【正文】 五、 電源電壓 檢測
。值得注意的是 改變 TIMER2會連帶將其預(yù)分頻值改變?yōu)槟J(rèn)值 , 因此需要同時(shí)修改預(yù)分頻值才能達(dá) 到預(yù)想的效果。 PWM中斷的發(fā)生與定時(shí)器不同的是 :它的發(fā)生不是由于定時(shí)器溢出 , 而是由于定時(shí)器 TIMER2與 PWM周期寄存器 PR2值相等。這樣定時(shí)間可以由這個(gè)寫入定時(shí)器寄存器的數(shù)值控制。它在計(jì)數(shù)滿后復(fù)位到 00h重新開始 , 同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號。 三、 PWM中斷時(shí)間控制 中斷時(shí)間的控制與定時(shí)器時(shí)間控制相似。這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片 33 機(jī)主程序循環(huán)一周需要的時(shí)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。電動自行車直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速相對來說很低。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)。正反轉(zhuǎn)驅(qū)動只在于電流換相順序的不同 , 反映到程序中僅在查表處有區(qū)別 , 所以正反轉(zhuǎn)可共用一個(gè)驅(qū)動程序。這 6個(gè)狀態(tài)對應(yīng)沒有明顯的簡單數(shù)量關(guān)系 , 所以要實(shí)現(xiàn)映射 , 查表是最快捷的方式。 第二節(jié) 系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實(shí)現(xiàn) 一、 驅(qū)動控制 驅(qū)動控制通過查表實(shí)現(xiàn)霍爾元件狀態(tài)到輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。限流保護(hù)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(jìn) 行比較 , 若高于最高限定值 , 則關(guān)閉輸出 , 反之 , 則正常運(yùn)行。若正確 , 輸出波 PWM, 否則 , 重新復(fù)位。 32 第 四 章 無刷直流電動機(jī)軟件設(shè)計(jì) 第一節(jié) 直流無刷電機(jī)控制器程序的設(shè)計(jì)概況 該程 序在設(shè)計(jì)的過程中 , 首先要上電復(fù)位 , 然后初始化時(shí)鐘和中斷源 , 再打開中斷 , 當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)把的輸人電壓時(shí) , 將該電壓經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后按算法計(jì)算出 PWM的占空比輸出 PWM波。對于無刷直流電機(jī)控制器，由于輸入控制變量比較多，控制器可以利用各種輸入信號對控制系統(tǒng)完成相當(dāng)完善與靈活的保護(hù)，這些保護(hù)功能可以大大提高無刷直流電機(jī)控制器的 31 可靠性。 圖 315 LM358引腳功能圖 三、 欠電壓保護(hù) 圖 316 欠電壓保護(hù)電路圖 如圖 317所示，電池電壓經(jīng)分壓后接單片機(jī) RA1（管腳 3），由單片機(jī)采入進(jìn)行監(jiān)控。 圖 314 過流保護(hù)原理圖 二、 LM358 雙運(yùn)放大電路 如圖 315所示， LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。 3. 過流保護(hù) 過流保護(hù)電路可以對 MOSFET進(jìn)行保護(hù)，將最大電流控制在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到閥值時(shí)關(guān)閉電機(jī)，避免了 MOSFET上通過大電流燒毀的危險(xiǎn)。在電流較大，或要求電隔離的情況下，可以采用磁場平衡式霍爾電流傳感器。對于永磁無刷直流電機(jī)多采用后 一種方法。 2. 電流采樣 通常對電機(jī)三相電流進(jìn)行控制需要三個(gè)獨(dú)立的電流閉環(huán)，而永磁無刷直流電機(jī)采用兩相導(dǎo)通方式，即電機(jī)三相定子繞組在某一時(shí)刻只有兩相通電，導(dǎo)通的兩相繞組的電流大小相等，方向相反，因此任意時(shí)刻只需控制一個(gè)電流量。同時(shí)。 29 第七節(jié) 周邊保護(hù)電路 一、 電流采樣及過電流保護(hù) 圖 313 電流采樣及過流保護(hù)圖 1. 電流信號 電機(jī)主回路電流信號經(jīng)采樣電阻獲得。當(dāng)無刷直流電機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子經(jīng)過霍爾器件附近時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子的磁場令霍爾器件 輸出一個(gè)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(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁體勵磁時(shí)，永磁體的強(qiáng)磁場使得電機(jī)在較低速度時(shí)就可以檢測到電樞繞組反電動勢，在較低轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自同步運(yùn)行狀態(tài)切換，從而加快電機(jī)的起動過程，實(shí)現(xiàn)寬的調(diào)速范圍。當(dāng)電機(jī)體積較小、位置傳感器難以安裝時(shí)或電機(jī)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(shí)，這種無位置傳感器的永磁無刷直流電機(jī)更 顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。 近年來，無位置傳感器的永磁無刷直流電機(jī)發(fā)展比較快。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(jī)轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時(shí)，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。