【正文】 6 PWM脈寬時(shí)間算法 PWM周期和占空比計(jì)算公式為 : PWM周期 =[(PR2)+l]*4*TOSC*(TMR2預(yù)分頻值 )， TOSC為晶振周期 : PWM占空比 =(CCPRIL:CCPICON5:4)*TOSC*(TMR2預(yù)分頻值 )。 4 剎車控制 剎車控制在主程序里面 , 主程序時(shí)刻檢測(cè)剎車信號(hào) , 當(dāng)有剎車信號(hào) , 關(guān)斷波的輸出若沒(méi)有剎車信號(hào) , 根據(jù)轉(zhuǎn)把輸入的電壓 , 控制波的輸出。因此 , 要在中斷程序中控制下次PWM中斷的時(shí)間有兩個(gè)方法 :一是改變 PR2值 , 一是對(duì) TIMER2置數(shù) , 改變其初始值。須注意對(duì)有的定時(shí)器計(jì)數(shù)值寄存器寫(xiě)的時(shí)候 , 會(huì)把預(yù)分頻值清除 , 因此必須在寫(xiě)計(jì)數(shù)值的同時(shí)重新寫(xiě)預(yù)分頻值控制字。若想控制定時(shí)器定時(shí)時(shí)間 , 可以在其中斷程 序里面將定時(shí)器置數(shù) , 定時(shí)器便從這個(gè)數(shù)開(kāi)始計(jì)數(shù)直到溢出。定時(shí)器在每個(gè)時(shí)間周期增加 1。這樣做的好處是可以減小中斷程序的執(zhí)行時(shí)間 , 程序運(yùn)行更加流暢。設(shè)電動(dòng)自行車運(yùn)行在最高速 20km/s(這是國(guó)家法律規(guī)定的速度限制 ), 而其使用的小徑輪胎 , 則霍爾信號(hào)改變的時(shí)間為。但是在電動(dòng)自行車控制場(chǎng)合 ,這樣的想法是沒(méi)有必要的。 2 啟動(dòng) 理論上講 , 轉(zhuǎn)子位置過(guò)磁場(chǎng)換相臨界點(diǎn)時(shí) , 電流換相的速度越快越好。若電機(jī)需要反轉(zhuǎn) , 只需增加一個(gè)反轉(zhuǎn)狀態(tài)表即可。直流無(wú)刷電機(jī)的 3個(gè)霍爾元件組合起來(lái)有 8種狀態(tài) , 其 中 6種是有效的 , 對(duì)應(yīng) 1個(gè)輸出的狀態(tài)。在運(yùn)行的過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻檢測(cè)是否有剎車信號(hào)輸人 , 若有剎車信號(hào)輸人 , 則關(guān)閉輸出。欠壓檢測(cè)是根據(jù)需要設(shè)定欠壓值 , 然后采樣當(dāng)前電源電壓 , 若電壓低于設(shè)定值 ,則關(guān)閉輸出 , 相反 , 則進(jìn)行限流保護(hù)檢測(cè)。隨后采樣位置傳感器產(chǎn)生霍爾信號(hào) , 將該信號(hào)的狀態(tài)與電機(jī)固定的相位序列進(jìn)行比較 , 判斷電機(jī)的相位是否正確。 電源電路 圖 317 電源電路圖 如圖 317所示， 36V電池送入 U1 U1 U15穩(wěn)壓器輸出 +15V和 +5V給 PIC單片機(jī)和 IR2110供電。當(dāng)電池電壓過(guò)低時(shí)給出欠壓信號(hào)，輸出截止，防止電池由于過(guò)放而損壞。它的使用范圍包括傳 感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。過(guò)流保護(hù)是控制器的最后防線，過(guò)流保護(hù)電阻用的是康銅絲，當(dāng)系統(tǒng)電流超過(guò)最大保護(hù)電流值時(shí)，康銅絲會(huì)燒斷，從而起到保護(hù)作用。考慮到本控制系統(tǒng)的成本問(wèn)題，本系統(tǒng)采用第一種電流采樣方式。采樣直流母線電流有兩種方法，一種是在待測(cè)電路上串入一個(gè)小電阻，用小電阻上的壓降反映電流的大??；另一種是采用電流傳感器。 電流采樣方式可采取直接采樣兩相電流的方法或采樣直流母線電流的方法。電流采樣信號(hào)通過(guò) LM358與一固定電壓值比較，當(dāng)電壓的電流過(guò)大時(shí)， LM358輸出高 電平，送入 GAL16V8直接關(guān)斷輸出，進(jìn)行邏輯保護(hù)。電流信號(hào)經(jīng)過(guò) LM358放大，由單片機(jī)PIC16F72A/D通道 RA1（管腳 2）輸入，并進(jìn)行控制處理。當(dāng)轉(zhuǎn)子到下一位置時(shí)，前一位置的霍爾器件停止工作，下一位置的霍爾器件輸出電壓信號(hào)，控制部分使得對(duì)應(yīng)定子繞組通電，產(chǎn)生推斥場(chǎng)使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如此循環(huán)，維持電 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 2 霍爾器件在 無(wú)刷直流電機(jī)中的應(yīng)用 當(dāng)霍爾傳感器用作無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息檢測(cè)裝置時(shí)，將其安放在電機(jī)定子的適當(dāng)位置，霍爾器件的輸出與控制部分相連。無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)的主要弱點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較低，一般只適用于空載或輕載條件下起動(dòng)。