車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計24驅(qū)動器采用 74LS164 串接 510 歐的限流電阻。 控制電路打開系統(tǒng)電源后由電位器控制電動機轉(zhuǎn)速，IN0IN6 線上那一路模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由 ADDAADDC 線上的地址決定。ADDC0809 內(nèi)部“地址鎖存與譯碼”電路便能把 IN0 線上模擬電壓送入 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器此時，若單片機使 STAR線處于高電平，則 ADC0809 便開始 A/D 轉(zhuǎn)換，一旦 A/D 轉(zhuǎn)換完成，ADC0809 一方面把 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入它的三態(tài)輸出緩沖器另一方面又使 EOC 線變?yōu)楦唠娖较騿纹瑱C提出中斷請求。單片機檢測和響應(yīng)該中斷請求后就通過使 rd 非變?yōu)榈碗娖蕉?OE 線變高，以便可以從 2128引線上取走 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。單片機根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出相應(yīng)的巨型脈沖信號。脈沖信號經(jīng)74LS245 放大后經(jīng)光電藕荷控制繼電器。 驅(qū)動電路及原理 下面主要對驅(qū)動電路進行一下介紹：電動自行車使用 24V 直流電機， 對于這種小功率直流電機的調(diào)速方法一般有兩種。一種線性型：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，成本低，加速能力強，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運行時，通過電阻 R 的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。另一種脈寬調(diào)制型：脈寬調(diào)速（PULSE WIDE MODULATION——PWM）較常用的一種調(diào)速方式，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)的等優(yōu)點。因此決定采用 PWM 方式控制直流電機。永磁式直流電機脈寬調(diào)速原理 永磁式直流電動機電機轉(zhuǎn)速由電樞電壓 UD決定，電樞電 UD越高電機轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓 UD降為0V，電機就停轉(zhuǎn)。直流電機的具體調(diào)速過程是：先讓它啟動一段時間，然后切斷電源，電動機因慣性而降速轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時使電動機再次接通電動機因此而再次加速。不斷的給電樞兩端送入脈動電壓源（即脈動信號） 就商丘工學院畢業(yè)論文設(shè)計25可以使電動機的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。如圖 52 所示：脈沖信號：tT轉(zhuǎn)速： VMAXVDVMIN 圖 52 波形圖VMAX 為電動機的最大轉(zhuǎn)速值。V MIN 為電動機的最小轉(zhuǎn)速值。V D 為二者的平均值。V D=D* VMAX 式中 D=t/T 稱為占空比 D 越大 VD 就越大反之亦然。平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比 D 之間的關(guān)系如圖 53 所示：VD（平均速度）0 1D（占空比）圖 53 平均速度與占空比線性關(guān)系由圖 53 可知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線性關(guān)系，但可以近似的看成是線性關(guān)系。因此電動機的平均轉(zhuǎn)速 VD 就可以有占空比 D 加以控制。PWM 調(diào)速分為雙向式和單向式兩種電動自行車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計26雙向式：在一個脈沖周期內(nèi)(T=Ta＋Tb)，T1 和 T3 導通的時間為 Ta，T2 和T4 導通的時間為 Tb，這樣在 Ta 這段時間內(nèi)，電機通過的是正向電流，在 Tb 這段時間內(nèi)為反相電流。當 Ta=Tb 時電機停轉(zhuǎn)，TaTb 時電機正轉(zhuǎn)，TaTb 時電機反轉(zhuǎn)。單向式：單向式的電路更雙向式相同。不同的是，在電機正轉(zhuǎn)時，Tb 這段時間內(nèi)不通過反向電流，電機反轉(zhuǎn)時，Ta 內(nèi)不通過正向電流。其調(diào)速原理基本與雙向式相同。單向式與雙向式相比，三極管的開關(guān)頻率少一半，比較不容易發(fā)生上下三極管導通而造成電源短路的情況,故可靠性有所提高，但控制性能比雙向式稍差。外特性、低速性能也不如雙向式好。