基于ATmega8的新型電動自行車調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

1、    基于ATmega8的新型電動自行車調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：介紹了一種以AVR單片機ATmega8為主控芯片的新型電動自行車調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計方案?給出了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計方法。實驗證明：該系統(tǒng)性能可靠、成本較低，是一種實用的無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：ATmega8；無刷直流電動機；調(diào)速控制系統(tǒng) 引言當前，隨著保護環(huán)境、節(jié)約能源的呼聲日益高漲?無污染、能源可多樣化配置的新型交通工具引起了人們的普遍關(guān)注，同時也得到了極大的發(fā)展，電動自行車便是其中之一?。  摘要：介紹了一種以AVR單片機ATmega8為主控芯片的新型電

2、動自行車調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計方案?給出了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計方法。實驗證明：該系統(tǒng)性能可靠、成本較低，是一種實用的無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。   關(guān)鍵詞：ATmega8；無刷直流電動機；調(diào)速控制系統(tǒng) 引言當前，隨著保護環(huán)境、節(jié)約能源的呼聲日益高漲?無污染、能源可多樣化配置的新型交通工具引起了人們的普遍關(guān)注，同時也得到了極大的發(fā)展，電動自行車便是其中之一?。它以蓄電池發(fā)出的電能作為驅(qū)動能源，以電動機作動力，具有無廢氣污染、“零排放”、無噪音、輕便美觀等特點?特別適合在人口較集中的大中城市中使用。但目前市場上的電動自行車還存在著一些不夠完善的地方，尤其是電機控制方面有

3、待于進一步提高。本文根據(jù)無刷直流電機的原理，利用美國公司年推出的一款新型高檔單片機作為主控芯片設(shè)計了一種無刷直流電機調(diào)速控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、軟件設(shè)計靈活、適用面廣、價格低廉等優(yōu)點?具有一定的實用價值。 ATmega8芯片簡介系列單片機承襲了系列中所具有的特點? 并增加了更多的接口功能? 而且在省電性、穩(wěn)定性、抗干擾性及靈活性方面都更加周全和完善。屬于系列單片機()的一個子集, 其內(nèi)部集成了較大容量的存儲器和豐富的硬件接口電路, 并且在軟件上能有效支持高級語言及匯編語言。是一款采用低功耗工藝生產(chǎn)的基于 (精簡指令集)結(jié)構(gòu)的位單片機。單片機的核心是將個工作寄存器和豐富的指令集連接在一

4、起, 所有的工作寄存器都與(算術(shù)邏輯單元)直接相連, 可在一個時鐘周期內(nèi)用一條指令同時訪問(讀寫)個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)可提高代碼效率,使得大部分指令的執(zhí)行時間僅為一個時鐘周期，故可達到將近的性能, 運行速度比普通單片機高出倍。的主要性能特點如下:()高性能、低功耗的位微控制器。采用先進的精簡指令集結(jié)構(gòu)；有條功能強大的指令, 大多數(shù)為單周期指令；內(nèi)含個位通用工作寄存器；工作在時指令處理速度為。()片內(nèi)集成了較大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器。字節(jié)的程序存儲器的 可擦寫次數(shù)大于次；個字節(jié)的擦寫次數(shù)至少可達次；支持在線編程()和在應(yīng)用編程()；帶有可編程的程序加密位。  &#

5、160;()豐富強大的外部接口。帶有個帶預(yù)分頻的位定時計數(shù)器、個帶預(yù)分頻的位定時計數(shù)器；個 通道?可實現(xiàn)任意位以內(nèi)相位和頻率可調(diào)的 脈寬調(diào)制輸出；通道轉(zhuǎn)換；一個串行接口、一個可編程的接口、一個支持主從、收發(fā)的同步串行接口；帶片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器；片內(nèi)模擬比較器。()具有特殊的微控制器性能。內(nèi)含可控制的上電復(fù)位延時電路和可編程的欠電壓檢測電路；芯片內(nèi)部和外部共有個中斷源；種休眠模式(空閑、噪聲抑制、省電、掉電、待命)。 系統(tǒng)硬件設(shè)計整個系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)子位置檢測電路、測速電路、調(diào)速電路、全橋電路、限流電路等，圖所示是其原理框圖。其中無刷直流電機由電動機本體、轉(zhuǎn)子位置檢測器和電子開關(guān)電路三

6、部分組成。直流電源通過開關(guān)電路向電動機定子繞組供電，位置檢測器可隨時檢測轉(zhuǎn)子的位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，從而實現(xiàn)電子換向。 轉(zhuǎn)子位置檢測電路本設(shè)計中的無刷直流電動機有對磁極?定子繞組采用三相型接法?個霍爾位置傳感器的空間間距為°?即電角度為°。個霍爾傳感器的輸出、分別直接接到的、腳，運用這三個腳的數(shù)模轉(zhuǎn)換功能()可對霍爾信號進行采樣和轉(zhuǎn)換。 電機轉(zhuǎn)速控制電路測速電路要對無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速進行準確的控制?首先要準確地測量出它的轉(zhuǎn)速。本設(shè)計利用轉(zhuǎn)子位置傳感器的輸出脈沖信號來反映電動機的轉(zhuǎn)速。先將位置傳感器信號經(jīng)過采樣調(diào)理電路后送至單片機的腳?該引腳可

7、作為外部中斷源的輸入口。隨著電動機的轉(zhuǎn)動?將不斷接收到脈沖信號。當接收到一個上升沿時將啟動定時器以開始計時，直至接收到下一個相鄰的上升沿為止，定時器的計時結(jié)果便是電動機轉(zhuǎn)動一圈所需的時間?據(jù)此即可計算出電動機的轉(zhuǎn)速。圖3   換向調(diào)速電路無刷直流電動機轉(zhuǎn)速的控制方法可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法兩類?。由于前者所受的各類限制較多，且勵磁線圈電感較大?動態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的是改變電樞端電壓以實現(xiàn)調(diào)速的電樞電壓控制法。設(shè)直流電源電壓為，為電樞串聯(lián)一個電阻并接到電源，則電樞兩端的電壓為，顯然?調(diào)節(jié)電阻即可改變端電壓?從而達到調(diào)速目的。但這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法效率較低

8、。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展?出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。?脈寬調(diào)制?就是其中之一，其基本原理如圖所示。設(shè)加在電機電樞兩端的矩形波的幅值電壓為 ?則電機電樞兩端電壓的平均值為?()()()()其中為占空比，通過改變的值可達到調(diào)壓的目的。由于 , 值的范圍是,因而電機可以在正、反兩個方向調(diào)速運轉(zhuǎn)。圖所示是一種電動自行車無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的部分原理圖。通過圖中單片機可采樣電動自行車手柄上可調(diào)電阻的電壓，再經(jīng)轉(zhuǎn)換后送到寄存器，從而控制單片機的腳，輸出占空比可調(diào)的 信號。該信號和來自限流電路比較器的輸出信號一起通過軟件比較，在限流電路不工作的情況下輸出信號，以配合軟件控制的、和引腳來驅(qū)動相應(yīng)的光耦，進而控制全橋電路換相導(dǎo)通，實現(xiàn)電機的換向。因此,通過調(diào)節(jié)單片機信號的占空比,最終可改變加在電動機定子繞組上的電壓,從而實現(xiàn)電動機的調(diào)速。 系統(tǒng)軟件控制在軟件上能有效支持語言及匯編語言。語言目前已成為設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的標準語言，它既有普通高級語言結(jié)構(gòu)化編程、可讀性好、維護方便的特點，又具有匯編等低級語言對硬件訪問方便、代碼效率高的