【正文】 第三章 總體規(guī)劃對于電動自行車控制系統(tǒng)設(shè)計主要有三個方面：一、控制電路的設(shè)計；二、傳感器選擇以及安放設(shè)計；三、顯示電路的設(shè)計；四、程序設(shè)計。控制電路要根據(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?？刂粕喜捎梅謺r復(fù)用技術(shù)，僅用一塊單片機就實現(xiàn)了信號采集，電機控制和轉(zhuǎn)速顯示。第四章 電路設(shè)計控制電路主要有電源電路、電機驅(qū)動電路、單片機接口電路、顯示電路四個部分。傳感器的電源直接使用24V蓄電池，單片機的電源則通過三端穩(wěn)壓器78L05將24V電源轉(zhuǎn)換到5V。電路中接入電容CC2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(hù)二極管，當(dāng)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。直流電動機的額定轉(zhuǎn)速為190轉(zhuǎn)每分大約需要三位數(shù)碼顯示?！兑妶D421》4．3 控制電路打開系統(tǒng)電源后由電位器控制電動機轉(zhuǎn)速，IN0IN6線上那一路模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由ADDAADDC線上的地址決定。單片機檢測和響應(yīng)該中斷請求后就通過使rd非變?yōu)榈碗娖蕉筄E線變高，以便可以從2128引線上取走A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。脈沖信號經(jīng)74LS245放大后經(jīng)光電藕荷控制繼電器。4．4驅(qū)動電路及原理 下面主要對驅(qū)動電路進(jìn)行一下介紹：電動自行車使用24V直流電機， 對于這種小功率直流電機的調(diào)速方法一般有兩種。線性型驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，成本低，加速能力強，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運行時，通過電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。因此決定采用PWM方式控制直流電機。直流電機的具體調(diào)速過程是：先讓它啟動一段時間，然后切斷電源，電動機因慣性而降速轉(zhuǎn)動。不斷的給電樞兩端送入脈動電壓源（即脈動信號） 就可以使電動機的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。VMIN為電動機的最小轉(zhuǎn)速值。VD=D * VMAX 式中D=t/T稱為占空比 D越大VD就越大反之亦然。因此電動機的平均轉(zhuǎn)速VD就可以有占空比D加以控制。當(dāng)Ta=Tb時電機停轉(zhuǎn)，TaTb時電機正轉(zhuǎn)， Ta Tb時電機反轉(zhuǎn)。不同的是，在電機正轉(zhuǎn)時，Tb這段時間內(nèi)不通過反向電流，電機反轉(zhuǎn)時，Ta內(nèi)不通過正向電流。單向式與雙向式相比，三極管的開關(guān)頻率少一半，比較不容易發(fā)生上下三極管導(dǎo)通而造成電源短路的情況,故可靠性有所提高，但控制性能比雙向式稍差。 圖 445如上圖445左所示為雙向式調(diào)速方式下速度與占空比關(guān)系曲線，圖315右為單向式調(diào)速方式曲線?？紤]到編程時可能會產(chǎn)生使TTTT4都導(dǎo)通的情況，以至電源短路，燒毀器件。這樣無論如何，都不會出現(xiàn)因編程原因而造成電源短路的情況。4N26光耦一般需要2mA以上的驅(qū)動電流，由于單片機的輸出電流只有幾百微安，故需要先接74LS245或者接一個三極管增加驅(qū)動能力（74LS245的高電平驅(qū)動能力為15mA）。另外在達(dá)林頓管的C極和電源的正極之間接一個耐流為2A的二極管，這樣在關(guān)斷電源后，使繼電器反相，可以讓電機放電，這樣停車時車不至于因為慣性滑行太遠(yuǎn)而浪費能源?？紤]到電動自行車對電機轉(zhuǎn)速，距離控制的要求不高，為了簡化程序和外接電路，所以沒有考慮采用閉環(huán)PWM控制，用開環(huán)PWM控制就可以實現(xiàn)自行車的功能。KK3為長閉觸點，所以電動機加正向電壓。電動機加反向電壓。通過改變Ta 、Tb的占空比即可改變轉(zhuǎn)速。8051是MCS51系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。8051單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明： 中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 程序存儲器(ROM) 8051共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器(ROM) 8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。8051內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但8051單片機需外置振蕩電容。INTEL的MCS51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 MCS51系列單片機中的8038051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用。Pin20:接地腳。Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫程序時，接+5V電源。Pin18:時鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。另外一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫程序時，接+5V電源。 8051的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(212MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p30p。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下表：特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000H8051的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見下圖。