【正文】 研制方面，至今尚未取得突破性 的進(jìn)展，但是電動(dòng)車的美好前景仍然激勵(lì)著人們鍥而不舍地開發(fā)新型電動(dòng)車，改善其性能。根據(jù)，各種顯示高新技術(shù)的電動(dòng)車層出不窮，日新月異。為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢，世界各國的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對電動(dòng)車開發(fā)的投資力度，加快電動(dòng)車的商品化步伐。從技術(shù)發(fā)展的角度來看，在走過了漫長而艱難的發(fā)展歷程之后，電動(dòng)車正面臨著重大的技術(shù)突破，有望成為 21 世紀(jì)的重要交通工具。因此，對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。（2）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。（3）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)能夠在減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動(dòng)車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)得摩托車上是不能實(shí)現(xiàn)得。aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 1 緒論1另外，還要求電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣得環(huán)境下長期工作，結(jié)構(gòu)簡單并適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，價(jià)格便宜等。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。因此，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)沒有換向火花，沒有無線電干擾，壽命長，運(yùn)行可靠，維修簡便。無刷直流電動(dòng)機(jī)因其無電刷和機(jī)械換向器，不需要減速裝置，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)自行車中。由于永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而，其用途十分的廣泛，特別適合于對性能，體積重量要求很高的場合，如航空航天，電動(dòng)汽車，精密電子儀器與設(shè)備，工業(yè)自動(dòng)化和現(xiàn)代家用電器等領(lǐng)域。（1）壽命長、免維護(hù)、可靠性高。另外其減速齒輪箱的技術(shù)難度較大，特別是傳動(dòng)齒輪的潤滑問題，是目前有刷方案中比較大的難題。（2）效率高、節(jié)能。而有刷直流電動(dòng)機(jī)的效率由于齒輪箱和超越離合器的消耗，通常在 70%左右。在不清楚故障部位時(shí)，首先應(yīng)該檢查電動(dòng)機(jī)本體，其次是位置傳感器，最后檢查驅(qū)動(dòng)控制電路。會(huì)造成電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)；電動(dòng)機(jī)在某些位置能夠起動(dòng)，而在某些位置不能起動(dòng)；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不平衡。在位置傳感器上常見問題是霍爾元件損壞、接觸不良、位置變化，都會(huì)使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩變小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得電動(dòng)機(jī)不動(dòng)或在某一點(diǎn)來回振動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)問題會(huì)是多種多樣的，檢查者應(yīng)注意在沒有確切把握情況時(shí)，不能隨意通電，以免造成電動(dòng)機(jī)的其他器件損壞。從總的方面來考慮，傳感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機(jī)的信號(hào)處理量，但是又必須能使車行駛自如。 控制核心采用 51 單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路用光耦完全隔離以避免干擾。圖 21 總體結(jié)構(gòu)圖從總的方面來考慮，傳感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機(jī)的信號(hào)處理量，但是又必須能使車行駛自如。控制核心采用 51 單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路用光耦完全隔離以避免干擾。電動(dòng)自行車的基本原理是：由蓄電池提供電能，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)自行車。見圖 22：圖 22 電源電路圖24V 直流電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器 78L05 輸出即為單片機(jī)所要求的+5V 電源。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。 顯示電路顯示部分采用單片機(jī)串口通訊，以節(jié)省單片機(jī)的端口，單片機(jī)通過中斷的方式為顯示服務(wù)。abfcgdeD P Y[ L E D g n ]1234567abcdefg圖 23 七段顯示數(shù)碼管靜態(tài)顯示原理：MCS51 單片機(jī)串行口方式 0 為移位寄存器方式，外接 6 片 74LS164 作為 6 位 LED顯示器的靜態(tài)顯示接口，把 8051 的 RXD 作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD 作為移位時(shí)鐘脈沖。其中 A、B（第Vin3GND2+5V 1200。182。206。209。198。78L05C1166。FC2166。FC310166。F24V 5Vaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 2 總體設(shè)計(jì)52 腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2 個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到 T 端時(shí)，移位寄存器移一位，8 個(gè)時(shí)鐘脈沖過后，8 位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164 中。Q1…Q8（第 36 和 1013 引腳）并行輸出端分別接 LED 顯示器的hg段碼控制：如送段碼 73H 時(shí)，顯示 P 以此類推，如表 24 所示：表 24 段碼表顯示 位碼H g f e d C b ap 0 1 1 1 0 0 1 1 73H 1 0 0 0 0 0 0 0 80H1 0 0 0 0 0 1 1 0 03H2 1 0 0 1 1 0 1 1 9BH3 1 0 0 0 1 1 1 1 8FH4 1 0 1 1 0 1 1 0 B6H5 1 0 1 0 1 1 0 1 ADH6 1 0 1 1 1 1 0 1 BDH7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H8 1 0 1 1 1 1 1 1 BFH9 1 0 1 0 1 1 1 1 AFH0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FHe 1 0 1 1 1 1 0 1 B9Hn 0 0 1 0 0 0 1 1 23Hd 1 0 0 1 1 1 1 0 9EH暗 0 0 0 0 0 0 0 0 00H直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 190 轉(zhuǎn)/分大約需要三位數(shù)碼管顯示。aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 2 總體設(shè)計(jì)6 控制電路圖 25 控制電路打開系統(tǒng)電源后由電位器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，IN0IN6 線上那一路模擬電壓被換成數(shù)字量由 ADDAADDC 線上的地址決定。此時(shí)，若單片機(jī)使 STRA 線處于高電平，則ADC0809 便開始 A/D 轉(zhuǎn)換，一旦 A/D 轉(zhuǎn)換完成，ADC0809 一方面把 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入它三態(tài)輸出緩沖器，另一方面又使 EOC 線變?yōu)楦唠娖较騿纹瑱C(jī)提出中斷請求。脈沖信號(hào)經(jīng)74LS254 放大后經(jīng)光電耦合控制繼電器。一種是線性型：使用功率三級管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。