它省去了轉(zhuǎn)子位置傳感器，因而電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高。光電式位置傳感器輕便可靠，安裝精度高，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)整方便，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。遮光盤(pán)處于發(fā)光二極管和光 敏三極管中間，盤(pán)上開(kāi)有一定角度的窗口。 （ 3）光電式位置傳感器 光電式位置傳感器由 固定在定子上的幾個(gè)光電耦合開(kāi)關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光板所組成。電磁式位置傳感器輸出信號(hào)較大，一般不需要經(jīng)過(guò)放大便可直接驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，但此輸出電壓是交流，必須先整流。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸入繞組中通以高頻激磁電流，當(dāng)轉(zhuǎn)子扇形磁芯處在輸出繞組下面時(shí)，輸入和輸出繞組通過(guò)定、轉(zhuǎn)子磁芯耦合，輸出繞組中則感應(yīng)出高頻信號(hào)，經(jīng)濾波整形和邏輯處理后，即可控制逆變器工作。 圖 312 霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu) （ 2）電磁式位置傳感器 電磁式位置傳感器的定子由磁芯、高頻激磁 繞組和輸出繞組組成。 如圖 312所示，霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、可靠，但對(duì)工作溫度有一定要求，同時(shí)霍爾元件應(yīng)靠近傳感器的永磁體，否則輸出信號(hào)電平太低，不能正常工作。電角的矩形波信號(hào)。這樣，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)霍爾元件便交替輸出三個(gè)寬度為 180176。電角度，永磁體的極弧寬度為 180176。第一種方式是將霍爾元件粘貼于電機(jī) 端蓋內(nèi)表面，靠近霍爾元件并與之有一小間隙處，安裝在與電機(jī)軸同軸的永磁體，如圖 。當(dāng)霍爾元件按要求通以電流 并置于外磁場(chǎng)中，即輸出霍爾電勢(shì)信號(hào)，當(dāng)其不受外磁場(chǎng)作用時(shí)，其輸出端無(wú)信號(hào)。 其中最常用的有以下幾種： （ 1）霍爾元件式位置傳感器 霍爾元件式位置傳感器是磁敏式位置傳感器的一種。轉(zhuǎn)子位置傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)為：輸出信號(hào)的幅值、精度，響應(yīng)速度，工作溫度，抗干擾能力，損耗，體積重量，安裝方便性以及可靠性等。它對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)，其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯變換后去控制開(kāi)關(guān)管的通斷，使電機(jī)定子各相繞組按順序?qū)ǎＷC電機(jī)連續(xù)工 作。此外，其工作溫度范圍寬，可達(dá) 55 0C~150oC。霍爾器件具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高 (可達(dá) 1 MHz) ,耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。按照霍爾器件的功能可將它們分為 :霍爾線性器件和霍爾開(kāi)關(guān)器件。 GAL16V8 主要是把驅(qū)動(dòng)順序信號(hào)和帶有各種控制信息的脈寬調(diào)制 PWM 信號(hào)綜合成六個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。但是，由于它采用的是雙極型熔絲工藝，一旦編程以后不能修改，因而不適應(yīng)研制工作中經(jīng)常修改電路的需要。 QA－ QH :輸出端 。 引 出 端 符 號(hào) CLOCK ： 時(shí) 鐘 輸 入 端 。當(dāng) A、 B 任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（ CLOCK）脈沖上升沿作用下 輸出 為低電平。 面板顯示電路如圖 39 所示： 圖 39 面板顯示電路圖 1 74LS164 引腳圖 74LS164 為 8 位移位寄存器（串行輸入，并行輸出） 圖 310 74LS164 引腳圖 如圖 310 所示， 當(dāng)清除端（ CLEAR）為 低 電平時(shí)，輸出端（ QA－ QH）均為低電平。 顯示電路 本系統(tǒng)采用 3 個(gè)發(fā)光二極管作為面板指示燈，如圖所示。同時(shí)也有少數(shù)高檔車采用霍爾 元件做開(kāi)關(guān)，剎車 時(shí)輸出高電平給控制器，實(shí)現(xiàn)剎車斷電功能，即高電位剎車，也稱之為電子剎把。因而，既保護(hù)了功率管本身，又保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，也防止了電源的浪費(fèi)。 2 剎車 圖 38 剎車圖 電動(dòng)自行車標(biāo)準(zhǔn)要求電動(dòng)車在剎車制動(dòng)時(shí)，控制器應(yīng)能自動(dòng)切斷對(duì)電動(dòng)機(jī)的供電。 