【正文】 5 電源電壓檢測 電壓檢測也是在主程序里 ,電源電壓由于受到負載的影響 , 因此檢測值需要結(jié)合電源負載電流情況來綜合判斷。 PWM中斷的發(fā)生與定時器不同的是 :它的發(fā)生不是由于定時器溢出 , 而是由于定時器 TIMER2與 PWM周期寄存器 PR2值相等。它在計數(shù)滿后復(fù)位到 00h重新開始 , 同時產(chǎn)生一個中斷信號。這個時間遠遠大于單片機主程序循環(huán)一周需要的時間 (約 ), 所以將霍爾元件信號狀態(tài)的檢測工作放在主程序中即可。根據(jù)這一想法 , 可以將霍爾信號的改變設(shè)置為中斷 , 從而轉(zhuǎn)子的換相可以得到立即響應(yīng)。這 6個狀態(tài)對應(yīng)沒有明顯的簡單數(shù)量關(guān)系 , 所以要實現(xiàn)映射 , 查表是最快捷的方式。限流保護檢測是把電壓傳感器康銅絲上的電壓經(jīng)放大、 A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定的電流限定值進行比較 , 若高于最高限定值 , 則關(guān)閉輸出 , 反之 , 則正常運行。 第 4 章 無刷直流電動機軟件設(shè)計 直流無刷電機控制器程序的設(shè)計概況 該程序在設(shè)計的過程中 , 首先要上電復(fù)位 , 然后初始化時鐘和中斷源 , 再打開中斷 , 當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)把的輸人電壓時 , 將該電壓經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后按算法計算出PWM的占空比輸出 PWM波。 圖 315 LM358引腳功能圖 欠電壓保護 圖 316 欠電壓保護電路圖 如圖 317所示，電池電壓經(jīng)分壓后接單片機 RA1（管腳 3），由單片機采入進行監(jiān)控。 3 過流保護 過流保護電路可以對 MOSFET進行 保護，將最大電流控制在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)達到閥值時關(guān)閉電機，避免了 MOSFET上通過大電流燒毀的危險。對于永磁無刷直流電機多采用后一種方法。同時。當(dāng)無刷直流電機的永磁轉(zhuǎn)子經(jīng)過霍爾器件附近時，永磁轉(zhuǎn)子的磁場令霍爾器件輸出一個電壓信號，該信號被送到控制部分，由控制部分發(fā)出信號使得定子繞組供電電路導(dǎo)通，給相應(yīng)的定子繞組供電，從而產(chǎn)生和轉(zhuǎn)子磁場極性相同的磁場，推斥轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機體積較小、位置傳感器難以安裝時或電機工作在惡劣環(huán)境中以致于位置傳感器工作的可靠性難以保證時，這種無位置傳感器的永磁無刷直流電機更顯示出其獨特的優(yōu)越性。紅外發(fā)光二極管通電后發(fā)出紅外光，當(dāng)遮光盤隨電機轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時，紅外光間斷的照在光敏三極管上，使 其不斷導(dǎo)通和截至，其輸出信號反應(yīng)了轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過放大后去驅(qū)動逆變器開關(guān)管。由于這種傳感器過于笨重復(fù)雜，因而大大限制了其在普通條件下的應(yīng)用。轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導(dǎo)磁襯套組成。 第二種方式是直接將霍爾元件敷貼在定子電樞鐵心氣隙表 面或繞組端部緊靠鐵心處，利用電機轉(zhuǎn)子上的永磁體主極作為傳感器的永磁體，根據(jù)霍爾元件的輸出信號即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號放大處理后便可驅(qū)動逆變器工作。電角度。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器通常有兩種方式。其種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開關(guān)式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。 1 在無刷直流動機中常用的轉(zhuǎn)子位置傳感器 轉(zhuǎn)子位置傳感器是永磁無刷直流電機的關(guān)鍵部件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù) 字量，可用于磁場的 測量和控制。 GAL 有如下優(yōu)點： ，克服了采用熔斷絲技術(shù)只能一次編程的缺點，其可改寫的次數(shù)超過 100 次； ，用戶可根據(jù)需要進行組態(tài)，一片 GAL 器件可以實現(xiàn)各種組態(tài)的 PAL 器件輸出結(jié)構(gòu)的邏輯功能，給電路設(shè)計帶來極大的方便； 3. 