【正文】 FX2? FeaturesCypress’s EZUSB174。在此對(duì)實(shí)驗(yàn)室的劉利賢老師、陳立松老師、馮濤老師和胡曉娟老師表示衷心的感謝。鄧?yán)蠋焽?yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和兢兢業(yè)業(yè)的科研精神以及真誠(chéng)的待人態(tài)度給了我深刻的影響，使我受益非淺。但是現(xiàn)在在市場(chǎng)上的應(yīng)用只是處于萌芽狀態(tài)，還沒有發(fā)展起來，大多數(shù)電動(dòng)車維修技術(shù)人員仍偏向于用硬件電路檢測(cè)電動(dòng)車系統(tǒng)。(3)霍耳相序?qū)⒁来纬尸F(xiàn)在相應(yīng)的數(shù)碼管上。子程序1的流程圖如下圖38所示，延時(shí)子程序的流程圖如下圖39所示。開始初始化A=00H？YNA=00H？YNA=04H？Y①N②A=02H？NYA=04H？NY調(diào)用顯示子程序，第一位B,第二位C,第三位A,第四位b,第五位a,第六位c調(diào)用顯示子程序，第一位C,第二位B,第三位A,第四位b,第五位a,第六位c調(diào)用顯示子程序，顯示EEE返回③調(diào)用子程序1輸出04H,調(diào)用延時(shí)子程序輸出04H,調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用子程序1輸出04H,調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用子程序1圖36(a) 子程序4的程序流程圖①調(diào)用顯示子程序，第一位B,第二位C,第三位A,第四位b,第五位c,第六位a返回②A=02H？調(diào)用顯示子程序，第一位C,第二位B,第三位A,第四位b,第五位c,第六位a調(diào)用顯示子程序，顯示EEEYN③A=02H？Y輸出02H,調(diào)用延時(shí)子程序A=00H？YNA=02H？調(diào)用顯示子程序，第一位C,第二位B,第三位A,第四位a,第五位b,第六位cYN調(diào)用顯示子程序，第一位C,第二位B,第三位A,第四位a,第五位c,第六位b調(diào)用顯示子程序，顯示EEE返回NA=01H？Y④NA=04H？⑤YN調(diào)用顯示子程序，顯示EEE調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用延時(shí)子程序圖36(b) 子程序4的程序流程圖④輸出02H,調(diào)用延時(shí)子程序A=00H？YN輸出01H,調(diào)用延時(shí)子程序A=02H？Y調(diào)用顯示子程序，第一位C,第二位B,第三位A,第四位c,第五位b,第六位aNA=04H？調(diào)用顯示子程序，第一位B,第二位C,第三位A,第四位c,第五位b,第六位aY調(diào)用顯示子程序，顯示EEE返回A=02H？YN⑥調(diào)用顯示子程序，第一位C,第二位B,第三位A,第四位c,第五位a,第六位b⑥A=04H？調(diào)用顯示子程序，顯示EEENNY調(diào)用顯示子程序第一位B,第二位C,第三位A,第四位c,第五位a,第六位b返回調(diào)用子程序1調(diào)用子程序1圖36（c） 子程序4的程序流程圖⑤輸出02H,調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用子程序1A=00H？Y調(diào)用顯示子程序，第一位B,第二位C,第三位A,第四位a,第五位b,第六位cNA=04H？調(diào)用顯示子程序，第一位B,第二位C,第三位A,第四位a,第五位c,第六位b調(diào)用顯示子程序，顯示EEENY返回圖36(d) 子程序4的程序流程圖經(jīng)過上述子程序后，就可以在數(shù)碼管顯示器上直接觀察到控制器的相角、控制器三相電源的相序、霍爾控制線相序以及控制器是否發(fā)生故障。開始初始化A=00H？NY輸出02H，調(diào)用延時(shí)子程序A=00H？Y輸出01H，調(diào)用延時(shí)子程序A=02H？①②YNNA=01H？Y③NA=02H？N④A=04H？Y⑤YN調(diào)用顯示子程序。顯示EEE返回調(diào)用子程序1調(diào)用子程序2調(diào)用子程序3調(diào)用子程序4圖33 60度電機(jī)控制器以及霍爾相序的判斷主程序流程圖在系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)至子程序2以后，首先判斷輸入信號(hào)是否為010(02H)，若是，則輸出010(02H)，調(diào)用延時(shí)子程序,確保輸出信號(hào)利用可靠的使繼電器的常開觸點(diǎn)閉合,從而影響控制器的三相電源輸出的高低電平。程序流程圖如下圖33所示。由此，編寫軟件程序用來檢測(cè)無刷電機(jī)控制器是否存在輸出信號(hào)，并顯示到相應(yīng)的數(shù)碼管上,如果控制器正常則相應(yīng)的數(shù)碼管顯示OOO，否則相應(yīng)數(shù)碼管顯示EEE。