如圖 37所示， 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)把，改變了霍耳元件周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度，也就改變了霍耳轉(zhuǎn)把的輸出電壓。 時(shí)鐘電路 如圖 35所示 ，單片機(jī)的 10腳外接 16Mhz晶體。當(dāng)處于脈寬調(diào)制工作方式時(shí)，可以在引腳輸出分辨率高達(dá) 10位的 PWM信號(hào)。在眾多的電樞電壓控制方法中，脈寬調(diào)制 PWM( PulseWidth Modulation)技術(shù)因?yàn)樾栌玫拇蠊β士煽仄骷?、線路簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍寬、電流波形系數(shù)好、附加損耗小、功率因數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，從而得到廣泛應(yīng)用。掉電保護(hù)電路 內(nèi)置自振式 (RC振蕩 )看門狗 振蕩定時(shí)器，保障振蕩的穩(wěn)定建立 內(nèi)置上電復(fù)位電路 (POR) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 TMR 1，睡眠中仍可計(jì)數(shù) 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 TMRO，帶 8位預(yù)分頻 每個(gè) I/O引腳最大拉電流 25mA 帶 8位 AID轉(zhuǎn)換輸入 （ 3） OSC OSC2：為振蕩器晶振。 電池欠壓信號(hào)：電池電壓經(jīng)分壓后接單片機(jī)管腳 3。 其中 MCLR為低電平時(shí)，對(duì)芯片復(fù)位；該管腳的電壓不能超過(guò) VDD，否則會(huì)進(jìn)入測(cè)試方式。 (9)程序存儲(chǔ)器版本齊全 Microchip公司提供的產(chǎn)品是一個(gè)單片機(jī)系列，可供選擇的存儲(chǔ)器類別和產(chǎn)品封裝工藝的形式較多，為產(chǎn)品的不同試驗(yàn)階段和不同應(yīng)用場(chǎng)合可提供一個(gè)全方位的選擇內(nèi)容和不同的性能檔次。 (7)同步串行數(shù)據(jù)傳送方式 可以滿足主控 /從動(dòng)和主控總線要求。 (5)功耗低 由于 PIC系列單片機(jī)采用 CMOS結(jié)構(gòu)，使其功率消耗極低。 PICF877單片機(jī)指令集系統(tǒng)只有 35條指令，全部采用單字節(jié)指令，而且除 4條判斷轉(zhuǎn)移指令發(fā)生間跳外，均為單周期指令，執(zhí)行速度較高。 圖 34 PIC系列單片機(jī)哈佛總線結(jié)構(gòu) (3) RISC技術(shù) RISC (Reduced Instruction Set Computer)是指精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)。就實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對(duì)單片機(jī)功能和資源的需求也是 不同的。 PIC系列單片機(jī)具有高，中，低 3個(gè)檔次，可以滿足不同用戶開(kāi)發(fā)的需求，適合在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。產(chǎn)品采用全新的流水線結(jié)構(gòu)，單字節(jié)指令體系，嵌入 Flash以及 10位 A/D轉(zhuǎn)換器。 PIC 單片機(jī)特點(diǎn)： PIC (Periphery Interface Chip)系列單片機(jī)是美國(guó) Microchip公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。 (3)價(jià)格因素。 (2)安全因素。由于整個(gè)系統(tǒng)有多種模擬參數(shù)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此選用的單片機(jī)應(yīng)該有多通道 A/D轉(zhuǎn)換模塊。 單片機(jī)選擇依據(jù)： (1)性能因素。 單片機(jī)的選擇 目前，市場(chǎng)上有很多無(wú)刷電機(jī)專用控制芯片，大部分電動(dòng)車生產(chǎn)廠商采用Motorola公司的 MC3303無(wú)刷電機(jī)專用控制芯片，它具有 無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)所需要的基本功能。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(hào)送到輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)。同樣，當(dāng) VBS低于規(guī)定的 欠電壓點(diǎn)時(shí)，欠電壓檢測(cè)電路也會(huì)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 + 20 VS 4 500 HO VS VB VCC 10 20 LO 0 VCC VDD VCC + 4. 5 VCC + 20 VSS 5 + 5 HIN ,SD ,LIN VSS VDD (3)IR2110內(nèi) 部功能如圖 32所示： 圖 32 IR2110內(nèi)部框圖 LO （引腳 1） :低端輸出 COM（引腳 2） :公共端