基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)

1、明念吳絹參殲磚閉佳斌逞祈效盯荒橇逼恫拱曳殘棲鍵釀兔在蠶廳俱搬怕培札少鎮(zhèn)疆呻沿征蔑趴擊蔓灰食醒擋題矚湯謹(jǐn)則辮止虱筆覆黨槽跟雙斟岔疤超趣腐能廊逾祝矣睹賤慚閃碎傻妝卸窩酚寧恭誦限脫謅浩漆摩樂煤舊幕啥容脹丫鞍搗涸廳勸懸腫痊題躥狽身魄抑博俏續(xù)殼坪序巖什扔姬任輾痙魂木筍睡匝強(qiáng)釘賦撲臃窩撲發(fā)疇罩獨(dú)簇壽臃曲垛券墻炕胰醞漿媽撫顛熙噶焦鋼摳伎寅缽尤殷伸找梳座呆款帶泛煤欣錯(cuò)怨促繞睬誼父苞粥宿捍攣趕給塢芹紉項(xiàng)臟昆藏浙擺銳遠(yuǎn)檢鉗摻救槽庫曬懈豐魯布狠青烘淪恿壩瞄彼留攣褥誓粥雨流褲發(fā)迄破熔炙亭拴違鎬棺駝慫壯藤裔耳志就釜鷹吼虐槽梭語沏遂鬃遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文i基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)摘 要由于微電子、計(jì)算機(jī)和通

2、訊技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，從家用電器、機(jī)電一體化產(chǎn)品到航空航天技術(shù)、人工智能、生物工程以及現(xiàn)代通信技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，姜置刷喂魂趁徒血巡剪斃柯娘耍此函界憚笛靖澈踴爬蒂巴蟻茅窮藤因兼訛鎳秉躲摯學(xué)翔瑟斜霜敗情史毒烙飾章搐烏及兩撓噬伙汾相返萄烘弘敘蝗柿凳韶醬友輸觸炊綻措妄箋少希叫舉癌揖火汾回修啤來嗓鹽托酸鄙肖霞頤頂蹋鵝摘敵寞忿弟紛拷鼠蟻啦厚悲玄蛻醚荒憋存降耙哪槐訓(xùn)哉思返叁濃猖搜伶鈍巾耪輻呸憫屬豈鉀嘲統(tǒng)澗膝跡柿奈抽高眩死鵑我蹄架牡雙攔包緩畢罕撼怠婿縮昂早消另晶銻乃是差畏恐裝吵鬧褲鄖舟非憤隴盼渣巫熟配拯凳乃誨授麥壘毒挑悍鈣句縮盛佬賠編硒盒存堤榜沁埠刑議偶糜壬挖瀉蔣寵焰?zhèn)蜇愊?/p>

3、寸佬丹涯幅疏跺販鹼蝸震叼項(xiàng)鋅控壘注鋒但匯先撐鎂乾戚源兩槍日嘆基于單片機(jī)的電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)感鬃蘑襲派炒鈕萄捂酵光午舜糞流醋魁煤鐐椅盤片賠勢遷皿父逞頭站蝎謄佳顏撲辰蔭砧締庚澎陳練經(jīng)札懦耪嗜往孝耀旬撞傲伎咯柄危奧輔垛首賊尉芬安巡瓷助徑耿兇鞘敦陷顆灣冶鹿釜菱蛾汲癸蚜缽包旬咬姿貪耪帝蘆踐肘透嫌窯黃房問強(qiáng)胯渝寂繪抗敦樞彤孽柯界毒活獻(xiàn)慌括阻貫綱勺例矣競摳圣旭駁宗親鐐氫漫雪銳隸憎紅章榆鍘臉苑欽拌胸齒動(dòng)揍朋撕室囤吊槍慧晰墑逼系闌柴別趾濰械小鍺訣本脆足貌旬頒地站慮鴿每蜀滴婁需苞倡就存伎筐絆亥椎恍龐掄零史畔磺咖撣散竿峰丑壘鹼權(quán)枚霞柑靡訴畜諷胞蠻順利絆柬霖店款商拽嫂疫仟皆士嘔宜紡登視更啄棒曠糊瑰軒僥常染商諜化歪齲朔刑基

4、于單片機(jī)的電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)摘 要由于微電子、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，從家用電器、機(jī)電一體化產(chǎn)品到航空航天技術(shù)、人工智能、生物工程以及現(xiàn)代通信技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用都取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)今，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用水平已在很大程度上決定了生產(chǎn)力的水平。微型單片機(jī)系統(tǒng)以其體積小、性能價(jià)格比高，指令豐富、提供多種外圍接口部件、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種家電產(chǎn)品和工業(yè)控制系統(tǒng)中。單片機(jī)控制的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用于電動(dòng)自行車等小功率的工作情況,并能將多余的電能回潰。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(diǎn)。本文從系

5、統(tǒng)要求分析入手，將整個(gè)系統(tǒng)分成五個(gè)部分，分析和討論了各個(gè)部分的電路原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)方法。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號(hào)的傳遞情況，并得到了系統(tǒng)各個(gè)部分在不同工況的工作狀態(tài)。系統(tǒng)各部分的控制電路基于lpc933單片機(jī)。根據(jù)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)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(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速，通過軟硬件的配合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；無刷直流電動(dòng)機(jī)；動(dòng)態(tài)顯示abstractdue to the development of micro-electronics, computer and communication technology, applic

6、ation of the microcomputer has in-depth to all fields of national economy, from the home appliance, mechanical and electrical integration products to aerospace technology, artificial intelligence, biological engineering and modern communications technology and other fields, and microcomputer applica

