單片機(jī)控制電動(dòng)自行車已改好好

PAGE4PAGE3編號：商丘工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：系別：專業(yè)：班級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：成績：2012年月目錄TOC\o”1-3"\h\z\u_Toc310454206"2系統(tǒng)要求 32。1

電動(dòng)車對電動(dòng)機(jī)的基本要求 3HYPERLINK\l”_Toc310454208”2。2鑒于電動(dòng)車對電動(dòng)機(jī)的基本要求采用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī) 4_Toc310454211”2.2.3永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的不足 4HYPERLINK\l”_Toc310454212”3總體設(shè)計(jì) 54硬件選擇和設(shè)計(jì) 5HYPERLINK\l”_Toc310454214"4。1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 64。1.5并行輸入輸出(I/O)口 64。1。6

全雙工串行口 6HYPERLINK\l”_Toc310454220”4。1。7中斷系統(tǒng) 74。1。8時(shí)鐘電路 7_Toc310454224"4。3永磁無刷直流電動(dòng)機(jī) 114.4三端式穩(wěn)壓器78L05三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理 13HYPERLINK\l”_Toc310454227"4.4。1啟動(dòng)電路 14HYPERLINK\l”_Toc310454228”4。4.2基準(zhǔn)電壓電路 144。4.3取樣比較放大電路和調(diào)整電路 144.5集成轉(zhuǎn)速傳感器KMI15—1 16HYPERLINK\l”_Toc310454233"4。5.1KMI15-1型傳感器的性能特點(diǎn) 17HYPERLINK\l”_Toc310454234”4。5.2KMI15-1工作原理 184.5。3KMI15-1的典型應(yīng)用 204.5。6典型應(yīng)用電路 204。7電動(dòng)自行車的核心蓄電池 21_Toc310454241"4.8控制器與保護(hù)功能 224。8。1控制器與保護(hù)功能 22HYPERLINK\l”_Toc310454243”5系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 25HYPERLINK\l”_Toc310454244"5.1電源電路 25HYPERLINK\l”_Toc310454245”5.2顯示電路 25_Toc310454248"結(jié)論 31HYPERLINK\l”_Toc310454249”參考文獻(xiàn) 321緒論電動(dòng)車的發(fā)展史比燃油汽車更長，世界上第一輛機(jī)動(dòng)車就是電動(dòng)車。后來，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動(dòng)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80年代末,電動(dòng)車的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期。進(jìn)入70年代以來，由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類對自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動(dòng)車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。近幾十年來，主要工業(yè)化國家為電動(dòng)車的開發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力,電動(dòng)車的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。盡管電動(dòng)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(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，改善其性能處于世紀(jì)之交的今天,能源和環(huán)境對人類的壓力越來越大，要求盡快改善人類生存環(huán)境的呼聲越來越高。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。雖然目前電動(dòng)車在能源和行駛里程方面還未能盡如人意，但已足以滿足人們的基本需要。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。

現(xiàn)代電動(dòng)車是融合了電力、電子、機(jī)械控制、材料科學(xué)以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品。整體的運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由4個(gè)主要部分組成，即控制器、功率變換器、電動(dòng)機(jī)及傳感器。目前電動(dòng)車中使用的電動(dòng)機(jī)一般有直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以及永磁無刷電動(dòng)機(jī)等。2系統(tǒng)要求2。1

電動(dòng)車對電動(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)用不同，非常復(fù)雜。因此，對驅(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(3～4）,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)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。

2。2鑒于電動(dòng)車對電動(dòng)機(jī)的基本要求采用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)

2。2.1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)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.此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制,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.