則主要任務(wù)如下：(1) 判別控制器的角度；(2) 判斷霍爾控制線相序判斷；(3) 控制器三相電源的相序；(4) 判斷控制器故障。在含有繼電器的電路中，并聯(lián)二極管的作用是：在流經(jīng)繼電器線圈的電流突然減小的瞬間，它的兩端會(huì)感應(yīng)出一個(gè)電動(dòng)勢(shì)。由于在本設(shè)計(jì)中霍爾(繼電器開關(guān)控制的物理量)在初始狀態(tài)時(shí)，處于全部是低電平的狀態(tài)(即繼電器開關(guān)處于常開狀態(tài))，在單片機(jī)接受到外部輸入信號(hào)并進(jìn)行軟件判斷以后，輸出信號(hào)通過光電耦合電路控制三極管的通斷，進(jìn)而控制霍爾信號(hào)的高低電平(即繼電器開關(guān)的斷開或閉合)，所以設(shè)計(jì)中所選擇的繼電器只需要一個(gè)常開點(diǎn)就可以滿足設(shè)計(jì)要求。要充分利用各組觸點(diǎn)。負(fù)載的性質(zhì)對(duì)繼電器是有影響的。一個(gè)型號(hào)的繼電器可能有幾個(gè)額定工作電壓，要求額定工作電流一定要與之對(duì)應(yīng)，例如JCZ22F型繼電器，它的額定電壓有DC3V、DC6V……DC48V等，與之相應(yīng)的額定電流有120mA、60mA……10mA系列值。這些是選定繼電器結(jié)構(gòu)(敞開式、封閉式和密封式)和防護(hù)類別的主要依據(jù)[8]。 繼電器原則的選擇選擇繼電器時(shí)必須綜合考慮其工作電壓，線圈電流和電流，被控對(duì)象(機(jī)件或電路)的電壓、電流和負(fù)載性質(zhì)(純阻性、感性等)，功能特點(diǎn)及使用環(huán)境等因素。(2)動(dòng)作靈敏。 繼電器的選擇 繼電器的基本技術(shù)要求繼電器雖然分為電磁式、干簧式等很多種，也有很多技術(shù)參數(shù)，而且各種繼電器的技術(shù)參數(shù)也不盡相同，但電氣裝置對(duì)繼電器的基本技術(shù)要求則是相同的。按輸出電流應(yīng)有10%的余量，可取Imax = ，I = 通過計(jì)算，得:C7≈1692。由于電壓經(jīng)電容濾波后，則濾波后電壓Ui=18V，故選取的濾波電容為耐壓值為25V的電容。本設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓電源電路圖如圖210所示。采用光電耦合電路還有一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)就是可以省去A/D轉(zhuǎn)換器，既節(jié)約了設(shè)計(jì)成本，又節(jié)省了產(chǎn)品所占用的空間，使檢測(cè)系統(tǒng)更加小巧，且對(duì)功能的實(shí)現(xiàn)沒有太大的影響[7]。將無刷電機(jī)控制器輸出的A、B、C相引入光電耦合電路，并將輸出分別命名為P1P1P15，分別引入到單片機(jī)的P1P1P15口，這樣既可以防止外部干擾，又可以防止燒壞單片機(jī)。為了抑制外部干擾，可以采取的措施有：利用光電耦合器把各種模擬負(fù)載與數(shù)字信號(hào)源隔離開來，把數(shù)字地同模擬地有效斷開，加入平波電抗器對(duì)電源干擾進(jìn)行抑制[6]。LED數(shù)碼管的亮度控制非常重要，它直接影響LED數(shù)碼管的使用壽命。圖29中的電阻阻值的確定：由于74LS164輸出低電平時(shí)最大電流為8mA，所以，數(shù)碼管每段工作電流不能超過8 mA。在移位時(shí)鐘的作用下，串行口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位地移入74LS164中。靜態(tài)顯示電路圖如圖28所示。輸出時(shí)采用查表法，將數(shù)字對(duì)應(yīng)的段碼值送到P1口；位選信號(hào)輸出，采用直接位尋址方式。外接串行輸入并行輸出的移位寄存器74LS164來擴(kuò)展I/O口，串行數(shù)據(jù)從RXD引腳輸出，TXD引腳輸出移位脈沖。所以計(jì)算機(jī)與外部的數(shù)據(jù)傳送大多數(shù)是串行的[4]。 單片機(jī)的串行接口的選擇計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送共分為兩種方式：并行數(shù)據(jù)傳送和串行數(shù)據(jù)傳送。而且可以利用軟件控制對(duì)顯示器進(jìn)行控制，使DS1～DS3顯示2秒鐘的電機(jī)角度后顯示無刷電機(jī)控制器的相序A、B、C，兩秒鐘后，再次顯示電機(jī)角度，實(shí)現(xiàn)電機(jī)角度和電機(jī)控制器相序的循環(huán)顯示。但是隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前已經(jīng)研制出具有多種功能顯示器件。本設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)采用共陽極顯示器，即發(fā)光二極管的陽極連在一起的顯示器[6]。所以，本設(shè)計(jì)的顯示部分采用的是LED數(shù)碼管顯示。