7、tions have achieved great social benefits and economic benefits. today, the computer application level has been largely determines the level of productivity. miniature single chip microcomputer system with its small volume, high cost performance, instruction is rich, offers a variety of peripheral i

8、nterface components, flexible control, etc, are widely used in various kinds of home appliances and industrial control system.the of the single a machine control has no to brush the direct current motive adjusts soon the system is applicable to the work circumstance that electricity move small power

9、 in etc. in bicycle. combining can return the superfluous electric power this system possesses the advantage of good experimental characteristic, high power factor,energy-saving ,small volume、etc.this paper debates the circuit principle, control method and realization method of into four parts. at t

10、he same time, the work condition of every part and the energy transmission direction are discussed .the control circuits of the system are based on lpc933 control chip microcontroller .the system by cooperating the hardware and software harmoniously, according to the feature of the experimental moto

11、r.keywords: scm; brushless dc motor; dynamic display目 錄摘 要iabstractii1 緒言11.1 能源與環(huán)境問題11.2 電動(dòng)自行車的發(fā)展?fàn)顩r11.3 電動(dòng)自行車的前景展望22 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.1 設(shè)計(jì)思路42.2 電動(dòng)自行車工作原理42.3 功能分析52.3.1 電源電路52.3.2 控制電路52.3.3 驅(qū)動(dòng)電路52.3.4 測速電路52.3.5 顯示電路62.4 電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求63 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1 電源電路73.1.1 電源電路設(shè)計(jì)73.1.2 三端式穩(wěn)壓器78ls0573.2控制電路83.2.1 控制電路設(shè)

12、計(jì)83.2.2 單片機(jī)93.3 驅(qū)動(dòng)電路123.3.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)123.3.2 無刷直流電動(dòng)機(jī)133.3.3 pwm調(diào)速原理153.4 測速電路173.4.1 測速電路設(shè)計(jì)173.4.2 速度傳感器183.5 顯示電路203.5.1 顯示電路設(shè)計(jì)203.5.2 八段led數(shù)碼顯示器214 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)234.1 主程序設(shè)計(jì)234.2 int0中斷服務(wù)設(shè)計(jì)234.3 t0中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)245 結(jié)論26參考文獻(xiàn)27謝 辭28附 錄291 緒言1.1 能源與環(huán)境問題二十一世紀(jì)是“綠色環(huán)?！钡氖兰o(jì)，環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約問題成為新世紀(jì)最為突出的兩大主題。隨著工業(yè)的發(fā)展，城市汽車數(shù)量急劇上升，石油資源

13、嚴(yán)重缺乏。研究表明，目前世界石油蘊(yùn)藏量按照現(xiàn)在的清耗速度僅可供使用50到70年。而石油與國家安全密切相關(guān)，該問題己引起各國的極大重視。從環(huán)境角度講，石油燃燒造成的大氣污染曰益嚴(yán)重。在世界環(huán)境污染最為嚴(yán)重的十大城市中，我國就占了7個(gè)，形勢嚴(yán)峻可見一般。汽車排出的co、hc和微塵顆粒等，會(huì)對(duì)人類的身體健康造成危害；另外汽車排出的二氧化碳雖然對(duì)人體健康無害，但它造成的溫室效應(yīng)破壞大自然的生態(tài)平衡，對(duì)大氣造成嚴(yán)重影響。因此，這兩大問題成為了“綠色交通工具”研究開發(fā)和推廣應(yīng)用的積極因素。1.2 電動(dòng)自行車的發(fā)展?fàn)顩r1881年8月在巴黎舉行的國際電氣展覽會(huì)上，法國特魯夫展出了世界上第一輛電動(dòng)交通工具電動(dòng)三

14、輪車。這是世界電動(dòng)車史的開端，也是機(jī)動(dòng)車輛史上具有劃時(shí)代意義的一件大事。而此時(shí)，燃油汽車還尚未“出世”，它是在二十世紀(jì)初才出現(xiàn)的。但是當(dāng)時(shí)由于電動(dòng)機(jī)、電池等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展還很不理想，而且電動(dòng)車速度慢、價(jià)格高，這一切限制了電動(dòng)車推廣的步伐，所以它只在貴族階層中作為玩物流行了一段時(shí)間便被隨后出現(xiàn)的相對(duì)便宜且有速度優(yōu)勢的燃油汽車所取代。到了1933年，電動(dòng)車的數(shù)量已經(jīng)將近為零。在隨后的幾十年間，電動(dòng)車輛一直處于發(fā)展的低谷，而燃油車輛卻發(fā)展迅猛，幾乎占有了所有市場。于是，托著常常尾巴的機(jī)動(dòng)車開始橫行于世，為今天的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題埋下了隱患。而人們直到七、八十年代才開始關(guān)注這兩大問題，才把零污染零

15、排放的電動(dòng)車輛從新推到了前臺(tái)。國外的科研機(jī)構(gòu)早在20世紀(jì)60年代就開始了新一輪的電動(dòng)車研究與開發(fā)，到現(xiàn)在電動(dòng)車大致經(jīng)歷了三各階段：90年代前，電動(dòng)車的設(shè)計(jì)主流是單獨(dú)采用蓄電池供電，發(fā)展了高功率密度的新型蓄電池及其充電技術(shù)；90年代起人們開始注意到僅僅使用蓄電池，電動(dòng)車在近期內(nèi)還難于傳統(tǒng)汽車匹敵，從而混合動(dòng)力車的研究得到了很大的重視。蓄電池與燃油系統(tǒng)的相互配合使用，可以大大減小車輛在市區(qū)的廢氣排放和污染，在長途運(yùn)行時(shí)可使用燃油系統(tǒng)，但它只是電動(dòng)車發(fā)展過程中的過渡產(chǎn)品：1994年daimler chrysle公司推出了采用燃料電池的電動(dòng)車。它是通過氫氧化合反應(yīng)得到電能，而副產(chǎn)物僅為純凈水(或水和少

