【正文】 代起，我國電動車輛的研究開發(fā)便一直在進行之中，到 1993年，已被確定為國家十大重點科技工程，并制定了電動汽車的發(fā)展目標。全世界每天在騎的自行車約為 10億輛，每年有 l億輛新自行車進入市場。 在經(jīng)濟發(fā)達國家，一般家庭除了必備汽車之外，通常還希望配備多輛小型交通工具，供短途交通或休閑娛樂用，這對沒有駕駛執(zhí)照的老人和未成年人尤其具有吸引力。但隨著城市規(guī)模與人們?nèi)粘；顒臃秶臄U大，騎車就較辛苦，特別是遇到惡劣的天氣或路況時，就更加 費勁。而電動自行車具有摩托車與自行車的綜合優(yōu)勢：輕便、無污染、低噪音且價格較為低廉，它無疑將最有希望首先替代傳統(tǒng)的交通工具，成為私人交通工具的重要組成部分。 我國對電動自行車的研究起步于 20世紀 80年代初 期，經(jīng)歷了幾次起落，目前在國內(nèi)大中城市的應(yīng)用和推廣已可見端倪。 電動自行車的 前景展望 由于電動自行車自身所具有的優(yōu)點和近幾年來行業(yè)內(nèi)技術(shù)的不斷進步，決定了其將會有較為廣闊的市場前景，尤其在中國這個人口大國，更是有它的用武之地。無論是整車還是零遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 3 部件的技術(shù)水平都有了很大的提高，特別是其核心部件一電池技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，為電動自行車的進一步發(fā)展奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)并提供強大的技術(shù)支持；再次，電動自行車符合可持續(xù)發(fā)展要求。而電動自行車具有零排放、低噪聲等獨特的綠色環(huán)保特點，是一種符合可持續(xù)要求的交通工具； 最后，我國的經(jīng)濟發(fā)展是以內(nèi)需為主要對象的，作為系統(tǒng)工程技術(shù)產(chǎn)品的電動自行車自然能夠成為拉動內(nèi)需新 的動力之一。電動自行車作為朝陽產(chǎn)業(yè)，前景是非常樂觀的，應(yīng)積極探索、加強管理、加快行業(yè)技術(shù)進步，以保持在國際上的領(lǐng)先地位，以應(yīng)對加入 WTO的挑戰(zhàn)。利用霍爾傳感器實現(xiàn)傳統(tǒng)的車把調(diào)速。 電動自行車工作原理 電動自行車 控制系統(tǒng) 的硬件電路 主要有 五個部分 ： （ 1）電源電路 （ 2） 控 制電路； （ 3）驅(qū)動電路 ； （ 4）測速電路； （ 5）顯示電路 ?？刂齐娐芬鶕?jù)選用的電機和傳感器來設(shè)計，主要考慮穩(wěn)定性，抗干擾性。 如圖 21所示。電動車開始行進，人通過擰動手把來調(diào)節(jié)車速時，單片機中的 A/D轉(zhuǎn)化器將采集手把處的模擬電壓 信直接進行 A/D轉(zhuǎn)換。 此時，車輪每轉(zhuǎn)一圈，安裝在后輪附近的測速電路就向單片機發(fā)出信號，單片機通過計時和計算得出車速，然后通過動態(tài)掃描的方式在數(shù)碼管上顯示出來。這樣，只需要用一個電源，就能夠滿足電動機與各個芯片與器件的供電需求。為了方便電源的配置和保護控制電路中的元器件，需要設(shè)計一個電源電路，使電機的額定電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)化后，輸出一個所需的 ，并且其輸出電壓不隨著電源電能的消耗而降低，能夠保持穩(wěn)定的 ，以供控制器部分正常運行。 控制電路 控制電路是人主觀調(diào)節(jié)車速的部分，體現(xiàn)了人對車的控制。這個模擬電壓作為 A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號，它決定著單片機輸出什么樣的驅(qū)動信號，決定著電機的 轉(zhuǎn)速即電動車的車速。 單片機中的 A/D轉(zhuǎn)化后，將這個數(shù)字信號處理成為一系列相應(yīng)占空比的方波信號（即 PWM波形）并輸出，作為控制驅(qū)動電路通斷的控制信號，以便調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。 驅(qū)動電路 驅(qū)動電路的輸入為控制信號，輸出為電機轉(zhuǎn)速?？刂菩盘柺且幌盗械确坏葘挼姆讲ㄐ盘枺?qū)動電路中的開關(guān)器件會根據(jù)控制信號來進行頻繁的開關(guān)動作，則驅(qū)動電路就會頻繁的通和斷。 測速電路 騎車人需要明確車速大小以便對其進行調(diào)節(jié)。將轉(zhuǎn)速傳感器安裝在電機附近，每當電機轉(zhuǎn)一圈，傳感器向單片遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 6 機發(fā)出一個脈沖信號。 顯示電路 單片機將計算出的車速用動態(tài)掃描數(shù)碼管的方式顯示出來。 