幾個(gè)光電耦合開關(guān)沿圓周均布，每只光電耦合開關(guān)由相互對著的紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。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。這種傳感器具有較高的強(qiáng)度，可經(jīng)受較大的振動沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導(dǎo)磁襯套組成。因此，在對性能和環(huán)境要求不是很高的永磁無刷直流電機(jī)應(yīng)用場合大量使用霍爾元件式位置傳感器。 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(jī)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、相位互差 120176。電角度。對于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)，三個(gè)霍爾元件在空間彼此相隔 120176。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器通常有 27 兩種方式。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。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。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定、轉(zhuǎn)子組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體同軸，以跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置；其定子固定于電機(jī)本體定子或端蓋上，以感應(yīng)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號。 一、 在無刷直流動機(jī)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(jī)的關(guān)鍵部件。霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn) 、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高。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。 第六節(jié) 傳感器選擇 霍爾器件是一種磁傳感器。 GAL 有如下優(yōu)點(diǎn)： 1. 具有電可擦除的功能，克服了采用熔斷絲技術(shù)只能一次編程的缺點(diǎn)，其可改寫的次數(shù)超過 100次； 26 2. 由于采用了輸出宏單元結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行組態(tài)，一片 GAL 器件可以實(shí)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(jì)帶來極大的方便； 3. 具有加密的功能，保護(hù)了知識產(chǎn)權(quán)； 4. 在器件中開設(shè)了一個(gè)存儲區(qū)域用來存放識別標(biāo)志 —— 即電子標(biāo)簽的功能。 2. 面板指示燈狀態(tài)定義 面板指示燈狀態(tài)定義如表 33 表 33 面板指示燈狀態(tài)定義 序 號 功 能 指示燈狀態(tài) 1 過 流 過流時(shí)亮，否則滅 2 欠 壓 欠壓時(shí)亮，否則滅 3 剎 車 剎車時(shí)亮，否則滅 25 第五節(jié) 門陣列可編程器件 GAL16V8 一、 GAL16V8 圖及引腳功能 圖 311 GAL16V8引腳功能圖 表 34 GAL16V8（門陣列可編程器件）引腳名稱及功能 名 稱 功 能 I0I9 輸 入 F0F7 輸入 /輸出 I0/CK 時(shí)鐘輸入 UDD 電 源 GND 地 GAL 器件是從 PAL 發(fā) 展 過來的， PAL 器件的出現(xiàn)為數(shù)字電路的研制工作和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了很大的方便。 CLEAR ： 同步清除輸入端（ 高 電平有效） A， B 串行數(shù)據(jù)輸入端 。當(dāng) A、 B有一個(gè)為高電平，則 另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在 CLOCK 上升沿作用下決定 輸出 的狀態(tài)。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。面板顯示電路主要由單片機(jī)的普通 1/O口串行輸出，由串入并出芯片 74LS164 進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，采用發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。它的特點(diǎn)是可靠性高，但價(jià)格昂貴。 在電動車實(shí)際使用當(dāng)中，普遍采用機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)，平時(shí)常開，剎車時(shí)信號線對地短路作為剎車信號，即低電位剎車。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(shí)，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。然后把這個(gè)電壓輸入控制器，控制器再根據(jù)這個(gè)信號的大小進(jìn)行 PWM脈寬調(diào)制 ， 從而控制功率管的導(dǎo)通關(guān)閉的比例以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。 圖 35 時(shí)鐘電路圖 六、 復(fù)位電路 如圖 36所示，與單片機(jī) 1腳外接 C19R23+5V 圖 36 復(fù)位電路圖 第四節(jié) 人機(jī)接口電路 一、 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(shí)現(xiàn)的，其輸出電壓隨著磁場的線性變化而改變， 23 將此電壓輸入給控制器，實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。