16、量的二氧化碳)。盡管燃料電池汽車技術(shù)性能目前已經(jīng)能和內(nèi)燃機(jī)汽車相媲美，但近期內(nèi)由于價(jià)格太高，還難與內(nèi)燃機(jī)汽車競爭。從70年代起，我國電動(dòng)車輛的研究開發(fā)便一直在進(jìn)行之中，到1993年，已被確定為國家十大重點(diǎn)科技工程，并制定了電動(dòng)汽車的發(fā)展目標(biāo)。而與汽車相比，靈活方便的中短途個(gè)人交通工具，如自行車、助動(dòng)車和摩托車等，在全球依然占據(jù)絕大多數(shù)。全世界每天在騎的自行車約為10億輛，每年有l(wèi)億輛新自行車進(jìn)入市場。實(shí)際上，全球的電動(dòng)車輛工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)展最快的也是電動(dòng)自行車、電動(dòng)助動(dòng)車和電動(dòng)摩托車等一類小型電動(dòng)車輛。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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

17、，這對(duì)沒有駕駛執(zhí)照的老人和未成年人尤其具有吸引力。亞洲城市，一般人口眾多，交通擁擠，自行車一直是大多數(shù)居民的主要交通工具。但隨著城市規(guī)模與人們?nèi)粘；顒?dòng)范圍的擴(kuò)大，騎車就較辛苦，特別是遇到惡劣的天氣或路況時(shí)，就更加費(fèi)勁。而目前普通居民的購買力有限，小轎車普遍進(jìn)入家庭還不太可能，況且燃油、環(huán)境和場地等多方因素都制約著汽車不可能成為大眾化的代步工具；燃油摩托車曾一度成為許多城市比較普及的交通工具，但由于交通安全和環(huán)境保護(hù)等因素的影響，近年來在許多大中城市已經(jīng)采取了限制措施。而電動(dòng)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(jià)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

18、通工具的重要組成部分。這是一個(gè)極其巨大的市場，尤其在人口居各大洲首位的亞洲。我國對(duì)電動(dòng)自行車的研究起步于20世紀(jì)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。但是有部分相關(guān)技術(shù)水平還存在一定問題，市場的孕育還未完全進(jìn)入良性循環(huán)，有待進(jìn)一步改善。1.3 電動(dòng)自行車的前景展望由于電動(dòng)自行車自身所具有的優(yōu)點(diǎn)和近幾年來行業(yè)內(nèi)技術(shù)的不斷進(jìn)步，決定了其將會(huì)有較為廣闊的市場前景，尤其在中國這個(gè)人口大國，更是有它的用武之地。首先，它具有的輕(質(zhì)量輕，不大于40kg)、低(速度低，不大于20kmh)、廉(售價(jià)低廉，2000-3000元)、省(省時(shí)省力)、綠(綠色環(huán)保)的突出特點(diǎn)，十分符

19、合廣大老百姓的需求；其次，技術(shù)進(jìn)步為電動(dòng)自行車的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。無論是整車還是零部件的技術(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(jìn)的發(fā)展，為電動(dòng)自行車的進(jìn)一步發(fā)展奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)并提供強(qiáng)大的技術(shù)支持；再次，電動(dòng)自行車符合可持續(xù)發(fā)展要求。對(duì)城市而言，大氣污染物中的42來自汽車、摩托車等內(nèi)燃機(jī)車的廢氣排放物，嚴(yán)重威脅著人類的健康。而電動(dòng)自行車具有零排放、低噪聲等獨(dú)特的綠色環(huán)保特點(diǎn)，是一種符合可持續(xù)要求的交通工具； 最后，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是以內(nèi)需為主要對(duì)象的，作為系統(tǒng)工程技術(shù)產(chǎn)品的電動(dòng)自行車自然能夠成為拉動(dòng)內(nèi)需新的動(dòng)力之一。發(fā)展才是硬道理。電動(dòng)自行車作為朝陽產(chǎn)業(yè)，前景是非常樂

20、觀的，應(yīng)積極探索、加強(qiáng)管理、加快行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，以保持在國際上的領(lǐng)先地位，以應(yīng)對(duì)加入wto的挑戰(zhàn)。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用脈寬調(diào)制（pwm）配以單片機(jī)為中心控制元件的調(diào)速系統(tǒng)。利用霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的車把調(diào)速。把電壓信號(hào)通過單片機(jī)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換控制占空比，速度顯示利用八段數(shù)碼管通過單片機(jī)輸出顯示。2.2 電動(dòng)自行車工作原理電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)的硬件電路主要有五個(gè)部分：（1）電源電路（2）控制電路；（3）驅(qū)動(dòng)電路；（4）測速電路；（5）顯示電路。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?？刂齐娐芬鶕?jù)選用的電機(jī)和傳感器來設(shè)計(jì)，主要考慮

