單片機控制電動車設(shè)計報告

天津工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)實習(xí)報告姓名學(xué)院專業(yè)班級學(xué)號指導(dǎo)教師2012年月日摘要單片機控制的永磁無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)適用于電動自行車等小功率的工作情況，并能將多余的電能回饋。該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點。本文從系統(tǒng)要求分析入手，將整個系統(tǒng)分成四個部分，分析和討論了各個部分的電路原理、控制策略、實現(xiàn)方法。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號的傳遞情況，并得到了系統(tǒng)各個部分在不同工況的工作狀態(tài)。系統(tǒng)各個部分的控制電路基于INTEL公司的控制芯片89C51單片機。根據(jù)永磁無刷直流電動機的特性實施脈寬PWM控制，并通過轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速通過八段數(shù)碼管動態(tài)顯示轉(zhuǎn)速，通過軟硬件的配合，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的設(shè)計要求。關(guān)鍵詞單片機，脈寬調(diào)速系統(tǒng)，三端式穩(wěn)壓器，永磁無刷直流電動機目錄摘要I1概述12總體設(shè)計33電路設(shè)計54程序設(shè)計105PCB元件圖13參考文獻(xiàn)151概述11電動車的發(fā)展史電動車的發(fā)展史比燃油汽車更長，世界上第一輛機動車就是電動車。后來，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動車在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長期未能取得突破，從20世紀(jì)20年代初至60代末，電動車的發(fā)展進(jìn)入了一個沉寂期。進(jìn)入70年代以來，由于中東石油危機的爆發(fā)以及人類對自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點。近幾十年來，主要工業(yè)化國家為電動車的開發(fā)投入了大量的人力和財力，電動車的各項相關(guān)技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。盡管電動車在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性的進(jìn)展，但是電動車的美好前景仍然激勵著人們鍥而不舍地開發(fā)新型電動車，改善其性能。現(xiàn)代電動車的能源系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、智能化的能量管理系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)和變速系統(tǒng)，電動車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及未來智能化的交通系統(tǒng)的發(fā)展。根據(jù)各類子系統(tǒng)的不同特點近年來，各種顯示高新技術(shù)的電動車層出不窮，日新月異。12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。因此，對驅(qū)動系統(tǒng)的要求是很高的。（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（34），加速性能好、使用壽命長等特點。（2）電動車用電動機應(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)。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。（3）電動車用電動機能夠在減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機得摩托車上是不能實現(xiàn)得。（4）電動車用電動機應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，應(yīng)具有高得效率，以提高1次充電得續(xù)駛里程。