電動車對電動機的基本要求 電動車的運行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。 （ 1） 電動車用電動機應(yīng)具有瞬時功率大，過載能力強、過載系數(shù)應(yīng)為 (3～ 4)，加速性能好，使用壽命長的特點。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。 （ 4） 電動車用電動機應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高 1次充電的續(xù)駛里程。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 7 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計 電源電路 電源電路設(shè)計 電源電路如圖 31所示 ,24V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器 74LS05的輸出即為單片機所要求的 +。 大容量的 C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。 圖 31 電源電路 三端式穩(wěn)壓器 78LS05 穩(wěn)壓管 用于控制板電路的穩(wěn)壓．以防止電壓過高燒毀電路 。 三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓 是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 在使用時必須注意： (VI)和 (Vo)之間的關(guān)系，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是，而輸入電壓至少大于 7V，這樣輸入 /輸出之間有 2－ 3V及以上的壓差。但壓差取得大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應(yīng)兼遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 8 顧，即既保證在最大負載電流時調(diào)整管不進入飽和，又不至于功耗偏大。 圖 32 三端穩(wěn)壓器的典型接法 圖 32是應(yīng)用 78L05輸出固定電壓 VO的 典型電路圖。電路中接入電容 C C2是用來實現(xiàn)頻率補償?shù)模煞乐狗€(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。 D是保護二極管，當輸入端意外短路時，給輸出電容器 C3一個放電通路，防止 C3兩端電壓作用于調(diào)整管的 be結(jié)，造成調(diào)整管 be結(jié)擊穿而損壞。選通 ADCO通道 ()作為電 壓輸入接口 ,晶振采用外部 12MHZ晶振。 圖 33 控制電路 圖 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 9 單片機 （ 1） 主控制器的選擇 LPC933單片機 是一款單片封裝的微控制器，適合于許多要求高集成度、低成本的場合，可以滿足多方面的性能要求。 6倍于標準 80C51器件。 LPC933單片機 是一個基于 80C51內(nèi)核的高速 低功率單片機，主要集成了字節(jié)方式的 IC總線接口、 UART通信接口、 A/D轉(zhuǎn)換器、 ISP\IAP在線編程等一系列有特色的功能部件。 （ 2） 單片機介紹 LPC933單片機作為主控制器所做的工作為：接收經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)化的控制信號、將控制信號轉(zhuǎn)化為 PWM方波并輸出、檢測速度傳感器送來的脈沖信號、計算自行車車速并輸出給顯示電路、檢測車速。每個 A/D轉(zhuǎn)換器包含 4個結(jié)果寄存器。 根據(jù)需要本實驗選擇單個輸入通道進行轉(zhuǎn)換。一旦轉(zhuǎn)換過程被啟動，其它的定時器 0觸發(fā)操作均無效，直至轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。立即啟動模式適用于所有 A/D工作模式。一旦轉(zhuǎn)換過程被啟動，其它的邊沿觸發(fā)操作均無效，直至轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。 該單元有以下特性： 16位定時器，并可在溢出時重裝 16位值 4個比較 /PWM輸出，可選擇極性 對稱 /非對稱 PWM選擇 7個中斷（ 1個溢出、 2個捕獲和 4個比較）使用同一個中斷向量，通過映像寄存器進行安全的 16位讀寫。每個輸出比較通道在進行操作之前都必須使能。當使能一個比較通道時，用戶必須將相應(yīng)的 I/O口設(shè)置為所需要的輸出類型（注：作為比較通道輸出時，管腳 ， ， 1）。該位的置位發(fā)生在出現(xiàn)比較的下一個CCUCLK周 期。用戶可通過軟件寫入 “ 0” 將其手動清零。即使中斷被禁止，所使能的比較動作仍然會發(fā)生。