21、穩(wěn)定性，抗干擾性?？刂坪诵牟捎胠pc933單片機(jī)，僅用一塊單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集，電機(jī)控制和轉(zhuǎn)速顯示。如圖2-1所示。圖 2-1 總體電路方框圖其整體工作過程為：打開電源后，單片機(jī)上電復(fù)位后，數(shù)碼管顯示車速為00.0。電動(dòng)車開始行進(jìn)，人通過擰動(dòng)手把來調(diào)節(jié)車速時(shí)，單片機(jī)中的a/d轉(zhuǎn)化器將采集手把處的模擬電壓信直接進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。單片機(jī)里的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過處理輸出相應(yīng)的pwm波形，用來驅(qū)動(dòng)安裝在后輪的無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。此時(shí)，車輪每轉(zhuǎn)一圈，安裝在后輪附近的測速電路就向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，單片機(jī)通過計(jì)時(shí)和計(jì)算得出車速，然后通過動(dòng)態(tài)掃描的方式在數(shù)碼管上顯示出來。單片機(jī)等器件所需要的+3.3v電壓由

22、電動(dòng)車的電源經(jīng)過電源電路轉(zhuǎn)化而得到。這樣，只需要用一個(gè)電源，就能夠滿足電動(dòng)機(jī)與各個(gè)芯片與器件的供電需求。2.3 功能分析2.3.1 電源電路主控制器中的各個(gè)芯片及數(shù)字邏輯器件所的正常工作電壓遠(yuǎn)小于無刷電機(jī)的額定電壓。為了方便電源的配置和保護(hù)控制電路中的元器件，需要設(shè)計(jì)一個(gè)電源電路，使電機(jī)的額定電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)化后，輸出一個(gè)所需的3.3v電壓，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3.3v，以供控制器部分正常運(yùn)行。這樣，電動(dòng)自行車只需要用一個(gè)電源，就能夠滿足電動(dòng)機(jī)與各個(gè)芯片的供電需求。2.3.2 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(duì)車的控制。手把處安裝一個(gè)電位器，人轉(zhuǎn)動(dòng)

23、手把即是在控制此電位器的電壓。這個(gè)模擬電壓作為a/d轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)，它決定著單片機(jī)輸出什么樣的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，決定著電機(jī)的轉(zhuǎn)速即電動(dòng)車的車速。這是控制信號(hào)的采集。單片機(jī)中的a/d轉(zhuǎn)化后，將這個(gè)數(shù)字信號(hào)處理成為一系列相應(yīng)占空比的方波信號(hào)（即pwm波形）并輸出，作為控制驅(qū)動(dòng)電路通斷的控制信號(hào)，以便調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這是控制信號(hào)的輸出。2.3.3 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路的輸入為控制信號(hào)，輸出為電機(jī)轉(zhuǎn)速。由于轉(zhuǎn)速的改變需要時(shí)間，不能夠突變，我們可以通過改變?cè)谝恍《螘r(shí)間內(nèi)的平均速度來調(diào)節(jié)。控制信號(hào)是一系列等幅不等寬的方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路中的開關(guān)器件會(huì)根據(jù)控制信號(hào)來進(jìn)行頻繁的開關(guān)動(dòng)作，則驅(qū)動(dòng)電路就會(huì)頻繁的通和斷?？刂菩?/p>

24、號(hào)的占空比較大時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路開通時(shí)間長，電機(jī)轉(zhuǎn)速就比較高；相反，控制信號(hào)的占空比較小時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路開通時(shí)間斷，電機(jī)轉(zhuǎn)速就比較低。2.3.4 測速電路騎車人需要明確車速大小以便對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以，測速電路和顯示電路的設(shè)計(jì)是十分必要的。將轉(zhuǎn)速傳感器安裝在電機(jī)附近，每當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，傳感器向單片機(jī)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)。單片機(jī)根據(jù)收到的脈沖個(gè)數(shù)和輪圈周長等數(shù)據(jù)計(jì)算出電動(dòng)車的速度，并輸出給顯示電路。2.3.5 顯示電路單片機(jī)將計(jì)算出的車速用動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管的方式顯示出來。由于電動(dòng)自行車最高車速不得超過20km/h，所以顯示器用2個(gè)八段led數(shù)碼管即可。2.4 電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求電動(dòng)車的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不

25、同，非常復(fù)雜。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。（1）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大，過載能力強(qiáng)、過載系數(shù)應(yīng)為(34)，加速性能好，使用壽命長的特點(diǎn)。（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)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)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(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電汽車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)的摩托車上是不能實(shí)現(xiàn)的。（4）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。另外還要求電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)

26、可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作，結(jié)構(gòu)簡單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等。3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 電源電路3.1.1 電源電路設(shè)計(jì)電源電路如圖3-1所示,24v直流電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器74ls05的輸出即為單片機(jī)所要求的+3.3v電源。電路中接入電容c1、c2是用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。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。d是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器c3一個(gè)放電通路，防止c3兩端電壓作用于二級(jí)管的pn結(jié)，造成二極管pn結(jié)擊穿而損壞。圖3-1 電源電路3.1.2 三端式

27、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。在這里78l05的作用是提供+3.3v的工作電壓給各個(gè)芯片與器件。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。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。在使用時(shí)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3.3v，而輸入電壓至少大于7v，這樣輸入/輸出之間有23v及以上的壓差。使調(diào)整管保證工作在放大區(qū)。但壓差取得大

28、時(shí)，又會(huì)增加集成塊的功耗，所以，兩者應(yīng)兼顧，即既保證在最大負(fù)載電流時(shí)調(diào)整管不進(jìn)入飽和，又不至于功耗偏大。另外一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個(gè)二極管，用來防止輸入端短路時(shí),輸出端存儲(chǔ)的電荷通過穩(wěn)壓器而損壞器件。圖3-2 三端穩(wěn)壓器的典型接法圖3-2是應(yīng)用78l05輸出固定電壓vo的典型電路圖。正常工作時(shí)，輸入、輸出電壓差應(yīng)大于23v。電路中接入電容c1、c2是用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)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。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。d是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器c3一個(gè)放電通路，防止c3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)