LED數(shù)碼管的主要特點(diǎn)如下：(1) 能在低電壓、小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS、TTL兼容。為了減小寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作，石英晶體或陶瓷振蕩器和電容應(yīng)該盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。本設(shè)計(jì)采用外接石英晶體，電容C1和C2的值選擇為30pF[4]。圖26 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。在通電瞬間，電源給電容充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。RST變?yōu)榈碗娖剑顺鰪?fù)位狀態(tài)，CPU從初始狀態(tài)開始工作。無刷電機(jī)控制器輸出電源信號(hào)光電隔離電路AT89C51時(shí)鐘電路復(fù)位電路光電隔離電路驅(qū)動(dòng)電 路繼電器顯示電路霍爾元件圖25 硬件框圖 單片機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì) 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。圖24 電源電路的硬件框圖②通道與接口設(shè)計(jì)：由于大多數(shù)通道都是通過I/O配置，它們與單片機(jī)本身并無緊密聯(lián)系，大多數(shù)接口電路都能方便移植到其它類型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中去，但必須注意I/O口的驅(qū)動(dòng)能力，在設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示時(shí)74LS164與數(shù)碼管顯示電路之間的電阻值應(yīng)匹配。無論怎樣放置，在一定范圍內(nèi)，位置傳感器的一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)著轉(zhuǎn)子磁極與定子繞組的相對(duì)位置[2]。無刷電機(jī)中一般用永磁磁鋼，在定子線圈中流過交流或脈動(dòng)電流，利用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法，省去了電刷和整流子，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極和旋轉(zhuǎn)永磁磁鋼的磁極之間保持近 90度的力矩角，能產(chǎn)生效果良好的力矩。由于霍爾集成傳感器的應(yīng)用，可使得控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。由于前沿尖峰通常在電流波形中出現(xiàn)，并會(huì)導(dǎo)致限流錯(cuò)誤。由于每個(gè)器件均含有一個(gè)寄生箝位二極管，因而可以將定子電感能量返回到電源。而當(dāng)該腳接地時(shí)，頂端驅(qū)動(dòng)輸出將關(guān)閉，并將底部驅(qū)動(dòng)強(qiáng)制為低，從而使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)[1]。電氣相位的窗口內(nèi)分辨出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置?；?300176。/120176。傳感器輸入可直接與集電極開路型霍爾效應(yīng)開關(guān)或者光電耦合器相連接。該控制器內(nèi)含可用于正確整流時(shí)序的轉(zhuǎn)子位置譯碼器，以及可對(duì)傳感器的溫度進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膮⒖茧娖?，同時(shí)它還具有一個(gè)頻率可編程的鋸齒波振蕩器、一個(gè)誤差信號(hào)放大器、一個(gè)脈沖調(diào)制器比較器、三個(gè)集電極開路頂端驅(qū)動(dòng)輸出和三個(gè)非常適用于驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管 (MOSFET) 的大電流圖騰柱式底部輸出器。由于沒有人的干預(yù)，減少了由于操作人員技術(shù)上的差異所引起的檢測(cè)結(jié)果的失誤，保證了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)采用了AT89C51單片機(jī)作為主控制單元,將控制器輸出的三根電源引線(控制器輸出的三根粗線)連接到光電隔離電路，從光電隔離電路輸出的信號(hào)再接入單片機(jī)，以達(dá)到防止控制器輸出信號(hào)出現(xiàn)強(qiáng)電壓或強(qiáng)電流時(shí)對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生損壞的現(xiàn)象，而且光電隔離電路輸出的信號(hào)僅有高、低電平兩種狀態(tài)。