2.2。2

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。

2.2.3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。3總體設(shè)計(jì)對于電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有四個(gè)方面：一、控制電路的設(shè)計(jì);二、傳感器選擇以及安放設(shè)計(jì)；三、顯示電路的設(shè)計(jì)；四、程序設(shè)計(jì).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)，主要考慮穩(wěn)定性，抗干擾性?？刂坪诵牟捎?1單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路用光耦完全隔離以避免干擾.控制上采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)，僅用一塊單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)了信號采集，電機(jī)控制和轉(zhuǎn)速顯示。如圖3—1所示:直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)顯示部分程序部分控制電路驅(qū)動(dòng)圖3—1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.4硬件選擇和設(shè)計(jì)電動(dòng)車的性能指標(biāo)一般包括：驅(qū)動(dòng)性能、駕駛性能、車載能源系統(tǒng)性能三部份，其中驅(qū)動(dòng)性能取決于電機(jī)功率因素，車載能源系統(tǒng)性能取決于電池的容量，駕駛性能指標(biāo)主要包括:加速性能、最大爬坡性能、剎車性能及駕駛里程性能等駕駛模式，駕駛性能指標(biāo)的優(yōu)劣取決于控制系統(tǒng)駕駛模式的技術(shù).4。1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

8051是MCS-51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。

8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線,現(xiàn)在我們分別加以說明:4。1.1中央處理器中央處理器(CPU）是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器,能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作,完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。4。1.2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。4.1.3程序存儲(chǔ)器(ROM)8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。4.1。4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.4。1。5并行輸入輸出(I/O）口8051共有4組8位I/O口(P0、P1、P2或P3），用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。4。1.6

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.

4。1.7中斷系統(tǒng)

8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。

4.1.8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。單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu),另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton）結(jié)構(gòu).INTEL的MCS—51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MCS—96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。圖4-1是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：圖4-1MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖4—2PDIP4.1.9MCS-51的引腳說明MCS—51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接PDIP結(jié)構(gòu)，圖4-2是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根,4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用.現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：·Pin20：接地腳.·Pin40：正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫程序時(shí)，接+5V電源.·Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體（2-12MHz）和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號從XTAL2腳輸入。MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中,正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明:·Pin20：接地腳.

·Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫程序時(shí)，接+5V電源。

·Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳,片內(nèi)振蕩電路的輸入端.·Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳,片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051的時(shí)鐘有兩種方式,一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體（2—12MHz）和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號從XTAL2腳輸入?！ぽ斎胼敵觯↖/O）引腳,Pin39—Pin32為P0輸入輸出腳，Pin1—Pin1為P1。0-P1。7輸入輸出腳，Pin21-Pin28為P2。0—P2。7輸入輸出腳，P-Pin—P3。7輸入輸出腳，這些輸入輸出腳的功能說明將在以下內(nèi)容闡述?！in9：RESET/Vpd復(fù)位信號復(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.初始化后,程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H,其它專用寄存器被清“0”。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.然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如表4—1：表4-1特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)A00HB00HPC00HSP07H4.2A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809芯片是最常用的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器.它的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼進(jìn)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微妙左右。在同類型產(chǎn)品中，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率、轉(zhuǎn)換速度和價(jià)位都屬于居中位置。內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu),如圖4—3所示:圖4-3ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳功能說明:·D7～D0：8位數(shù)字量輸出，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果.·IN0~IN7：8路模擬電量輸入，可以是：0～5V或者－5V~＋5V或者－10V～+10V?！?VREF：正極性參考電源。性參考電源?！TART：啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換控制輸入，高電平有效?！と氲墓ぷ鲿r(shí)鐘,典型頻率為500KHz.·ALE:地址鎖存控制輸入，高電平開啟接收3位地址碼,低電平鎖存地址?！BA：3位地址輸入,其8個(gè)地址值分別選中8路輸入模擬量IN0~IN7之一進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。C是高位地址,A是最低位地址?！E：數(shù)字量輸出使能控制，輸入高有效，輸出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D7～D0?！OC：模數(shù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出.當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換未完成時(shí)，EOC輸出低電平；當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換完成時(shí),EOC輸出高電平.EOC輸出信號可以作為中斷請求或者查詢控制?！cc：芯片工作電源＋5V。·GND：芯片接地端。4。3永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)4。3.1稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

無刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成,是一種典型的機(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，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和正反轉(zhuǎn)信號,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，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速;提供保護(hù)和顯示等等。無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理簡圖如圖4-4所示：圖4—4電動(dòng)機(jī)原理圖主電路是一個(gè)典型的電壓型交-直—交電路,逆變器提供等幅等頻5—26KHZ調(diào)制波的對稱交變矩形波。永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120°的U、V、W方波,結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號：101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產(chǎn)生T1—T4導(dǎo)通、T1—T6導(dǎo)通、T3—T6導(dǎo)通、T3-T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).正因?yàn)闊o刷直流電動(dòng)機(jī)的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強(qiáng)制換向的，所以也稱作自控式同步電動(dòng)機(jī).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)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。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均電流：Tm=KtIav（N·m）電動(dòng)機(jī)兩相繞組反電勢的差正比于電動(dòng)機(jī)的角速度：ELL=Keω(V）所以電動(dòng)機(jī)繞組中的平均電流為:Iav=（Vm—E為每相繞組電阻.由此可以得到直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）－Kt·（Keω/2Ra）Kt、Ke是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，ω為電動(dòng)機(jī)的角速度（rad/s），所以,在一定的ω時(shí),改變占空比δ，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Vc的高低,如果速度指令最大值為+5V對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速Vc（max)那么，+5V以下任何電平即對應(yīng)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就實(shí)現(xiàn)了變速設(shè)定。當(dāng)Vc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δ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)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)，δ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.可以說，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，并可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。由于無刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來源于永磁體,所以不象異步機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵(lì)磁電流;由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高10％左右，一般來說，無刷直流電動(dòng)機(jī)的力能指針（ηcosθ)比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)高12％—20%.電動(dòng)機(jī)采用無錫市日馳電機(jī)有限公司生產(chǎn)的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)4。4三端式穩(wěn)壓器78L05三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理圖4-578L05原理圖電路如圖4—5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。下面對各部分電路作簡單介紹。4。4.1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.因此,必須用啟動(dòng)電路給恒流源的BJTT4、T5提供基極電流。啟動(dòng)電路由T1、T2、DZ1組成.當(dāng)輸入電壓V1高于穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)定電壓時(shí)，有電流通過T1、T2，使T3基極電位上升而導(dǎo)通，同時(shí)恒流源T4、T5也工作。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。與此同時(shí)，T2因發(fā)射結(jié)電壓為零而截止,切斷了啟動(dòng)電路與放大電路的聯(lián)系，從而保證T2左邊出現(xiàn)的紋波與噪聲不致影響基準(zhǔn)電壓源。4.4.2基準(zhǔn)電壓電路基準(zhǔn)電壓電路由T4、DZ2、T3、R1、R3及D1、D2組成，電路中的基準(zhǔn)電壓為：VREF=［(VZ2－3VBE)/(R1+R2+R3）]×R1+2RBE式中VZ2為DZ2的穩(wěn)定電壓，VBE為T3、D1、D2發(fā)射結(jié)（D1、D2為由發(fā)射結(jié)構(gòu)成的二極管）的正向電壓值。在電路設(shè)計(jì)和工藝上使具有正溫度系數(shù)的R1、R2、DZ2與具有負(fù)溫度系數(shù)的T3、D1、D2發(fā)射結(jié)互相補(bǔ)償，可使基準(zhǔn)電壓VREF基本上不隨溫度變化。