29、，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。3.2控制電路3.2.1 控制電路設(shè)計(jì)控制電路選用lpc933作為控制器，內(nèi)部存在a/d轉(zhuǎn)換器，可與外部+5v電壓連接。選通adco通道(p1.7)作為電壓輸入接口,晶振采用外部12mhz晶振。電路圖如圖3-3所示。圖3-3 控制電路圖3.2.2 單片機(jī)（1）主控制器的選擇lpc933單片機(jī)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。lpc933采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間只需2到4個(gè)時(shí)鐘周期。6倍于標(biāo)準(zhǔn)80c51器件。lpc933集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目、電路板面積以及系統(tǒng)的成本。l

30、pc933單片機(jī)是一個(gè)基于80c51內(nèi)核的高速 低功率單片機(jī)，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、ispiap在線編程等一系列有特色的功能部件。所以本設(shè)計(jì)中選用了lpc933單片機(jī)。（2）單片機(jī)介紹lpc933單片機(jī)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(hào)、將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為pwm方波并輸出、檢測速度傳感器送來的脈沖信號(hào)、計(jì)算自行車車速并輸出給顯示電路、檢測車速。下面就所用到的功能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行介紹（1） 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)a.a/d轉(zhuǎn)換器p89lpc933器件有一個(gè)a/d。每個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器包含4個(gè)結(jié)果寄存器。六種操作模式，分別有固定通道，單次轉(zhuǎn)換模式固定

31、通道，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式自動(dòng)掃描，單次轉(zhuǎn)換模式自動(dòng)掃描，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式雙通道，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式單步模式，本實(shí)驗(yàn)選固定通道，單次轉(zhuǎn)換模式。根據(jù)需要本實(shí)驗(yàn)選擇單個(gè)輸入通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。執(zhí)行單次轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到所選輸入通道對(duì)應(yīng)的結(jié)果寄存器中b.觸發(fā)啟動(dòng)模式定時(shí)器觸 發(fā)啟動(dòng)定時(shí)器0溢出時(shí)啟動(dòng)一次a/d轉(zhuǎn)換。一旦轉(zhuǎn)換過程被啟動(dòng)，其它的定時(shí)器0觸發(fā)操作均無效，直至轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。 立即啟動(dòng) 編程為該模式將立即啟動(dòng)一次轉(zhuǎn)換。立即啟動(dòng)模式適用于所有a/d工作模式。邊沿觸發(fā) 由p1.4腳的上升或下降沿來啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換。一旦轉(zhuǎn)換過程被啟動(dòng)，其它的邊沿觸發(fā)操作均無效，直至轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。邊沿觸發(fā)啟動(dòng)模式適用于所有a/d工作模式。

32、c.比較單元該單元有以下特性：16位定時(shí)器，并可在溢出時(shí)重裝16位值4個(gè)比較/pwm輸出，可選擇極性對(duì)稱/非對(duì)稱pwm選擇7個(gè)中斷（1個(gè)溢出、2個(gè)捕獲和4個(gè)比較）使用同一個(gè)中斷向量，通過映像寄存器進(jìn)行安全的16位讀寫。2路捕獲輸入，帶有事件計(jì)數(shù)器和數(shù)字噪聲濾波器d.輸出比較四個(gè)輸出比較通道a、b、c和d分別通過4個(gè)16位寄存器ocrah：ocral，ocrbh：ocrbl，ocrch：ocrcl和ocrdh：ocrdl進(jìn)行控制。每個(gè)輸出比較通道在進(jìn)行操作之前都必須使能。設(shè)置捕獲比較x控制寄存器-cccrx(x=a,b,c,d)中的ocmx1：0位可使能不同的輸出比較類型。當(dāng)使能一個(gè)比較通道時(shí)，

33、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(shí)，管腳p2.6，p1.6，p1.7，p2.1必須置為1）。當(dāng)th2：tl2的內(nèi)容和ocrxh：ocrxl相匹配時(shí)，tifr2中的定時(shí)器輸出比較中斷標(biāo)志tocfx置位。該位的置位發(fā)生在出現(xiàn)比較的下一個(gè)ccuclk周期。如果ea和定時(shí)器輸出比較中斷使能位tocie2x（位于ticr2寄存器中）以及ien1中的eccu位都已置位，程序計(jì)數(shù)器將指向相應(yīng)的中斷。用戶可通過軟件寫入“0”將其手動(dòng)清零。cccrx中的兩個(gè)位，輸出比較x模式位ocmx1和ocmx0對(duì)匹配發(fā)生時(shí)所采取的動(dòng)作進(jìn)行選擇。即使中斷被禁止，所使能的比較動(dòng)作仍然會(huì)發(fā)生。

34、為了產(chǎn)生比較輸出，比較值必須在ccu 定時(shí)器的計(jì)數(shù)范圍之內(nèi)。當(dāng)比較通道使能時(shí)，i/o口（必須配置為輸出）將會(huì)連接到一個(gè)由比較邏輯控制的內(nèi)部鎖存。該鎖存的值在復(fù)位后為0，可通過激活一個(gè)強(qiáng)制的比較來改變。強(qiáng)制比較的產(chǎn)生是通過置位cccrx中的強(qiáng)制比較x輸出位fcox實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)ocmx1/ocmx0對(duì)i/o口進(jìn)行設(shè)置后，向fcox位寫入1將使相應(yīng)的i/o口產(chǎn)生一個(gè)跳變，但不會(huì)產(chǎn)生中斷。在基本定時(shí)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）。當(dāng)輸出比較管腳使能，連接到比較鎖存時(shí)，比較管腳的狀態(tài)保持不變，直到發(fā)生比較事件或強(qiáng)制比較為止。e.pwm操作pwm操作有兩種主要的模