圖 54 速度與占空比關(guān)系曲線如上圖 54 左所示為雙向式調(diào)速方式下速度與占空比關(guān)系曲線，圖 54 右為單向式調(diào)速方式下速度與占空比曲線。商丘工學院畢業(yè)論文設(shè)計27綜合以上兩種方式的優(yōu)缺點，并考慮到電動自行車對調(diào)速精度要求不太高，以及省電，器件損耗等各方面因素，決定采用單向式 PWM?？紤]到編程時可能會產(chǎn)生使 TTT3 、T4 都導通的情況，以至電源短路，燒毀器件。為避免出現(xiàn)這種情況，設(shè)計了圖 55 所示的電路：圖 55 保護電路圖此電路只用一個三極管控制電路的通斷，用四個繼電器控制電流的流向，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。這樣無論如何，都不會出現(xiàn)因編程原因而造成電源短路的情況。 由于采用單片機控制電機，如果單片機的電源采用與電機同一電源，雖然經(jīng)過穩(wěn)壓、濾波，但是單片機仍然容易受到電機以及繼電器的干擾，為了避免干擾，采用光電隔離，單片機和電機采用兩套電源。4N26 光耦一般需要 2mA 以上的驅(qū)動電流，由于單片機的輸出電流只有幾百微安，故需要先接 74LS245 或者接一個三極管增加驅(qū)動能力（74LS245 的高電平驅(qū)動能力為 15mA）。光耦的輸出再接給達林頓管，考慮到電機的短路電流有 2A，故選用 TIP132 型號的達林頓管（允許通過的最大瞬時電流為 8A）。另外在達林頓管的 C 極和電源的正極之間接一個耐流為 2A 的二極管，這樣在關(guān)斷電源后，使繼電器反相，可以讓2mA2mAK2ONK1OFF K4ONK3OFFA +24V140WTIP132D6V24V9013NPN1K1K1K電動自行車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計28電機放電，這樣停車時車不至于因為慣性滑行太遠而浪費能源。因此時以關(guān)斷了電源，要將電動車停下來而采取的無謂制動不能將電能回饋給蓄電池?？紤]到電動自行車對電機轉(zhuǎn)速，距離控制的要求不高，為了簡化程序和外接電路，所以沒有考慮采用閉環(huán) PWM 控制，用開環(huán) PWM 控制就可以實現(xiàn)自行車的功能。脈沖信號 Ta Tb圖 56 信號波形圖如圖 56 所示，工作時 Ta 為高電平，通過光耦驅(qū)動復合管 T 導通，此時Tb 為高電平通過光耦使三極管導通，繼電器各線圈被短路。KK3 為長閉觸點，所以電動機加正向電壓。當 Tb 為底電平時所有繼電器得電，常開觸點閉合常閉觸點打開，KK3 斷開 KK4 導通。電動機加反向電壓。如果保證 TaTb 則電動機正轉(zhuǎn)。通過改變 Ta 、Tb 的占空比即可改變轉(zhuǎn)速。商丘工學院畢業(yè)論文設(shè)計29結(jié)論電動自行車調(diào)速系統(tǒng)，是為了廣大人民的方便而設(shè)計的。系統(tǒng)優(yōu)點：抗干擾能力強，軟件抗干擾是被動措施，而硬件抗干擾是主動措施，只要認真分析系統(tǒng)所處環(huán)境的干擾來源以及傳播途徑，采用兩者相結(jié)合的方法，就能保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運行。行駛零排放，不污染大氣。價格 2022—3000 元，百公里耗電僅 1 度左右，老百姓能夠接受。一次充電能行 30—50 公里，能解決城市騎車上班族的需要，有較大的市場需求。車速不高，每小時 20 公里左右（特別是輕蹬輕踩的智能型電動自行車） ，不會對其他人力自行車和行人構(gòu)成威脅和安全問題。所用零配件大多與自行車通用，容易修理。用戶白天使用，夜晚充電，有利于電力部門均衡負荷。電動自行車的大量上市和爭取出口，能夠生成新的產(chǎn)業(yè)和新的經(jīng)濟增長點。系統(tǒng)的不足：人們從表面上看，電動自行車行駛時是零排放的。其實在發(fā)電過程中，要大量燃燒燃油或煤炭，產(chǎn)生大量二氧化碳破壞臭氧層，使地球溫度升高，增加自然災害的發(fā)生。短距離出行最好步行，中遠距離可以騎自行車，較遠距離應(yīng)多選擇乘坐公交車。切記，地球只有一個，生命只有一次，我呼吁大家：保護我們的地球，珍愛自己的生命，請選擇更環(huán)保、更健康的出行方式。電動自行車調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計30參考文獻[1] 胡漢才 單片機原理及其接口技術(shù)[M] 清華大學出版社 [2] 余永權(quán) 李小青 陳林康 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù)[M] 北京航空航天大學出版社 1992 年 9 月第 1 版[3] 沙占友 薛樹琦 范世奇 KMI15 系列集成轉(zhuǎn)速傳感器的原理與應(yīng)用[M] 河北科技大學信息科學與工程學院出版社 [4] 王曉明 電動機的單片機控制[M] 北京航空航天大學出版社 2022 年 5 月[5] 趙晶 電路設(shè)計與制版 Protel 99 高級應(yīng)用[M] 人民郵電出版社[6] 孫涵芳 徐愛卿 MCS51/96 系列單片機原理及應(yīng)用[M] 北京航空航天大學出版社[7] 吳金戍 沈慶陽 郭庭吉 8051 單片機實踐與應(yīng)用[M] 清華大學出版社[8] 錢真彥 蘇稚英 走迷宮機器人——控制系統(tǒng)的設(shè)計[J] 上海交通大學出版社