另外，還要求電動車用電動機可靠性好，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)，運行時噪聲低，價格便宜等。2總體設(shè)計對于電動自行車控制系統(tǒng)設(shè)計主要有三個方面1控制電路的設(shè)計；2傳感器選擇以及安放設(shè)計；3顯示電路的設(shè)計；4程序設(shè)計。從總的方面來考慮，傳感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機的信號處理量，但是又必須能使車行駛自如?？刂齐娐芬鶕?jù)選用的電機來設(shè)計，主要考慮穩(wěn)定性，抗干擾性?？刂坪诵牟捎?1單片機?？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。如圖1所示圖1整體電路圖3電路設(shè)計控制電路主要由電源電路、電機驅(qū)動電路、單片機接口電路、顯示電路四個部分?？紤]到電機的起動電流和制動時比較大，會造成電源電壓不穩(wěn)定容易對單片機和傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以，電機機驅(qū)動電路和單片機以及傳感器電路用光耦隔離。電源模擬圖如圖2所示，電源有一定損耗，通過可變RV1模擬損耗的電源。圖2電源模擬圖電動車車速調(diào)節(jié)主要應(yīng)用PWM電路，即數(shù)字式脈寬調(diào)制控制電路。這次采用此PWM電路，如圖3。此電路由三個個電阻，兩個NPN型三極管，一個電動機構(gòu)成，通過比較器比較出的電壓高低，調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。圖3PWM電路此電路采用LM324電壓比較器，通過電壓比較器，比較電壓，來輸出電壓，調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。電路如圖所示，圖4圖4電壓比較器單片機部分，有晶振電路和復(fù)位電路。圖5復(fù)位電路圖6晶振電路本次實驗思路1，通過可變電阻調(diào)節(jié)電源電壓2通過電壓比較器，比較是否輸出高電平3通過PWM電路控制電動機的轉(zhuǎn)速4通過單片機控制調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)燈滅時，電壓不足，不能提供給電動機的電壓，需要充電；當(dāng)燈亮?xí)r，說明電源電壓足夠，可以提供電能。整體的電路模擬圖如圖所示圖7電路模擬圖4程序設(shè)計控制系統(tǒng)由單片機來控制和采集。流程圖如圖所示開始棧針初始化分配顯示緩沖設(shè)置中斷開CPU中斷允許INT0掃描鍵盤按下未按下掃描掃描IN7啟動A/D轉(zhuǎn)換啟動A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用調(diào)寬子程序調(diào)用顯示程序返回圖8單片機流程圖單片機程序INCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARSBITCLKP24SBITSTP25SBITEOCP26SBITOEP27SBITPWMP30SBITLEDP20SBITPKP01VOIDDELAYMSUINTMSUCHARIWHILEMSFORI0I25，000小時。二、工作原理和結(jié)構(gòu)特點（一）工作原理DKZ型電動執(zhí)行機構(gòu)是一個用交流伺服電動機為原動機的位置伺服機構(gòu)，其系統(tǒng)方塊圖如圖1所示。工作原理FC伺服放大器SD單相伺服電機WF位置發(fā)送器Z減速器DFD電動操作器C調(diào)節(jié)閥圖1電動執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)方塊圖電動執(zhí)行機構(gòu)處于連續(xù)調(diào)節(jié)的控制過程狀態(tài)當(dāng)輸入信號I10（或4MADC）時,位置發(fā)送器反饋電流I反0或4MADC,此時伺服放大器沒有輸出電壓，交流伺服電動機停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機構(gòu)輸出軸穩(wěn)定在預(yù)選好的零位。