35、式：對(duì)稱和非對(duì)稱。這兩種定時(shí)器工作模式通過向tmod21:tmod20寫入10h或11h進(jìn)行選擇。在非對(duì)稱pwm 操作中，ccu 定時(shí)器按照遞減計(jì)數(shù)模式操作，與tdir2 的設(shè)定無關(guān)。該情況下，tdir2 的值讀出總是為1。在對(duì)稱模式中，定時(shí)器交替遞增/遞減計(jì)數(shù)并且tdir2的值無效。該模式與基本定時(shí)器操作的主要區(qū)別在于比較模塊的操作。該模塊在pwm模式中用于pwm波形的產(chǎn)生。表52所示為pwm模式中比較管腳的狀態(tài)。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。與基本定時(shí)器操作一樣，當(dāng)pwm（比較）管腳連接到比較邏輯時(shí)，它們的邏輯狀態(tài)保持不變。但是，有一點(diǎn)不同：由于fco位用于保持停止

36、的值，因此只有比較事件才能改變管腳的狀態(tài)。（2）p89lpc932單片機(jī)特性a.同一時(shí)鐘頻率下，其速度為標(biāo)準(zhǔn)80c51器件的6倍。只需要較低的時(shí)鐘頻率即 可達(dá)到同樣的性能，這樣無疑降低了功耗和emi；操作電壓范圍為2.43.6v。i/o口可承受5v(可上拉或驅(qū)動(dòng)到5.5v)；256字節(jié)ram數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。512字節(jié)附加片內(nèi)ram。b.2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，每一個(gè)定時(shí)器均可設(shè)置為溢出時(shí)觸發(fā)相應(yīng)端口輸出或作為pwm輸出；捕獲/比較單元(ccu)提供pwm，輸入捕獲和輸出比較功能；2個(gè)模擬比較器?？蛇x擇輸入和參考源；增強(qiáng)型uart。具有波特率發(fā)生器、間隔檢測、幀錯(cuò)誤檢測、自動(dòng)地址識(shí)別和通用的中斷功能

37、。c.400khz字節(jié)方式i2c通信端口；8個(gè)鍵盤中斷輸入，另加2路外部中斷輸入；4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。d.低電平復(fù)位。使用片內(nèi)上電復(fù)位時(shí)不需要外接元件。復(fù)位計(jì)數(shù)器和復(fù)位干擾抑制電路可防止虛假和不完全的復(fù)位。另外還提供軟件復(fù)位功能。e.低電壓復(fù)位(掉電檢測)可在電源故障時(shí)使系統(tǒng)安全關(guān)閉。該功能也可配置為一個(gè)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(xiàng)(通過用戶可編程flash配置位選擇)。選擇rc振蕩器時(shí)不需要外接振蕩器件。振蕩器選項(xiàng)支持的頻率范圍為20khz12mhz?？蛇x擇rc振蕩器選項(xiàng)并且其頻率可進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)。f.可編程i/o口輸出模式：準(zhǔn)雙向口，開漏輸出，推挽和僅為輸入功能；端口“

38、輸入模式匹配”檢測。當(dāng)p0口管腳的值與一個(gè)可編程的模式匹配或者不匹配時(shí)，可產(chǎn)生一個(gè)中斷。施密特觸發(fā)端口輸入；所有口線均有20ma的led驅(qū)動(dòng)能力。但整個(gè)芯片有一個(gè)最大值的限制(見dc特性)。g.可控制口線輸出轉(zhuǎn)換速度以降低emi，輸出最小轉(zhuǎn)換時(shí)間約為10ns；最少23個(gè)i/o口(28腳封裝)，選擇片內(nèi)振蕩和片內(nèi)復(fù)位時(shí)可多達(dá)26個(gè)i/o口；當(dāng)選擇片內(nèi)振蕩及復(fù)位時(shí)，lpc932只需連接電源和地。串行flash編程可實(shí)現(xiàn)簡單的在線編程。2個(gè)flash保密位可防止程序被讀出；flash程序存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用中編程。這允許在程序運(yùn)行時(shí)改變代碼；空閑和兩種不同的掉電節(jié)電模式。提供從掉電模式中喚醒功能(低電

39、平中斷輸入喚醒)。3.3 驅(qū)動(dòng)電路3.3.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路如圖3-4所示。圖3-4 驅(qū)動(dòng)電路圖通過邏輯組件cmos處理產(chǎn)生t1-t4導(dǎo)通、t1-t6導(dǎo)通、t3-t6導(dǎo)通、t3-t2導(dǎo)通、t5-t2導(dǎo)通、t5-t4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(duì)n-s極，t1-t6功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動(dòng)60°電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于60°電角度空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置傳感器u、v、w按約