當比較通道使能時， I/O口（必須配置為輸出）將會連接到一個由比較邏輯控制的內(nèi)部鎖存。強制比較的產(chǎn)生是通 過置位 CCCRx中的強制比較 x輸出位 FCOx實現(xiàn)的。在基本定時器操作模式中，讀取 FCOx位總是為 0（注：該位在 PWM模式中有不同的功能）。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 11 PWM操作有兩種主要的模式：對稱和非對稱。 在非對稱 PWM 操作中， CCU 定時器按照遞減計數(shù)模式操作，與 TDIR2 的設(shè)定無關(guān)。 在對稱模式中，定時器交替遞增 /遞減計數(shù)并且 TDIR2的值無效。該模塊在 PWM模式中用于 PWM波形的產(chǎn)生。 用戶必須將輸出比較管腳配置為輸出狀態(tài)以使能 PWM輸出。但是，有一點不同：由于 FCO位用于保持停止的值，因此只有比較事件才能改變管腳的狀態(tài)。只需要較低的時鐘頻率即 可達到同樣的性能，這樣無疑降低了功耗和 EMI；操作電壓范圍為 ～ 。 512字節(jié)附加片內(nèi) RAM。可選擇輸入和參考源；增強型 UART。 I2C通信端口； 8個鍵盤中斷輸入，另加 2路外部中斷輸入； 4個中斷優(yōu)先級 。使用片內(nèi)上電復(fù)位時不需要外接元件。另外還提供軟件復(fù)位功能。該功能也可配置為一個中斷；可配置的片內(nèi)振蕩器及其頻率范圍和 RC振蕩器選項 (通過用戶可編程Flash配置位選擇 )。振蕩器選項支持的頻率范圍為 20KHz～ 12MHz。 I/O口輸出模式：準雙向口，開漏輸出，推挽和僅為輸入功能；端口“輸入模式匹配”檢測。施密特觸發(fā)端口輸入；所有口線均有 20mA的 LED驅(qū) 動能力。 EMI，輸出最小轉(zhuǎn)換時間約為 10ns；最少 23個 I/O口 (28腳封裝 )，選擇片內(nèi)振蕩和片內(nèi)復(fù)位時可多達 26個 I/O口；當選擇片內(nèi)振蕩及復(fù)位時， LPC932只需連接電源和地。 2個 Flash保密位可防止程序被讀出；Flash程序存儲器可實現(xiàn)在應(yīng)用中編程。提供從掉電模式中喚醒功能 (低電平中斷輸入喚醒 )。 圖 34 驅(qū)動電路圖 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 13 通過邏輯組件 CMOS處理產(chǎn)生 T1T4導(dǎo)通、 T1T6導(dǎo)通、 T3T6導(dǎo)通、 T3T2導(dǎo)通、T5T2導(dǎo)通、 T5T4導(dǎo)通，也就是說將直流母線電壓依次加在 A+B、 A+C、 B+C、 B+A、C+A、 C+B上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對 NS極， T1T6功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當于 60176。電角度，如此循環(huán)，無刷直流電動機將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動負載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。從當前市場上銷售的電動自行車看主要是用直流永磁印制繞組電機和直流無刷電機， 印制繞組電機關(guān)鍵是印制轉(zhuǎn)子的制造工藝，而且需引進部分設(shè)備如轉(zhuǎn)子片疊好后外圓點和內(nèi)孔點的氬弧焊點焊機。直流無刷電機存在質(zhì)量可靠性問題，控制器較復(fù)雜成本較高，這些問題一旦解決推廣使用則更廣。鑒于 電動車對電動機的基本要求 ，本設(shè)計采用 永磁無刷直流電動機 。它的最大特點就是具有直流電動機的外特性而沒有刷組成的機械接觸結(jié)構(gòu)。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達幾十萬轉(zhuǎn)運行。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 14 典型的永磁無刷直流電動機是一種準解耦矢量控制系統(tǒng)，由于永磁體只能產(chǎn)生固定幅值磁場，因而永磁無刷直流電動機 系統(tǒng)非常適合于運行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，一般采用電流滯環(huán)控制或電流反饋型 SPWM法來完成。弱磁控制的實質(zhì)是使相電流相位角超前，提供直軸去磁磁勢來削弱定子繞組中的磁鏈。永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時，其導(dǎo)磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞電動機，在使用中必須嚴格控制，使其不發(fā)生過載 。 （ 2） 無刷直流電機的結(jié)構(gòu)及工作原理 無刷直流電動機由電