當(dāng)輸入信號I10（或4MADC）時（接入極性應(yīng)與位置反饋電流極性相反）此輸入信號與系統(tǒng)本身的位置反饋電流在伺服放大器的前置級磁放大器中進(jìn)行磁勢的綜合比較，由于這二個信號大小不相等且極性相反就有誤差磁勢出現(xiàn)，從而使伺服放大器有足夠的輸出功率，驅(qū)動交流伺服電動機，執(zhí)行機構(gòu)輸出軸就朝著減少這個誤差磁勢的方向運動，直到輸入信號和位置反饋信號二者相等為止，此時輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號相對應(yīng)的位置上。電動執(zhí)行機構(gòu)三種控制方式1當(dāng)電動操作器切換開關(guān)放在“自動”位置時，即處在連續(xù)調(diào)節(jié)控制狀態(tài)，其控制過程如上所述。2當(dāng)電動操作器切換開關(guān)放在“手動”位置時，即處在手動遠(yuǎn)方控制狀態(tài)，操作時只要將旋轉(zhuǎn)切換開關(guān)分別拔到“開”或“關(guān)”的位置，執(zhí)行機構(gòu)輸出軸就可以上行或下行，在運動過程中觀察電動操作器上的閥位開度表，到所需控制閥位開度時，立即松開切換開關(guān)即可。3當(dāng)電動操作器切換開關(guān)放置“手動”位置，把交流伺服電動機端部旋鈕放在“手動”位置時，拉出執(zhí)行機構(gòu)上的手輪，搖動手輪就可以實現(xiàn)手動操作。當(dāng)不用就地手動操作時，千萬要注意，把交流伺服電機端部的旋鈕放在“自動”位置，并把手輪推進(jìn)。（二）結(jié)構(gòu)特點電動執(zhí)行機構(gòu)由伺服放大器和執(zhí)行機構(gòu)二個結(jié)構(gòu)上相互獨立的整體構(gòu)成。執(zhí)行機構(gòu)為現(xiàn)場就地安裝式結(jié)構(gòu)，在減速器箱體上裝有交流伺服電機和位置發(fā)送器。減速器上有手動部件、輸出軸、機械限位塊。位置發(fā)送器與減速器的聯(lián)接結(jié)構(gòu)如圖2所示，它們之間的聯(lián)接和調(diào)整是通過杠桿和彈簧來實現(xiàn)的。當(dāng)減速器輸出軸上下運動是時，杠桿一端依靠彈簧的拉力緊壓在輸出軸的端面上，因而傳感器芯棒產(chǎn)生軸向位移，達(dá)到改變位置發(fā)送器輸出電流大小的目的。由于傳感器芯棒移動距離為8MM而對應(yīng)的位置反饋電流為420MA或010MA。輸出軸位移的行程和位置發(fā)送器輸出電流呈線性關(guān)系。利用杠桿支點距離的不同來改變行程的變化。機械限位塊則按行程不同來時行設(shè)置。圖2電動執(zhí)行機構(gòu)位置發(fā)送器和減速器的聯(lián)接示意圖三、使用場合DKZ型直行程電動執(zhí)行機構(gòu)可以與變送器，調(diào)節(jié)器等儀表配套使用，它以電源為動力，接受420MADC或010MADC信號，將此轉(zhuǎn)換成與輸入信號相對應(yīng)的直線位移，自動地操縱閥門等調(diào)節(jié)機構(gòu)，完成自動調(diào)節(jié)任務(wù)，或者配用電動操作器實現(xiàn)遠(yuǎn)方手動控制，該儀表可廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工、輕工等工業(yè)總門的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。該儀表有連續(xù)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)方手動控制和就地手動操作三種控制方式。該儀表適用于無腐蝕性氣體、環(huán)增色溫度為2570，相對溫度為95的場所。產(chǎn)品二DZZHDZZM型自動氣象站一、概述DZZH、DZZM型自動氣象站，是一個堅實可靠、無移動部件、全固態(tài)化風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓四要素自動氣象站。其風(fēng)速、風(fēng)向的測量采用“THERMALFIELDVARIATION”（熱場變化）專利技術(shù)。風(fēng)速、風(fēng)向參數(shù)是由風(fēng)吹過一個加熱圓筒，而使這個圓筒周圍的熱場發(fā)生改變而獲取。DZZH、DZZM型自動氣象站能夠精確、快速響應(yīng)風(fēng)的變化，并具有零起動風(fēng)速的閾值。傳感器中沒有軸承或電位計，因此不會受到腐蝕或磨損的影響，同時該氣象站內(nèi)置自動加熱系統(tǒng)，不會受到結(jié)冰的影響。其中DZZH型由于采用了特殊材料的外殼，并對其進(jìn)行防腐處理，可用于海上平臺或海洋性氣候的臺站。