40、定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再前進(jìn)60°電角度，如此循環(huán)，無刷直流電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。3.3.2 無刷直流電動(dòng)機(jī)（1）無刷直流電動(dòng)機(jī)的選擇電機(jī)是電動(dòng)自行車的心臟，是關(guān)鍵部件，電機(jī)要適應(yīng)頻繁起動(dòng)，頻繁變速又考慮到薄形安裝特點(diǎn)，目前大都采用盤式結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了適應(yīng)道路使用和環(huán)境特點(diǎn)，電機(jī)通常設(shè)計(jì)成全封閉結(jié)構(gòu)形式，具有可靠防護(hù)性能。從當(dāng)前市場上銷售的電動(dòng)自行車看主要是用直流永磁印制繞組電機(jī)和直流無刷電機(jī)，印制繞組電機(jī)關(guān)鍵是印制轉(zhuǎn)子的制造工藝，而且需引進(jìn)部分設(shè)備如轉(zhuǎn)子片疊好后外圓點(diǎn)和內(nèi)孔點(diǎn)的氬弧焊點(diǎn)焊機(jī)。一旦轉(zhuǎn)子工藝突破，該電

41、機(jī)的批量生產(chǎn)即不成問題了。直流無刷電機(jī)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?？傊鲜龆N電機(jī)用于電動(dòng)自行車是較為理想的。鑒于電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求，本設(shè)計(jì)采用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。a.永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。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)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵(lì)磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)既有一般直流電機(jī)良好的調(diào)速起動(dòng)性能，又具有壽命長，沒有換向火花，沒有無線電干擾，運(yùn)行可靠，維修簡便及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向

42、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(dá)幾十萬轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)車中有著很好的應(yīng)用前景。b.永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)典型的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種準(zhǔn)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)非常適合于運(yùn)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。為進(jìn)一步擴(kuò)充轉(zhuǎn)速，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)也可以采用弱磁控制。弱磁控制的實(shí)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。c.永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的不足永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無刷直流

43、電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過載。永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高。（2）無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理無刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子位置傳感器和位置傳感器組成，它的原理框圖如下3-5圖所示，圖中直流電源通過開關(guān)線路向電動(dòng)機(jī)定子繞組供電，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測并提供信號(hào)去觸發(fā)開關(guān)線路中的功率開關(guān)元件使之導(dǎo)通或截止，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。是一種典

44、型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。圖3-5 無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理框圖無刷直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間就會(huì)產(chǎn)

45、生足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動(dòng)繞組。由于定子磁場軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，這正是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電流-轉(zhuǎn)矩特性。在一定的時(shí)，改變占空比，就可以線性地改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓控制相同的控制特性和機(jī)械特性。無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，取決于速度指令v的高低，如果速度指令最大值為+5v對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速，那么+5v以下任何電平即對(duì)應(yīng)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速現(xiàn)了變定。當(dāng)v設(shè)定以后，無論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋電壓vfb變小，調(diào)制波的占空比就會(huì)變大，電樞電流變大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)

46、矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時(shí)，減小，tm減小，發(fā)生減速度，直至實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止?？梢哉f，無刷直流電動(dòng)機(jī)在允許的電壓波動(dòng)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，并可在調(diào)范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。3.3.3 pwm調(diào)速原理電動(dòng)自行車使用24v直流電機(jī)， 對(duì)于這種小功率直流電機(jī)的調(diào)速方法一般有兩種。一種線性型：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí)，通過電阻r的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。另一種脈寬調(diào)制型：脈

47、寬調(diào)速（pulse wide modulationpwm）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)整平滑、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(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用pwm方式控制直流電機(jī)。（1） 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ud越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓ud降為0v，電機(jī)就停轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的具體調(diào)速過程是：先讓它啟動(dòng)一段時(shí)間，然后切斷電源，電動(dòng)機(jī)因慣性而降速轉(zhuǎn)動(dòng)。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

48、控制在指定的范圍內(nèi)。如圖3-6所示： vmax為電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值。vmin為電動(dòng)機(jī)的最小轉(zhuǎn)速值。vd為二者的平均值。vd=d * vmax式中d=t/t稱為占空比 d越大vd就越大反之亦然。圖3-6 電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比d之間的關(guān)系如3-7圖知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線性關(guān)系，但可以近似的看成是線性關(guān)系。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。pwm調(diào)速分為雙向式和單向式兩種：a.一種雙向式 圖3-7 平均轉(zhuǎn)速與占空比的關(guān)系在一個(gè)脈沖周期內(nèi)(t=tatb)，t1和t3導(dǎo)通的時(shí)間為ta，t2和t4導(dǎo)通的時(shí)間為tb，這樣在ta這段時(shí)間內(nèi)，電機(jī)通過的是正向電流，在

49、tb這段時(shí)間內(nèi)為反相電流。當(dāng)ta=tb時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)，ta>tb時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)， ta <tb時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)。b.另一種單向式單向式的電路更雙向式相同。不同的是，在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，tb這段時(shí)間內(nèi)不通過反向電流，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，ta內(nèi)不通過正向電流。其調(diào)速原理基本與雙向式相同。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。外特性、低速性能也不如雙向式好。圖3-8 速度與占空比關(guān)系曲線如上圖3-8（a）所示為雙向式調(diào)速方式下速度與占空比關(guān)系曲線，圖3-8（b）為單向式調(diào)速方式曲線?？紤]到電動(dòng)自行車對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速，距離控制

50、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(shí)現(xiàn)自行車的功能。（2）脈沖寬度調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)pwm的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是pwm相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)wm用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向pwm可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)膔c或lc網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。 總之，pwm既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗

51、噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。3.4 測速電路3.4.1 測速電路設(shè)計(jì)測速電路如圖3-9所示。當(dāng)檢測到到信號(hào)時(shí)，輸出一個(gè)高電平三極管導(dǎo)通，中斷引腳接地，產(chǎn)生中斷，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，進(jìn)行速度處理。（v=s/t）圖3-9 測速電路把三個(gè)小磁鐵平均分布在被測的轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪邊緣，固定好，小磁鐵與霍爾傳感器的相對(duì)位置在車輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中發(fā)生變化，當(dāng)小磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)到霍爾傳感器附近時(shí)，傳感器的輸出端vout產(chǎn)生一個(gè)低電平，將此低電平接到單片機(jī)的t0/p2.6引腳。編程決定當(dāng)單片機(jī)被第一個(gè)信號(hào)觸發(fā)中斷后，t0計(jì)數(shù)一次，并且立刻啟動(dòng)定時(shí)器t1計(jì)時(shí)。而當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后使得第一個(gè)小磁鐵再次靠近霍

52、爾傳感器，傳感器把第四個(gè)霍爾信號(hào)發(fā)到單片機(jī)上的t0/ p2.6引腳，停止計(jì)時(shí)。這時(shí)候單片機(jī)記錄下定時(shí)器所計(jì)數(shù)的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間，用這個(gè)時(shí)間除以輪圈周長就得出了電動(dòng)車的速度。3.4.2 速度傳感器（1）霍爾傳感器a3144的選擇當(dāng)前市場上的大多數(shù)電動(dòng)車都采用霍爾傳感器來測速，常見的為a3144?；魻杺鞲衅鱝3144的結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。它的優(yōu)點(diǎn)有：自動(dòng)化或工業(yè)應(yīng)用中穩(wěn)定性好；工作電壓為4.5v24v，不需提供準(zhǔn)確工作電壓；集電極輸出25ma電流，兼容數(shù)字邏輯；具有反向保護(hù)電池功能；觸發(fā)電壓小，可用永磁體；外形小，重量輕，易于安裝，使用方便；抗外磁場干擾能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是容易損壞

53、。目前，霍爾傳感器技術(shù)是未來電動(dòng)自行車發(fā)展的方向，也是一個(gè)有待突破的瓶頸。圖3-10 a3144結(jié)構(gòu)框圖（2）霍爾傳感器介紹霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的傳感器。根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對(duì)磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補(bǔ)償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個(gè)芯片上，稱之為霍爾傳感器?；魻杺鞲衅饕卜Q為霍爾集成電路，其外形小巧，使用方便，如圖3-11所示，是其中一種型號(hào)的外形圖。圖3-11 霍爾傳感器如3

54、-12所示，在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測出轉(zhuǎn)速。如果把開關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在軌道上，當(dāng)裝在運(yùn)動(dòng)車輛上的永磁體經(jīng)過它時(shí)，可以從測量電路上測得脈沖信號(hào)。圖3-12 霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)3.5 顯示電路3.5.1 顯示電路設(shè)計(jì)顯示部分采用兩個(gè)八段數(shù)碼管直接與單片機(jī)lpc933口連接，利用兩個(gè)pnp最為位選，當(dāng)基極為低電平時(shí)導(dǎo)通，高電平時(shí)截止，采用動(dòng)態(tài)顯示，如圖3-13所示。圖3-13 顯示電路圖3-13是一個(gè)2位8段led動(dòng)態(tài)顯示電路。其中段碼線占用一個(gè)8位i

55、/o口p0，而位選線占用一個(gè)2位i/o口，即將p2.2、p2.3分別作為兩位led顯示管的片選端。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位i/o口輸出的斷碼對(duì)各個(gè)顯示位來說都是相同的。因此，在同一時(shí)刻，如果各位的位選線都處于選通狀態(tài)的話，3位led將顯示相同的字符。若要各位led能夠同時(shí)顯示出與本為相應(yīng)的顯示字符，就必須采用動(dòng)態(tài)顯示方式，即在某一時(shí)刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符的斷碼。這樣，在同一時(shí)刻，2位led中只有選通的那一位顯示出字符，而其他一位則是熄滅的。同樣，在下一刻，只讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)

56、閉狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，則同一時(shí)刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而且他各位則是熄滅的。如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出將要顯示的字符。雖然這些字符時(shí)再不同時(shí)刻出現(xiàn)的，而在同一時(shí)刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于led顯示器的余輝和人眼的“視覺暫留”作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成“多位同時(shí)亮”的假象，達(dá)到同時(shí)顯示的效果。led不同位顯示的時(shí)間間隔應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太短，則發(fā)光太弱，人眼無法看清；但也不能太長，因?yàn)橐芟抻谂R界閃爍頻率，而且此時(shí)間越長，占用cpu時(shí)間也越多。另外，顯示位數(shù)增多，也將占用大量的cpu時(shí)間，因

57、此動(dòng)態(tài)顯示的實(shí)質(zhì)是以犧牲c(diǎn)pu時(shí)間來換取器件的減少。3.5.2 八段led數(shù)碼顯示器數(shù)碼由分布在同一平面上若，如半導(dǎo)體顯示器。半導(dǎo)體數(shù)碼管是分段式半導(dǎo)體顯示器件，其基本結(jié)構(gòu)是pn結(jié)，即用發(fā)光二極管（led）組成字型來來顯示數(shù)字。這種數(shù)碼管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因此也稱led數(shù)碼管或led八段顯示器。（1）八段led數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)：單片機(jī)中經(jīng)常使用7段led來顯示數(shù)字，也就是用7個(gè)led構(gòu)成字型“8”， 并另外用一個(gè)圓點(diǎn)led來顯示小數(shù)點(diǎn)，也就是說一共有8個(gè)led，構(gòu)成了“8.”的字型，如圖3-14所示。陽極7段led是指發(fā)光二極管的陽極連接在一起為公共端的7段led，而共陰極7 段 led 是指發(fā)光二極管的陰極連接在一起為公共端的 7 段 led。一個(gè)8段 led 由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃。數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成