另一種脈寬調(diào)制型:脈寬調(diào)速（PULSE WIDE MODULATION—PWM）較常用的 一種調(diào)速方式，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)速范圍廣、過載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。永磁式直流電機(jī)脈寬調(diào)速原理：永磁式直流電動(dòng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓 UD 決定，電樞電壓 UD 越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓 UD 降為 0V，電機(jī)就就停轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時(shí)使電動(dòng)機(jī)再次接通，電動(dòng)機(jī)因此而再次加速，不斷的給電樞兩端送入脈動(dòng)電壓源（即脈動(dòng)信號(hào)）就可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。VD=D*max 式中 D=t/Tc 稱為占空比，D 越大 VD 就越大反之亦然。因此，電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速 VD 就可以有占空比 D 加以控制。當(dāng) Ta=Tb 時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)，TaTb 電機(jī)正轉(zhuǎn)，TaTb 電機(jī)反轉(zhuǎn)。其調(diào)速原理基本與雙向相同，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。綜合以上兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并考慮到電動(dòng)自行車對調(diào)速精度要求不太高，以及省電、器件損耗等方面因素，決定采用單向式 PWM；考慮到編程時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生使TTTT4 都導(dǎo)通的情況，以致電源短路，燒毀器件。這樣無論如何，都不會(huì)出現(xiàn)因編程原因而造成電源短路的情況。為了避免干擾，采用光電隔離，單片機(jī)和電機(jī)采用兩套電源，4N26 光耦一般需要 2mA 以上的驅(qū)動(dòng)電流，由于單片機(jī)的輸出電流只有幾百毫安，故需要先接 74LS245 或者接一個(gè)三極管增加驅(qū)動(dòng)能力（74LS245 的高電平驅(qū)動(dòng)能力為 15mA） 。另外，在達(dá)林頓管的 C 極。aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 2 總體設(shè)計(jì)9因此，切斷電源后要將電動(dòng)車停下來而采取的無謂制動(dòng)不能將電能回饋給蓄電池。脈沖信號(hào) Ta Tb圖 29 脈沖信號(hào)波形圖工作時(shí) Ta 為高電平，通過光耦驅(qū)動(dòng)復(fù)合管 T 導(dǎo)通，此時(shí) Tb 為高電平通過光耦使三極管導(dǎo)通，繼電器各線圈被短路。當(dāng)Tb 為低電平電壓時(shí)所有繼電器得電，常開觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)斷開，KK3 斷開 KK4導(dǎo)通。如果保證 TaTb 則電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 3 主要器件性能及原理113 主要器件性能及原理 8051 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)8051 是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品， 我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系 統(tǒng) 的講 解 。 數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們 是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能 用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 定 時(shí) /計(jì) 數(shù)器 (ROM)8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于 控制程序轉(zhuǎn)向。 全 雙工串行口8051 內(nèi)置一個(gè)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。 時(shí) 鐘電路8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖 時(shí)序，但 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。INTEL 的 MCS51 系列單片 機(jī)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(jī)則采用普 林斯頓結(jié)構(gòu)。Pin40 為正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi) EPROM 讀寫程序時(shí)，接+5V 電源。Pin18 為時(shí)鐘 XTAL2 腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。Pin9:RESET/Vpd 復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通電，時(shí)鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。而訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 端將有一個(gè) 1/6 時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。Pin31:EA/Vpp 程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051 和 8751 單片機(jī)，內(nèi)置有 4kB 的程序存儲(chǔ)器，當(dāng) EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。它的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼近型，芯片由單個(gè)+5V 電源供電，可以分時(shí)對 8 路輸入模擬量進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，典型的 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100 微秒左右。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 本科畢業(yè)論文 3 主要器件性能及原理15才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。地址輸入和控制線：4 條ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。A，B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。 三端式穩(wěn)壓器 78L05 的工作原理電路如圖 37 所示，三端式穩(wěn)壓器由啟動(dòng)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。圖 37 三端式穩(wěn)壓器工作原理注 圖中 R11 由輸出電流檔次決定，R12 由輸出電壓檔次決定 啟動(dòng)電路在集成穩(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。 （如圖 36）啟動(dòng)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(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)，電路啟動(dòng)完畢。 準(zhǔn)電壓電路（公式號(hào)編碼與插圖號(hào)類似）（如圖 37）基準(zhǔn)電壓電路由 TDZTRR3 及 DD2 組成，電路中的基準(zhǔn)電壓為 (31)式中 VZ2 為 DZ2 的穩(wěn)定電壓，VBE 為 TDD2 發(fā)射結(jié)（DD2 為由發(fā)射結(jié)構(gòu)成的二極管）的正向電壓值。同時(shí)，對穩(wěn)壓管 DZ2 采用恒流源供電，從而保證基準(zhǔn)電壓不受輸入電壓波動(dòng)的影響。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(shí) IB10 最大，而 IC8 最小；而當(dāng)負(fù)載開路時(shí) IO=0，IB10 也趨于零，這時(shí) 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