【正文】 此外要感謝教過我的所有機電工程學院尤其是電學教研室的各位老師一直給予我的支持，他們?yōu)榱耸刮翼樌瓿蓪W業(yè)付出了很多。在本次設(shè)計中，我得到了老師大力支持。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、提高了電動自行車的智能化和實用度，為使用者騎行帶來很大的方便。在設(shè)計了MOSFET驅(qū)動電路、電流檢測電路、顯示電路、霍爾信號采集電路及手把電壓輸入電路等的同時，還使用了WTB015語音芯片設(shè)計出語音報警電路，使電動自行車具有語音報警功能，增加了行駛的的安全。圖26 語音報警程序流程圖以ATmega88單片機為控制核心的電動自行車用BLDCM控制系統(tǒng)，采用霍爾位置傳感器完成了電子換相、速度檢測的功能，并采用單極型PWM進行調(diào)制。圖25 AD采樣控制流程圖 語音報警程序設(shè)計設(shè)置定時器為溢出中斷模式 語音芯片高電平復位并延時 語音播報 發(fā)送控制信號 結(jié)束 語音芯片低電平復位并延時 復位定時器為PWM中斷模式 開始當控制器出現(xiàn)故障時，維修人員可以根據(jù)語音提示立即知道故障所在，方便維修，同時當控制器正常工作時，語音芯片會發(fā)出與騎行狀態(tài)相對應(yīng)的語音提示，使騎行的人能夠及時準確的知道車的騎行狀態(tài)。由于電流的AD檢測非常重要，并且在中斷中，所以AD通道的切換就必須非常注意，通常手柄、電源電壓變化比較緩慢。速度、電流控制程序流程圖如下圖23所示。它具有良好的起動和抗干擾性能，可以滿足本系統(tǒng)的需要。為了使控制精度和動態(tài)性能達到最優(yōu)，本系統(tǒng)選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。換相流程圖如圖22所示。若未出現(xiàn)剎車制動的情況則顯示當前的轉(zhuǎn)速和電壓，從而開始轉(zhuǎn)速和電流的調(diào)節(jié)并開始循環(huán)運行。系統(tǒng)進行初始化之后，首先會打開中斷口，進行中斷初始化之后開始檢測電源電壓是否處于欠壓的狀態(tài)，若出現(xiàn)欠壓狀態(tài)則開始進行欠壓保護，避免對電池造成損壞，否則繼續(xù)向下運行。語音程序的初始化包括：WTBO15語音芯片復位端信號和數(shù)據(jù)端信號的初始化。 系統(tǒng)主程序設(shè)計系統(tǒng)主程序主要完成ATmega88單片機各寄存器以及各變量的初始化、電源電壓是否正常、為轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)做好入口準備和電機各狀態(tài)的轉(zhuǎn)換等，流程圖如圖21所示。相對于硬件設(shè)計來說，軟件設(shè)計具有更大的靈活性，這也給系統(tǒng)的設(shè)計帶來了很大的便利。如圖22所示，當為低電平剎車時，低電平信號通過隔離二極管D1將R7端電平拉低后直接送入到單片機剎車I/O口，實現(xiàn)剎車。WTBO15語音芯片的第15引腳與單片機的DATA端相連，16引腳與單片機的復位信號端RST相連，MCU高電平發(fā)出幾個脈沖就觸發(fā)播放第幾個聲音，需要注意的是:DATA端在每次發(fā)脈沖控制數(shù)據(jù)前，需先發(fā)RST復位信號讓WTBO15復位，這樣才能保證語音芯片的正常工作[18]。語音報警電路的語音觸發(fā)采用的是數(shù)據(jù)脈沖形式，一個脈沖對應(yīng)一個聲音，N個脈沖對應(yīng)第N個聲音。WTB語音芯片是一款低成本且?guī)б纛l合成器的4位OTP微型語音處理器，主要包括4位的數(shù)字邏輯運算器、EPROM、RAM、 I/O端口、定時器、時鐘發(fā)生器等完備的內(nèi)部資源。其電路原理圖如下圖18所示：圖 18 照明電路原理圖 欠壓、過流報警電路報警電路使電動自行車控制器具備語音報警功能，是電動自行車智能控制系統(tǒng)的重要組成部分，其原理是單片機會對電動自行車控制系統(tǒng)進行實時偵測，并對偵測的結(jié)果用語音形式告知。它主要由前照燈、尾燈和儀表照明燈及控制開關(guān)等組成。顯示電路如圖17所示，EDM1190A顯示數(shù)字所對應(yīng)的段碼如表3所示。單片機的PC1和PC0分別與（1）和（2）兩個EDM1190A的時鐘信號管腳CLK相連?！?個LCD顯示模塊EDM1190A分別用來顯示2個4位數(shù)。EDM1190A段碼式液晶顯示器模塊由LCD液晶顯示器、驅(qū)動電路、8位CPU接口電路構(gòu)成。本系統(tǒng)使用的EDM1190A是一種實用美觀的四位串行段式液晶顯示模塊。實踐證明本電源電路圖原理簡單，工作穩(wěn)定，由于大部分使用集成穩(wěn)壓電源，還具有體積小、維修方便等優(yōu)點，是電動自行車控制器理想的電源電路[17]。圖16 電源電路電路中接入C2C2C2C29是用來實現(xiàn)頻率補償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾，并且起到濾波作用，濾除電源轉(zhuǎn)換中的尖峰電壓，使輸出的電壓平滑，紋波小。5V提供給單片機以及其他邏輯控制電路，采用三端穩(wěn)壓器7805實現(xiàn)。