具有加密的功能，保護了知識產(chǎn)權(quán)； —— 即電子標(biāo)簽的功能。 CLEAR ： 同步清除輸入端（ 高 電平有效） A， B 串行數(shù)據(jù)輸入端 。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。它的特點是可靠性高，但價格昂貴。因此電動自行車閘把上應(yīng)該有閘把位置傳感元件，在捏制動把時，將制動信號傳給控制器， 電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動電流，使功率截止，停止供電。 圖 35 時鐘電路圖 復(fù)位電路 如圖 36所示，與單片機 1腳外接 C19R23+5V 圖 36 復(fù)位電路圖 人機接口電路 轉(zhuǎn)把和剎車 1 轉(zhuǎn)把 圖 37 轉(zhuǎn)把圖 調(diào)速轉(zhuǎn)把是利用線性霍爾元件實現(xiàn)的，其輸出電壓隨著磁場的線性變化而改變，將此電壓輸入給控制器，實現(xiàn)調(diào)速功能。 CCP(捕捉輸入 /比較輸出 //PWM輸出 )模塊是 PIC16F72芯片的重要組成部分，它有 3種工作方式 :捕捉方式、輸出比較方式和脈寬調(diào)制方式。程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝 上電定時器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立 有 1路捕捉輸入 /比較輸出 /PWM輸出 (CCP) 高驅(qū)動電流， I/O腳可直接驅(qū)動數(shù)碼管 (LED)顯示每個 I/O引腳最大灌電流 25mA。 轉(zhuǎn)把復(fù)位信號：由單片機的第 4腳讀入 剎車信號：剎車信號由單片機的第 5腳讀入。 PIC16F72單片機管 腳排列及功能定義 圖 35 PIC16F72單片機管腳圖 （ 1） MCLR:清除（復(fù)位）輸入。 (6)驅(qū)動能力強 PIC系列單片機 I/O端口驅(qū)動負載的能力較強，每個輸出引腳可以驅(qū)動多達2025mA的負載，既能夠高電平直接驅(qū)動發(fā)光二極管 LED、光電耦合器、小型繼電器等，也可以低電平直接驅(qū)動，這樣可以大大簡 化控制電路。 RISC技術(shù)并非只是簡單地去減少指令，而是著眼于如何改善計算機的結(jié)構(gòu)，更加簡單合理地提高計算機的運算速度。 PIC系列單片機具有如下特點 : (1)單片機種類豐富 PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。 PIC單片機以其獨特的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)的設(shè)計，逐漸被廣大工程設(shè)計人員接受 Microchip公司是一家集開發(fā)、研制和生產(chǎn)為一體的 專業(yè)單片機芯片制造商，其產(chǎn)品綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的思路，具有很強的技術(shù)特色。電子產(chǎn)品的安全性是一個非常重要的環(huán)節(jié)，作為控制系統(tǒng)的核心，單片機的安全性必須達到系統(tǒng)要求。通過對該系統(tǒng)分析， 8位單片機可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求。 自舉電路原理 圖 33 驅(qū)動電路 以一相為例，如圖 33所示，當(dāng)下管導(dǎo)通上管截止時， IR2110LO輸出為高，HO為低，隔離二極管導(dǎo)通，自舉電容 C8充電，三極管 C極電壓近似等于電源正極電壓；當(dāng)下管截止上管導(dǎo)通時，隔離二極管 D2截止，自居電容 C8儲存的電荷給三極管 C極供電， IR211HO為高，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動 MOSFET管柵極，使上管保持導(dǎo)通。 低端延時電路可簡化控制脈沖定時要求，兩路輸出的傳播延時匹配的。 當(dāng) VDD低于欠電壓閥值時，欠電壓 UV檢測電路關(guān)閉兩路輸出。高端輸出 HO和低端基準輸出 LO分別以浮置電位 VBS和固定電位 Vcc為基準。 IR2110 浮置電源采用自舉電路 ,其高端工作電壓可達 500 V ,工作頻率可達到 500 kHz。 逆變開關(guān)管驅(qū)動電路設(shè)計 IR2110 功能介紹 (1) IR2110 的特點有：輸出驅(qū)動隔離電壓可達 500V；芯片自身的門輸入驅(qū)動范圍為 10~20V；輸入端帶施密特觸發(fā)電器；可實現(xiàn)兩路分立的驅(qū)動輸出，可驅(qū)動高壓高 頻器件，如 IGBT、功率 MOSFET 等，且 工作頻率高可達 500KHz ， 開通 、關(guān)斷延遲小，分別為 120ns 和 94ns； 邏輯電源的輸入范圍（腳 9） 5~15V，可方便的與 TTL， CMOS 電平相匹配 。 