【正文】 ??????? (式 ) 同理可得： CC BV B i B V X i X BX A X A1 d iU U U U R i L3 d t????? ? ? ? ??????? (式 ) CC CV C i C V X i X CX A X A1 d iU U U U R i L3 d t????? ? ? ? ??????? (式 ) 當 AS 、 BS 導通時，即電流從 A 相流入， B 相流出， C 相沒有電流，此時： BAii?? ， Ci0? VA VB dU U U?? iA iB iCU U U 0? ? ? 若 iCU 過零（即 iCU0? ），則 V A V B dVC U U UU 22???，同理可得： dVA UU 2? ， dVB UU 2? 。 13 當 AS 、 BS 導通時，即電流從 A 相流入， B 相流出， C 相沒有電流，此時： BAii?? ， Ci0? VA d1UU2? ， VB d1UU2?? ， iA iB iCU U U 0? ? ? 由 (式 )可知： VC iC3UU2? (式 ) 同理可得：VA iA3UU2? (式 ) VB iB3UU2? (式 ) 因此當無位置傳感器直流無刷電機某相不導通時，以電源的中點作為基準參考點，可以在該相的引出線上檢測出該相繞組產生的反電勢。 速度顯示 電動自行車在行駛過程中，使用者常常需要了解車行的速度，以便更好地控制速度，保證行駛的安全。 圖 七段型液晶顯示的電極引線排布 ICM7211(A)接口部結構為 4 位數(shù)據(jù)線 B0～ B3和 2 路位選線 D0D1。 2 路位選線 D0D1，分別控制 2 路七段數(shù)據(jù)鎖存器，為 “l(fā)”選通，為 “0”封鎖，可以同時為 “1”全部選通，也可以同時為 “0”全部封鎖。 圖 ICM7211(A)原理框圖 蓄電池的容量顯示 電動自行車在使用過程中蓄電池的剩余容量顯示給用戶帶來比較大的方便，它表明蓄電池提供的電能大約能夠使電動自行車行 駛多少里程，蓄電池是否需要充電等。當蓄電池以恒定電流放電時，它的容量 (Q)等于放電電流 (Id)和放電時間 (td)的乘積 : ddQ I t?? (式中 Id 的單位為安 (A)， td 的單位為小時 (h)， Q 的單位為安時 (A其放電特性如圖 所示。如果采用此方式來顯示蓄電池的容量，還需要考慮蓄電池充電特性和蓄電池的放電率 (放電率 =額定容量 Q 鎖定(A 在本方案中，利用蓄電池端 電壓與容量之間的關系，通過測量蓄電池的端電壓來顯示蓄電池的容量。電動自行車在行駛中，利用軟件讓單片機對蓄電池端電壓 U 進行測量、處理，并將處理的結果值經I/O 端口發(fā)送到液晶顯示驅動器進行處理，實現(xiàn)顯示。 在電動自行車無刷電機控制器這樣一個應用場合來說，根據(jù)對控制器的要求有多種數(shù)據(jù)處理芯片可供選擇。若運算量較小，速度要求不特別高，主要運算為邏 輯運算，而且輸出 I/O 口較多，則應用單片機設計較好。目前市場上單片機種類型號非常多，多家公司在生產，各有所長。 (1) 可編程片上系統(tǒng) 系列 (PSoC) PSoC(Programmable System on Chip)是美國 Cypress MicroSystem 公司推出的新一代功能強大的 8 位可配置的嵌入式單片機。使用該芯片可以配置具有多種不同外圍元器件的 微 控制器，適應非常復雜的實時控制需求，大大提高產品的開發(fā)效率，降低了系統(tǒng)開發(fā)的復雜性，同時增強了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。僅就這 個課題研究的過程來說，其內部結構太 過復雜，不利于研究。目前在中國市場上有幾十家半導體廠商生產的微控制器，不同廠商生產的微控制器各有自己的特點；在眾多的微控制器芯片中，美國 Microchip 技術公司生產的PIC 系列微控制器芯片則異軍突起。