5. 2 A/D轉(zhuǎn)換芯片 　ADC0809芯片是最常用的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在同類型產(chǎn)品中，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率、轉(zhuǎn)換速度和價位都屬于居中位置。圖 521 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳功能說明：C是高位地址，A是最低位地址。OE：數(shù)字量輸出使能控制，輸入高有效，輸出A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果D7～D0。EOC：模數(shù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出。EOC輸出信號可以作為中斷請求或者查詢控制。Vcc：芯片工作電源＋5V。GND：芯片接地端。 無刷直流電動機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。無刷直流電動機的原理簡圖如圖531所示圖 531：主電路是一個典型的電壓型交直交電路，逆變器提供等幅等頻526KHZ調(diào)制波的對稱交變矩形波。的U、V、W方波，結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號：10100、1001001，通過邏輯組件處理產(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(dāng)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(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。無刷直流電動機的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸線位置超前轉(zhuǎn)子磁場軸線位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動機在啟動瞬間就會產(chǎn)生足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動繞組。電動機的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均電流：Tm=KtIav （NVDC是加在電動機線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，δ是調(diào)制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。（VDC（Keω/2Ra）Kt、Ke是電動機的結(jié)構(gòu)常數(shù)，ω為電動機的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時，改變占空比δ，就可以線性地改變電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵直流電動機電樞電壓控制相同的控制特性和機械特性。n max，那么，+5V以下任何電平即對應(yīng)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就實現(xiàn)了變速設(shè)定?？梢哉f，無刷直流電動機在允許的電壓波動范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在1%左右，并可以實現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運行。電動機采用無錫市日馳電機有限公司生產(chǎn)的永磁無刷直流電動機型號額定電壓（V）額定轉(zhuǎn)速（r/min)額定功率（W）效率（%）SWX00624190140745．4 三端式穩(wěn)壓器78L05三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理 圖 541電路如圖541所示，三端式穩(wěn)壓器由啟動電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。 在集成穩(wěn)壓器中，常常采用許多恒流源，當(dāng)輸入電壓V1接通后，這些恒流源難以自行導(dǎo)通，以致輸出電壓較難建立。啟動電路由TTDZ1組成。T4的集電極電流通過DZ2以建立起正常工作電壓，當(dāng)DZ2達(dá)到和DZ1相等的穩(wěn)壓值，整個電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)，電路啟動完畢。 基準(zhǔn)電壓電路由TDZTRR3及DD2組成，電路中的基準(zhǔn)電壓為在電路設(shè)計和工藝上使具有正溫度系數(shù)的RRDZ2與具有負(fù)溫度系數(shù)的TDD2發(fā)射結(jié)互相補償，可使基準(zhǔn)電壓VREF基本上不隨溫度變化。TR9的作用說明如下：如果沒有TR9，恒流源管T5的電流IC5=IC8+IB10，當(dāng)調(diào)整管滿載時IB10最大，而IC8最??；而當(dāng)負(fù)載開路時IO=0，IB10也趨于零，這時IC5幾乎全部流入T8，使得IC8的變化范圍大，這對比較放大電路來說是不允許的，為此接入由TR9級成的緩沖電路。這樣就減輕了T8的過多負(fù)擔(dān)使IC8的變化范圍縮小。保護(hù)的目的主要是使調(diào)整管（主要是T11）能在安全區(qū)以內(nèi)工作，特別要注意使它的功耗不超過額定值PCM。假設(shè)圖1中的DZDZ4和R14不存在，R15兩端短路。當(dāng)輸出電流急劇增加，例如輸出端短路時，輸出電流超過極限值（IO(CL)=PCM/VI=）時，即當(dāng) ，使T12管導(dǎo)通。這種簡單限流保護(hù)電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內(nèi)。圖1中DZDZ4和R1R15所構(gòu)成的支路就是為實現(xiàn)上述保護(hù)目的而設(shè)置的。VBE12的值為經(jīng)整理后得顯然，（VI –VO）越大，即調(diào)整管的VCE值越大，則IO越小，從而使調(diào)整管的功耗限制在允許范圍內(nèi)。 過熱保護(hù)電路電路由D