圖15轉(zhuǎn)速給定電路 電源電路電源電壓主要有幾種:36V提供給電機，由蓄電池直接供給。當手把松開或者卸掉時，保證輸入AD口的電壓為0。手柄電壓輸入電路是將手柄輸出的模擬信號送到單片機的AD轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路，控制程序根據(jù)此數(shù)字信號從而來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。調(diào)速電路原理如圖15所示，手柄有三個端口，一個接電源，一個接地，最后一個由旋轉(zhuǎn)手柄可以得到變化的輸出電壓信號UN。兩者都是傳輸給單片機一個與速度成比例的電壓信號LAI 設(shè)定給定速度。V1控制信號 V4控制信號 電阻壓降信號 采樣時刻 圖14 PWM控制時旁路電阻的電壓波形圖 轉(zhuǎn)速給定電路電動自行車的調(diào)速通常是通過手柄來調(diào)節(jié)的，分為接觸式和非接觸式。本方案采用的是單極性PWM控制，在PWM周期的“關(guān)”期間，電流經(jīng)過那個常開的開關(guān)管和另一個開關(guān)管的續(xù)流二極管形成續(xù)流回路，這個續(xù)流回路并不經(jīng)過檢測電阻R，所以在PWM的“關(guān)”期間不能采樣電流；另外在PWM周期的開的瞬間，電流上升不穩(wěn)定，也不易采樣，所以電流采樣時刻最好是在PWM周期的“開”期間的中部，如圖14所示，以對開關(guān)管V1,V4的控制為例。同時繞線電阻兩端電壓再送給U5B并與已知電壓比較，比較器的門限值由R34, R35分壓得到，一旦超出預(yù)定值便發(fā)出過流輸出信號給MCU, MCU便發(fā)出中斷指令，完成過流保護[16]。采樣電阻為一個阻值為22Ω、8W的電阻(圖14中的Rs)，其兩端電壓送給U5A，經(jīng)放大后輸送給MCU,完成電流采樣。另一路信號送至比較器，當電流突然由于某種原因大大超過允許值，比較器翻轉(zhuǎn)送出中斷信號給單片機，單片機會及時關(guān)閉驅(qū)動橋，停止控制器工作，從而保護控制器避免更大的傷害。本系統(tǒng)中，電流信號經(jīng)電阻采樣之后分兩路，一路送至放大器，一路送至比較器。圖12所示為電壓檢測電路，本系統(tǒng)通過采樣電池的端電壓，并對信號進行簡單濾波后輸入單片機的ADC口，用軟件進行比對，當小于某個設(shè)定值（）時，立即采取措施，關(guān)閉電源，從而實現(xiàn)對電池電壓的檢測及對蓄電池的必要保護[15]。圖10 IR2130驅(qū)動芯片圖11 驅(qū)動電路與全橋逆變電路的連接 電壓檢測及欠壓保護電路蓄電池電壓的檢測是實現(xiàn)對其容量監(jiān)控的關(guān)鍵，也是對電池進行欠壓保護的有效途徑。通過電阻RS檢測到的電流信號分別送給IR2130的9腳(過電流信號檢測輸人端)和13腳(放大器同相輸人端)。自舉電容在器件斷態(tài)時通過自舉二極管被15 V充電，且為了防止自舉電容兩端電壓放電，3個自舉二極管D4,D5,D6應(yīng)選用高頻快恢復二極管，本設(shè)計中選用FR107。IR2130具有6路輸人信號和6路輸出信號，且只需一個供電電源即可驅(qū)動三相橋式逆變電路的6個功率開關(guān)器件，使整個驅(qū)動電路更加簡單可靠，IR2130與全橋逆變電路的連接如圖11所示。HIN1 ~HIN3, LIN1~LIN3為逆變器上橋臂和下橋臂功率管的驅(qū)動信號輸入端，低電平有效；ITRIP是過流信號檢測輸入端，可通過輸入電流信號來完成過流或者直通保護:HO1 ~HO3，LO1~LO3是逆變器上下橋臂功率開關(guān)器件驅(qū)動信號輸出端；FAULT為過流、直通短路、過壓、欠壓保護輸出端，該端提供一個故障保護的指示信號[13]。該電路為28腳雙列直插元件，驅(qū)動能力強，保護功能齊全。用IR2130來驅(qū)動MOSFET組成的全橋逆變器，驅(qū)動時采用120176。+ DC V3 D2 D5 V4 V1 D1 D4 V2 V5 D3 D6 V6 A B C 圖9 無刷直流電動機星型連接全橋驅(qū)動結(jié)構(gòu)原理圖全橋型逆變電路有六個功率開關(guān)器件，若每個開關(guān)器件都用一單獨的驅(qū)動電路驅(qū)動，則造成系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復雜且可靠性也會下降。綜上所述，采用該逆變器作為電子換向器并采用120176。導通方式下，電機同時有兩相繞組工作，提高了無刷直流電機的利用率，也提高了電機的出力和效率；在該換相方式下，無刷直流電機同一橋臂的上下兩管互差60176。來自單片機的信號通過驅(qū)動電路驅(qū)動各功率開關(guān)管的導通、斷開，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化按一定的次序換相，各相導通示意圖如表1所示。功率開關(guān)管選用高速型MOSFET器件IRF540，它內(nèi)阻低、熱阻小，因此運行功耗低，適合輸出級使用，具體參數(shù)如下：VDS =100V、VDGR =500V、 ICM= 28A、RDS =0. 7 Ω 、PCM =150W。圖7 單極性PWM控制各觸發(fā)信號圖 圖 8 雙極性PWM控制各觸發(fā)信號圖 全橋逆變及功率驅(qū)動電路本系統(tǒng)采用的逆變電