其高速度 (每條指令最快可達 160ns)、低工作電壓 (最低工作電壓可為 3V)、低功耗 (3V， 32kHZ 時 15Μa)、較大的輸入輸出直接驅動 LED 能力 (灌電流可達 25mA)、一次性編程 OTP(One Time Programmable)芯片的低價格 (最低的不到 8 元人民幣 )、小體積 (最小為 8 引腳 )指令簡單易 學易用 (3557 條指令 )等，都體現(xiàn)了微控制器芯片工業(yè)發(fā)展的新趨勢，在市場上具有極強的競爭力，該系列微控制器在全球已廣泛應用于家電、辦公自動化設備、電子電訊、金融電子、汽車、儀表、工業(yè)控制等領域，在 8 位微控制器市場從 90 年的第 20 位提高到 96 年的第 5 位，以至成為 8 位微控制器中最具有影響力的主流嵌入式控制器。它還可提供低電壓保護、瞬時限流保護、內部過熱保護?；?MC33035 的直流無刷電機控制系統(tǒng)具有電路簡單，價格經濟，抗干擾行強，可靠性高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但其只適合在電機控制精度不太高，功率要求不太大的情況下廣泛應用。 PIC16C74 單片機主要性能特點可歸納如下： (1) 簡指令集，僅有 37 條指令。 (3) 低功耗 SLEEP 方式。 (5) 較大的輸入輸出直接驅動 LED 能力，灌入電流可達 25mA。 (7) 具有 4K*l4 位字的 EPROM，可以滿足普通的系統(tǒng)軟件的容量要求。 18 (8) 具有 8 級堆棧，多個內部及外部中斷源。 由上述可知，該芯片的功能及參數(shù)可以滿足 直流無刷無位置傳感器電動自行車設計方案的要求 。換向的原理和比較器 LM324 的輸出波形，而 PIC16C74 單片機 PORTB 端口的 RB RB RB RB7四個引腳有一個重要的特性，當把這 4 個引腳定義成輸入狀態(tài)時，其引腳的電平只要有變化，可以引起中斷，即單片機通過把 RB RB RB RB7引腳上的輸入信號與上一次讀入該 4 個口的舊的鎖存值進行比較，若有變化，則把兩者相或后輸出以產生 RBIF 中斷。 圖 、換向控制及調速電路圖 需要值得注意的是， PIC16C74 單片機 PORTB 端口的四個引腳中任何一個引腳電平變化都能 引起單片機產生中斷，但是單片機并不能夠判斷出是哪個引腳的電平變化，只能通C B A +DC R2 R2 R2 R2 R2 R2 R2 R2 R1 R1 R1 R1 C C C C Z Y X 3 2 1 LM324 P4 P6 P5 P3 P2 P1 RB7 RB6 RB5 PIC16C74 RB3 RB2 RB1 RC7 RC6 RC5 CCP1 + + + 4081 19 過中斷標志查出是 PORTB 端口電平變化引起的中斷；另外，單片機也不能夠判斷出 PORTB端口四個引腳上電平變化是從低到高 (0→l) 還是從高到低 (l→0) ，而比較器在一個周期內，每一路輸出波形 (或電平 )的變化都表示不同的功率開關器件開或關，因此讓單片機在PORTB 端口電平變化引起中斷處理計時、延時后，當延時 30176。 圖 中所示，單片機的 RC RC RC5分別和驅動電路上橋臂的三路相連，控制上橋臂的三路功率開關器件開或關； RB RB RB3分別和驅動電路下橋臂的三路相連，控制下橋臂的三路功率開關器件開或關。直流無刷電動機的端電壓檢測電路的三相端電壓信號 A、 B、 C 中含有的高頻信號及外界干擾，必須經過濾波電路以濾掉高頻信號及外界干擾，否則會干擾比較器的正常工作；由于電動自行車用直流無刷電動機的速度較低，頻率也較低，因 此使用電容 C 就可以讓低頻段的信號通過，抑制高頻段的信號。