用程序語句控制 PWM信號的周期和高電平持續(xù)時(shí)間，從而控制電機(jī)電樞電壓，即可達(dá)到調(diào)速目的。 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。在線串行編程 四、 PWM 信號在 PIC 單片機(jī)中的處理 改變直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的方法分為勵磁控制法 (控制磁通 )與電樞電壓控制法 (改變電樞端電壓 )。程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝 斷電復(fù)位鎖定，即當(dāng)芯片電源電壓下降到某一值以后時(shí)，使芯片保持復(fù)位，當(dāng) 電源電壓恢復(fù)正常后恢復(fù)運(yùn)行 上電定時(shí)器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 TMR2,帶有 8位的周期寄存器及預(yù)分頻器和后分頻器 2. 微控制器特性 有 1路捕捉輸入 /比較輸出 /PWM輸出 (CCP) 雙向可獨(dú)立編程設(shè)置 I/O引腳 高驅(qū)動電流， I/O腳可直接驅(qū)動數(shù)碼管 (LED)顯示每個(gè) I/O引腳最大灌電 25mA。 4. RC0RC7：數(shù)字 I/O 5. RB0RB7：數(shù)字 I/O 6. VDD： +5V電壓輸入 21 三、 PIC16F72 單片機(jī)的功能特性 1. 功能部件特性 轉(zhuǎn)把復(fù)位信號：由單片機(jī)的第 4腳讀入 剎車信號：剎車信號由單片機(jī)的第 5腳讀入。 2. RA0RA5：雙向可編程，亦可作為并行口。 二、 PIC16F72單片機(jī)管腳排列及功能定義 圖 34 PIC16F72單片機(jī)管腳圖 1. MCLR:清除（復(fù)位）輸入。 8. 應(yīng)用平臺界面友好，開發(fā)方便 Microchip公司為用戶提供了周全的技術(shù)方案，不管是對初學(xué)者還是后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)，都提供了完善的硬件和軟件支持，包括各種檔次的硬 件仿真器和編程器。 6. 驅(qū)動能力強(qiáng) PIC系列單片機(jī) I/O端口驅(qū)動負(fù)載的能力較強(qiáng)，每個(gè)輸出引腳可以驅(qū)動多達(dá)2025mA的負(fù)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。 4. 指令特色 PIC系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)具有尋址方式簡單和代碼壓縮率高等優(yōu)點(diǎn)。 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(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，更加簡單合理地提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。 2. 哈佛總線結(jié)構(gòu) 如圖 33所示， PIC系列單片機(jī)在普林斯頓體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用獨(dú)特的哈佛總線結(jié)構(gòu)，徹底將芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，為采用不同的字節(jié)寬度，有效擴(kuò)展指令的字長奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 PIC系列單片機(jī)具有如下特點(diǎn) : 19 1. 單片機(jī)種類豐富 PIC最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。使之具有卓越的性能，代表著單片機(jī)發(fā)展新的潮流。PIC單片機(jī)以其獨(dú)特的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，逐漸被廣大工程設(shè)計(jì)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(jī)芯片制造商，其產(chǎn)品綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路，具有很強(qiáng)的技術(shù)特色。考慮到該設(shè)計(jì)要與市場接軌，因此價(jià)格問題尤為重要，要選擇一個(gè)性價(jià)比較高的單片機(jī)，包括單片機(jī)的單片價(jià)格和開發(fā)系統(tǒng)的造價(jià)。電子產(chǎn)品的安全性是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，作為控制系統(tǒng)的核心，單片機(jī)的安全性必須達(dá)到系統(tǒng)要求。在無刷電機(jī)控制中，脈寬調(diào)制 PWM ( PulseWidth Modulation)技術(shù)廣泛應(yīng)用，因此所選單片機(jī)應(yīng)具有脈寬調(diào)制輸出端口。通過對該系統(tǒng)分析， 8位 單片機(jī)可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求。本設(shè)計(jì)采用 PIC16F72單片機(jī)作為主控芯片，不僅可以實(shí)現(xiàn)專用控制芯片MC33035的全部功能，而且容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展，通過軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多功能的電機(jī)控制。由于每個(gè)高電壓 DMOS電平轉(zhuǎn)換器僅在很狹窄的脈沖持續(xù)期內(nèi)才導(dǎo)通，所以功率很低。當(dāng) Vs為500V或接近 500V時(shí)，高端功率 MOSFET關(guān)斷。高抗噪聲平移位電路將邏輯信號送到輸出驅(qū)動級。同樣，當(dāng) VBS低于規(guī)定的欠電壓點(diǎn)時(shí)，欠電壓檢測電路也會使高端輸出中斷。當(dāng) SD輸入高電平時(shí)兩路均關(guān)閉。邏輯電路為兩路輸出提供相應(yīng)的控制脈沖。 表 32 IR2110 工作參數(shù) 參數(shù) 最小值 / V 最大值 / V VB VS + 10 VS +