近年來由于 MOSFET元件的性能逐漸提升，除了傳統(tǒng)上 應(yīng)用于諸如微處理器、微控制器等數(shù)位訊號處理的場合上，也有越來越多類比訊號處理的積體電路可以用 MOSFET來實現(xiàn) 。 第 3章 無刷直流電動機硬件設(shè)計 逆 變主電路設(shè)計 功率開關(guān)主電路 圖 31 功率開關(guān)主電路原理圖 逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電向電機供電。 （ 2）功率驅(qū)動單元 主要包括功率開關(guān)器件組成的三相全橋逆變電路和自舉電路。當(dāng)前，國內(nèi)外對無刷直流電機無位置傳感器的控制方法主要有反電勢法、定子三次諧波法、續(xù)流二極管檢測法、脈沖檢測法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法等。 近幾年，國外一些大公司紛紛推出較 MCU性能更加優(yōu)越的 DSP(數(shù)字信號處理器 )芯片電機控制器，如 ADI公司的 ADMC3xx系列， TI公司的 TMS320C24 系列及 Motorola公司的 DSP56F8xx系列，都是由一個以 DSP為基 礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)，使體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。其主要作用是在保證電動自行車正常工作的前提下，提高電機和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護電機及蓄電池，以及降低電動自行車在受到破壞時的損傷程度。 電機控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能 :對各種輸入信號進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各種控制信號 。目前，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要采用兩種控制方案 :一種采用專用集成電路。 （ 3）對電動機進行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能。因此，國內(nèi)外對無刷直流電動機的無位置運行方式給予高度重視。 轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其轉(zhuǎn)子與電機本體同軸，以跟蹤電機本體轉(zhuǎn)子磁極的位置；其定子固定在電機本體定子或端蓋上，以檢測和輸出轉(zhuǎn)子位置信號。橋式主電路所用的開關(guān)管比半橋式多一倍，成本要高；多相電動機的逆變器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也高。 無刷直流電動機的輸出轉(zhuǎn)矩脈動比普通直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動大。 與普通直流電動機不同，無刷直流電動機的繞組是斷續(xù)通電的。 2．逆變器 目前，無刷直流電動機的逆變器主開關(guān)一般采用 IGBT或功率 MOSFET等全控型器件，有些主電路已有集成的功率模塊（ PIC）和智能功率模塊（ IPM），選用這些模塊可以提高系統(tǒng)的可靠性。所以無刷直流電動機的電機本體實際上是一種永磁同步電機。隨著無刷直流電動機應(yīng)用范圍的擴大，智能控制技術(shù)將受到 更廣泛的重視。 （ 2）智能控制。 但現(xiàn)有方法都存在各自的局限性，仍在不斷完善之中。在很多應(yīng)用場合，例如空調(diào)器和計算機外設(shè)都要求無刷直流電動機以無轉(zhuǎn)子位置傳感器方式運行。由于稀土永磁材料的矯 頑力高、剩磁大，可產(chǎn)生很大的氣隙磁通，這樣可以大大縮小轉(zhuǎn)子半徑，減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，因而在要求有良好的靜態(tài)特性和高動態(tài)響應(yīng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，如數(shù)控機床、機器人等應(yīng)用中，無刷直流電機比交流伺服電機和直流伺服電機顯示了更多的優(yōu)越性。 無刷直流電動機的應(yīng)用與研究動向 現(xiàn)階段，雖然各種交流電動機和直流電動機在傳動應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無刷直流電動機正受到普遍的關(guān)注。 圖 14 調(diào)節(jié)特性 調(diào)節(jié)特性的始動電壓和斜率分別為： 0 2 2e TTrTUUC ???? （ 12）