因此直流無刷無位置傳感器電動自行車的電機可以采用以下幾種方案實現(xiàn) 起 動 [9]： 方案一、電動自行車由于其特殊性，使用的是 輪轂 式電機，在沒有供電的情況下，電動自行車可以用作正常的自行車行駛，在行駛時 輪轂 式電機和車輪一起運轉，當運轉 達到一定的速度時，電機產生的反電勢可以被檢測到，此時閉合開關給電機供電，實現(xiàn)電動自行車的 起 動。由于無刷直流電動機的結構和永磁同步電動機相似，所以無刷直流電動機起動時可以采用他控式同步電動機的起動方式，從靜止開始加速，直至轉速足夠大能夠檢測到反電動勢，再切換到直流無刷直流電動機的運行方式，其原理框圖如圖 。與轉子位置信號類似，三路外 同步同步信號有六種組合狀態(tài)。當保護信號有效時，逆變器功率器件被關斷，以實現(xiàn)對功率器件的保護措施。 圖 外同步起動原理框圖 起動時，信號發(fā)生模塊需要按序改變三路外同步信號的組合狀態(tài)，并且每個狀態(tài)所保持的時間根據(jù)加速曲線逐漸縮短，即逐漸提高逆變器的輸出頻率，那么在電機在不失步的前提下轉子轉速也逐漸提高，在本論文中，采用如圖 示的斜率為 K 的加速曲線，斜率K 可以根據(jù)負載轉矩慣量的大小人為調整。t 即為轉子轉過的電角度 θE。電角度之后的位置記為 θE1，再轉過 60176。這樣依次類推，假如在轉子轉過 了 e t k 60? ? ? ? ?個 電角度之后，達到了需要的反電動勢信號 信號選擇 器 保護信號 自同步信 號 譯碼 C′ B′ A′ C B A 轉子位置信號 外同步信號 21 轉速，那么由這一系列位置對應的時刻 t0， tl， t2， …… ， tk 的值，即可確定逆變器的每一個逆變狀態(tài)的改變時刻。電機外同步加速時，定子磁動勢步進旋轉的速度取決于逆變器改變節(jié)拍的頻率，而逆變器改變節(jié)拍的頻率將完全取決于加速曲線中的定時值；電機實際加速時，將很快檢測到反電勢的位置信號 ，進而用反電勢位置信號代替外同步信號，切入自同步運行。 驅動電路 由于 PIC16C74 單片機使用的電源電壓是 +5V，其 I/O 端口輸出輸入的電壓電流相對來說比較小，不能直接驅動功率器件 MOSFET，因此需要根據(jù) PIC16C74 單片機的特點設計出驅動電路的上下橋臂 [10]，如圖 、圖 所示。 下半橋臂中， P 點和與門 CD4081 相連， G 與下半橋臂功率管 MOSFET 相連。圖 除了具有上述功能外，還起著電平轉化作用，因為一般 TTL 的工作電平轉低 (5V)，不宜直接驅動電流容量較大的功率管 MOSFET。因此在設計上下橋臂的驅動電路時，需要注意讓上橋臂中 P 點為低 (高 )電平時，功率管 MOSFET導通，為高 (低 )電平時，功率管 MOSFET 關斷 。 在直流無刷電機驅動主電路中，電機換向時功率管 MOSFET 突然關斷，某一相的電流突變?yōu)?0。在直流無刷電機驅動主電路中使用的每個功率管 MOSFET 實際上在其內部集成并聯(lián)一個續(xù)流二極管，如圖 所示。電動自行車的調速常常是在手柄上安裝一個光耦可調電阻，由手動實現(xiàn)的； 我選用的 是可調電阻，其原理如圖 所示。單片機將 UK值采樣后經 A/D 轉換后送到 PWM 波占空比寄存器來決定 PWM 波占空比。 圖 PWM工作方式結構示意圖 下式說明 PWM 周期和占空比的計算 [12]： PWM 周期 = [(PR2)+l] 4 Tosc (TMR2 預分頻值 ) PWM 占空比 = (DC1) Tosc (TMR2 預分頻值 ) 其中， DC1 的 10 位值由 8 位的 CCPR1L 的值 (作為 10 位中的高 8 位 )和控制寄存器CCPXCON 中的 D5和 D4(作為最低兩位 )組成，所以 PWM 的輸出分辨 率是可編程的，可從8 位的定時器 2 模塊得到 10 位的分辨率。 導通的時間決定了速度的大小，導通時間長，速度就快；導通時間短，速度就慢。當電機剛