但是其電路復(fù)雜，而且需要人工干預(yù)判斷，尤其是相序判斷的過程。按照電路形式可分為：純硬件型和軟件型兩類。現(xiàn)在電動(dòng)自行車充分運(yùn)用當(dāng)今新技術(shù)、新材料, 尤其采用集成電路、電子元器件, 提高了電動(dòng)自行車控制器的質(zhì)量, 使其可靠性、安全性、靈活性得到提高[12]。在電動(dòng)車控制器里，用于采樣電流信號(hào)的阻值大功率電阻器件屬于控制的功率器件之一，電流采樣電阻的功率消耗屬于無用消耗，要減小控制器的功耗，降低控制器的運(yùn)行溫度，可以利用電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)電流的絕對(duì)對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速來檢測(cè)電機(jī)電流，從而達(dá)到控制電流的目的。專用驅(qū)動(dòng)芯片的不足之處是價(jià)格較高，內(nèi)部的變電路采用了有源電路，轉(zhuǎn)換效率偏低，其主要的應(yīng)用場(chǎng)合是在周圍電路完全沒有交流電存在情況下，利用其內(nèi)部電路完成變頻、升壓與整流。(4)連接線磨損及接插件接觸不良或脫落，一般有以下幾種可能：線材選擇不合理；對(duì)線材的保護(hù)不完備；接插件的選型不好。影響控制器可靠性的因素即控制器的失效的原因，從表現(xiàn)形式來看，一般有以下幾種：(1)功率器件損壞；(2)控制器內(nèi)部供電電源損壞；(3)控制器工作時(shí)斷時(shí)續(xù)；(4)連接線磨損及接插件接觸不良或脫落引起控制信號(hào)丟失[3]。對(duì)控制器的考驗(yàn)主要是對(duì)功率驅(qū)動(dòng)管的負(fù)載能力的考驗(yàn)。綜上所述，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)的控制器發(fā)展迅速，控制器的種類繁多，其中MC33035是相當(dāng)經(jīng)典芯片，所以我選擇以MC3305控制器進(jìn)行控制器相序檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。臺(tái)灣芯片大部分是OTP的，即一次性燒錄的，不具備FLASH功能，芯片抗干擾能力也有待考驗(yàn)。(5)AVR方案：此方案的推廣過程曲折。(3)CYPRESS方案：CYPRESS芯片一推出，它獨(dú)立的邏輯電路設(shè)計(jì)，就受到大部分開發(fā)工程師的歡迎，而且它可以任意定義任何I/O口的功能，不僅方便軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)于制板也是極大的方便，未來的IC發(fā)展還是以這樣的趨勢(shì)，最成功的案例首推晶匯，他們是最早做CYPRESS方案之人，緊隨其后就是南京溧水，后來就有上海瑞峰等。 國(guó)際和國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)的無刷電機(jī)控制器的種類繁多，生產(chǎn)廠家各異，為了簡(jiǎn)述控制器的研究現(xiàn)狀，我將一些比較典型的控制方案進(jìn)行了簡(jiǎn)述和比較：(1)IC方案：市場(chǎng)推廣最早，4個(gè)邏輯門的IC加PIC芯片，首先開始做無刷控制，其邏輯控制通過硬件完成。電機(jī)只有3條繞組線，維護(hù)更簡(jiǎn)單、方便。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)無刷電機(jī)控制器的相序檢測(cè)系統(tǒng)，是電動(dòng)車檢測(cè)系統(tǒng)的一部分。⑷通過軟件控制，可確定控制器的三根電源引線分別是A、B、C相。⑵測(cè)出電機(jī)控制器的角度60176。 二、研究方案通過電路圖繪制，將電機(jī)控制器的霍耳引出線輸入到單片機(jī)，應(yīng)用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行軟件檢測(cè)，將測(cè)得的各引線對(duì)應(yīng)的霍耳相序輸出到數(shù)碼管進(jìn)行顯示，并將電機(jī)電源的角度進(jìn)行顯示，采用繼電器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，確定控制器電源相序。在電動(dòng)車原配件發(fā)生質(zhì)量問題時(shí)如何選擇合適的電機(jī)類型與原機(jī)型配套已經(jīng)成為維修人員以及售后服務(wù)人員最關(guān)注的問題。教研組主任簽字時(shí)　間 　　 2008年2 月26 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題　目無刷電機(jī)控制器的相序檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班 級(jí)電04012專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化一