【導(dǎo)讀】并能將多余的電能回潰。該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號的。傳遞情況，并得到了系統(tǒng)各個部分在不同工況的工作狀態(tài)。電路基于Intel公司的控制芯片8051單片機(jī)。根據(jù)永磁無刷直流電動機(jī)的特。速，通過軟硬件的配合，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的設(shè)計要求。本文主要是讓更多的人。電動車的發(fā)展史比燃油汽車更長，世界上第一輛機(jī)動車就是電動車。進(jìn)入70年代以來，由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類對自然環(huán)境的日益關(guān)。注，電動車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點。動車的各項相關(guān)技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。類生存環(huán)境的呼聲越來越高。為了適應(yīng)這個發(fā)展趨勢，世界各國的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對電動車開發(fā)的投資力度，加快電動車的商品化步伐。電動車在能源和行駛里程方面還未能盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。

　　

【正文】 流電機(jī)， 對于這種小功率直流電機(jī)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(jī)。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(qiáng)，但功 率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)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(fù)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(jī)。永磁式直流電機(jī)脈寬調(diào)速原理 永磁式直流電動機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓 UD決定，電樞電 UD越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓 UD降為 0V，電機(jī)就停轉(zhuǎn)。直流電機(jī)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(jī)因慣性而降速轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時使電動機(jī)再次接通電動機(jī)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） 就可以使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。如圖 52 所示： 脈沖信號： t T 轉(zhuǎn)速： VMAX VD VMIN 圖 52 波形圖 VMAX為電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值。 VMIN為電動機(jī)的最小轉(zhuǎn)速值。 VD為二者的平均值。 VD=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 1 D（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(jī)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 雙向式：在一個脈沖周期內(nèi) (T=Ta＋ Tb)， T1 和 T3 導(dǎo)通的時間為 Ta， T2 和T4 導(dǎo)通的時間為 Tb，這樣在 Ta 這段時間內(nèi)，電機(jī)通過的是正向電流，在 Tb 這段時間內(nèi)為反相電流。當(dāng) Ta=Tb 時電機(jī)停轉(zhuǎn)， TaTb 時電機(jī)正轉(zhuǎn)， TaTb 時電機(jī)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(jī)正轉(zhuǎn)時， Tb 這段時間內(nèi)不通過反向電流，電機(jī)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(dǎo)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。 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 T T T T4 都導(dǎo)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： 2m A2m AK2ONK1O F FK4ONK3O F FA+24V140WT I P 132D6V24V9013N P N1K1K1K 圖 55 保護(hù)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(jī)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(jī)控制電機(jī)，如果單片機(jī)的電源采用與電機(jī)同一電源，雖然經(jīng)過穩(wěn)壓、濾波，但是單片機(jī)仍然容易受到 電機(jī)以及繼電器的干擾，為了避免干擾，采用光電隔離，單片機(jī)和電機(jī)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(jī)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(dá)林頓管，考慮到電機(jī)的短路電流有 2A，故選用 TIP132 型號的達(dá)林頓管（允許通過的最大瞬時電流為 8A）。另外在達(dá)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，可以讓電機(jī)放電，這樣停車時車不至于因為慣性滑行太 遠(yuǎn)而浪費(fèi)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。 考慮到電動自行車對電機(jī)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(fù)合管 T 導(dǎo)通，此時 Tb為高電平通過光耦使三極管導(dǎo)通，繼電器各線圈被短路。 K K3 為長閉觸點，所以電動機(jī)加正向電壓。當(dāng) 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， K K3 斷開 K K4 導(dǎo)通。電動機(jī)加反向電壓。如果保證 TaTb則電動機(jī)正轉(zhuǎn)。通過改變 Ta 、 Tb 的占空比即可改變轉(zhuǎn)速。 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(qiáng)，軟件抗干擾是被動措施，而硬件抗干擾是主動措施，只要認(rèn)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(yùn)行。 行駛零排放，不污染大氣。 價格 2021— 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(fù)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(jì)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(zāi)害的發(fā)生。 短距離出行最好步行，中遠(yuǎn)距離可以騎自行車，較遠(yuǎn)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(hù)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。 致謝 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜。 首先應(yīng)感謝的就是我的指導(dǎo)老師李老師。從開始選題到論文的順利完 得到了李老師的精心指導(dǎo)。李老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了 宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力，與無微不至、感人至深的人文關(guān)懷，令人如沐春風(fēng)，倍感溫馨。同時感謝其他同學(xué)給我的幫助，感謝圖書館給我們提供了豐富的參考資料。 在文章寫作過程中，同學(xué)們從頭至尾的支持和鼓勵，也是我無法忘卻的。 愿我的感激之情化作一道虔誠的祝福：愿老師和同學(xué)合家歡樂，一生平安。 參考文獻(xiàn) [1] 胡漢才 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) [M] 清華 大學(xué)出版社 [2] 余永權(quán) 李小青 陳林康 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù) [M] 北京航空航天大學(xué)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(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院出版社 [4] 王曉明 電動機(jī)的單片機(jī)控制 [M] 北京航空航天大學(xué)出版社 2021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(jī)原理及應(yīng)用 [M] 北京航空航天大學(xué)出版社 [7] 吳金戍 沈慶陽 郭庭吉 8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用 [M] 清華大學(xué)出版社 [8] 錢真彥 蘇稚英 走迷宮機(jī)器人 —— 控制系統(tǒng)的設(shè)計 [J] 上海交通大學(xué)出版社 附錄 附錄 A 程序設(shè)計 主程序框圖 2 、 INT0 中斷服 務(wù)程序 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 未按下 按下 掃描 INT0 — INT6 掃描 INT7 轉(zhuǎn)換 啟動 A/D 轉(zhuǎn) 寬程序 顯示 返回 保護(hù)現(xiàn)場 讀 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 送至顯示緩沖區(qū) 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 部分子程序 ORG 0000H AJMP START ORG 000BH AJMP PWM_TUN 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工作在方式 3定時 MOV TH0,56 200uS 頻 ,186； 70uS 脈沖寬度為35% 用示波儀實測相合 SETB TR1 SETB TR0 SETB ET0 SETB ET1 SETB EA AJMP MAIN1 MAIN1: PWM 子程序 MOV TCON,00H CLR ET0 暫停中斷以仿干擾 SETB MOV TMOD,03H MOV TH0,56 12MHz 晶振時 PWM為 50KHz，脈寬 35% MOV TL0,186 SETB TR SETB ET0 SETB EA RETI PWM_TUN: CLR CLR TF0 脈寬結(jié)束，輸出低電平 CLR TR0 同時關(guān) TL0 中斷 RETI END 附錄 B 調(diào)速系統(tǒng)的控制線路圖