DZZM型除可用于常規(guī)氣象臺站使用外，還可在空氣污染嚴(yán)重、環(huán)境極其惡劣的情況下使用。二、特點高可靠性、高精確度零起動風(fēng)速閥值、無移動部件抗干擾能力強、免維護(hù)自動循環(huán)自檢測三、性能可靠，終身免維護(hù)獨特的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的技術(shù)保證DZZHDZZM型自動氣象站具有環(huán)境適應(yīng)能力強、性能穩(wěn)定可靠的特點。產(chǎn)品終身免維護(hù)，大大減少停機時間和維護(hù)人員的工作量。四、技術(shù)參數(shù)風(fēng)速測量范圍0M/S70M/S精度055VM/SV為實際風(fēng)速值分辨率01M/S風(fēng)向測量范圍0360全方位，無盲區(qū)精度50分辨率01信號輸出選擇RS485模式，半雙工協(xié)議工作環(huán)境工作電壓DC24V6V工作溫度4060存儲溫度5595最大功率35W除冰選件48VDC，450W大氣壓力測量范圍6000HPA1100HPA最大允許誤差5HPA分辨力01HPA產(chǎn)品三ZRJD電動調(diào)節(jié)蝶閥一、概述ZRJD型電動調(diào)節(jié)蝶閥由3810/3410系列電動執(zhí)行機構(gòu)與蝶閥組合構(gòu)成。3810系列電子式電動執(zhí)行器，是以220V交流單相電源作為驅(qū)動電源，接受來自計算機、調(diào)節(jié)器的420MDC，或者15VDC輸入信號來運轉(zhuǎn)的全電子式執(zhí)行機構(gòu)，機內(nèi)有伺服系統(tǒng)，無需另配伺服放大器。二、特點ZRJD型電動調(diào)節(jié)蝶閥具有功能強，體積小，性能可靠等優(yōu)點。配套簡單，流通能力大，特別適合于介質(zhì)是粘稠，含顆粒，纖維性質(zhì)的場合。它可廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)保、輕工、石油、化工、教學(xué)設(shè)備、造紙、電力等行業(yè)的工業(yè)過程自動控制系統(tǒng)中。三、工作原理和結(jié)構(gòu)ZRJD型電動調(diào)節(jié)蝶閥由3810/3410系列電動執(zhí)行機構(gòu)與蝶閥組合構(gòu)成。3810系列電子式電動執(zhí)行器，是以220V交流單相電源作為驅(qū)動電源，接受來自計算機、調(diào)節(jié)器的420MDC，或者15VDC輸入信號來運轉(zhuǎn)的全電子式執(zhí)行機構(gòu)，機內(nèi)有伺服系統(tǒng)，無需另配伺服放大器，關(guān)鍵部件“控制器”采用先進(jìn)的混合集成電路，并用樹脂澆鑄固化，經(jīng)老化處理，可靠性高，防潮，防震。用電位器調(diào)整零點、行程、靈敏度方便易行；用功能開關(guān)任意選擇正、反動作，選擇斷信號的三種狀態(tài)。同時，執(zhí)行器具有過載保護(hù)、溫度保護(hù)及壓縮彈簧保證閥門關(guān)嚴(yán)的三種保護(hù)功能。是一種高可靠性的產(chǎn)品，可與各種直行程和角行程調(diào)節(jié)閥門組成模擬量控制型電動調(diào)節(jié)閥。3410系列電動執(zhí)行器是以220V交流單相電源為驅(qū)動電源，輸入信號采用220V交流開關(guān)信號，電機采用交流可逆單相齒輪減速電機，開度檢測采用精密導(dǎo)電塑料電位器，閥位輸出可選擇電阻或420MADC，可與各種角行程調(diào)節(jié)閥門組成開關(guān)控制型電動調(diào)節(jié)閥。蝶閥是在圓柱形的閥體通道內(nèi)，安有一個圓盤狀蝶形閥板，它繞著軸線作090旋轉(zhuǎn)。蝶板處在0時，閥門全閉，旋轉(zhuǎn)到90度時，則閥門全開。蝶閥結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，操作靈活、安裝方便、流通能力大等優(yōu)點，旋轉(zhuǎn)90即可快速啟閉。蝶閥具有較好的流量控制特性，蝶閥處于完全開啟位置時，只有蝶形閥板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時的唯一阻力，所產(chǎn)生的壓力降較小。蝶閥與管道連接有對夾式、法蘭式和對焊連接等幾種。對夾式蝶閥是用雙頭螺栓將閥門夾接在兩管道法蘭之間。法蘭式蝶閥是閥門上帶有法蘭，用螺栓將閥門兩端法蘭與管道上的法蘭連