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.4。4.3取樣比較放大電路和調(diào)整電路這部分電路由T4～T11組成，其中T10、T11組成復(fù)合調(diào)整管；R12、R13組成取樣電路；T7、T8和T6組成帶恒流源的差分式的電流IC5=IC8+IB10，當(dāng)調(diào)整管滿載時(shí)IB10最大,而IC8最?。欢?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T9、R9級成的緩沖電路。當(dāng)IO減小時(shí)，IB10減小，IC8增大，待IC8增大到VR9>0.6V時(shí),則T9導(dǎo)通起分流作用。這樣就減輕了T8的過多負(fù)擔(dān)使IC8的變化范圍縮小.4。4。4減流式保護(hù)電路減流式保護(hù)電路由T12、R11、R15、R14和DZ3、DZ4組成，R11為檢流電阻。保護(hù)的目的主要是使調(diào)整管（主要是T11）能在安全區(qū)以內(nèi)工作,特別要注意使它的功耗不超過額定值PCM。首先考慮一種簡單的情況。假設(shè)圖1中的DZ3、DZ4和R14不存在，R15兩端短路。這時(shí)，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即PC<PCM并且輸出電流IO在額定值以內(nèi),流過R11的電流使V11=IOR11<0。6V，T12截止。當(dāng)輸出電流急劇增加,例如輸出端短路時(shí)，輸出電流超過極限值(IO（CL)=PCM/VI=0.6V/R11）時(shí)，即當(dāng)V11〉0。6V時(shí)，使T12管導(dǎo)通。由于它的分流作用,減小了T10的基極電流,從而限制了輸出電流.這種簡單限流保護(hù)電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內(nèi)。由于調(diào)整管的耗散功率PCM=ICVCE，只有既考慮通過它的電流和它的管壓降VCE值,又使PC<PCM，才能全面地進(jìn)行保護(hù)。圖1中DZ3、DZ4和R14、R15所構(gòu)成的支路就是為實(shí)現(xiàn)上述保護(hù)目的而設(shè)置的。電路中如果（VI–IOR11–VO）>（VZ3+VZ4）,則DZ3、DZ4擊穿，導(dǎo)致T12管發(fā)射結(jié)承受正向電壓而導(dǎo)通。顯然,（VI–VO）越大，即調(diào)整管的VCE值越大，則IO越小，從而使調(diào)整管的功耗限制在允許范圍內(nèi)。由于IO的減小，故上述保護(hù)稱為減流式保護(hù)。4。4.5過熱保護(hù)電路過熱保護(hù)電路電路由DZ2、T3、T14和T13組成。在常溫時(shí)，R3上的壓降僅為0。4V左右，T14、T13是截止的，對電路工作沒有影響.當(dāng)某種原因（過載或環(huán)境溫升）使芯片溫度上升到某一極限值時(shí)，R3上的壓降隨DZ2的工作電壓升高而升高，而T14的發(fā)射結(jié)電壓VBE14下降，導(dǎo)致T14導(dǎo)通，T13也隨之導(dǎo)通。調(diào)整管T10的基極電流IB10被T13分流,輸出電流IO下降，從而達(dá)到過熱保護(hù)的目的。電路中R10的作用是給T10管的ICEO10和T11管的ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩(wěn)定性。值得指出的是：當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，上述幾種保護(hù)電路是互相關(guān)聯(lián)的。圖4—6三端穩(wěn)壓器的典型接法圖4-6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2～3V.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。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)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞.圖4-7KMI15-1型集成轉(zhuǎn)速傳感器的外形圖4。5集成轉(zhuǎn)速傳感器KMI15-1集成轉(zhuǎn)速傳感器具有靈敏度高、測量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)的分立式轉(zhuǎn)速傳感器的升級換代產(chǎn)品。下面是KMI15—1系列磁阻式集成轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理與典型應(yīng)用。轉(zhuǎn)速屬于常規(guī)電測參數(shù)。測量轉(zhuǎn)速時(shí)經(jīng)常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進(jìn)行非接觸性測量，傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線圈等分立元件構(gòu)成的，亦可用耳塞機(jī)改裝而成。但這種傳感器存在一些缺點(diǎn)：第一，靈敏度低,傳感器與轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的最大間隙（亦稱磁感應(yīng)距離）只有零點(diǎn)幾毫米；第二，在測量高速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時(shí)，因安裝不牢固或受機(jī)械振動(dòng),容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差；第三，這種傳感器所產(chǎn)生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號，因此，需要經(jīng)過放大、整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號,才能送給數(shù)字轉(zhuǎn)速儀或數(shù)字頻率計(jì)測量轉(zhuǎn)速,而且外圍電路比較復(fù)雜；第四，它無法測量非常低（接近于零）的轉(zhuǎn)速，因?yàn)檫@時(shí)磁阻式傳感器可能檢測不到轉(zhuǎn)速信號.圖4-8傳感器簡化電路圖4-9測量原理4。5。1KMI15—1型傳感器的性能特點(diǎn)目前，轉(zhuǎn)速傳感器正朝著高靈敏度、高可靠性和全集成化的方向發(fā)展KMI15-1芯片內(nèi)含高性能磁鋼、磁敏電阻傳感器和IC。它利用IC來完成信號變換功能，其輸出的電流信號頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比,電流信號的變化幅度為7mA～14mA。由于其外圍電路比較簡單，因而很容易配二次儀表測量轉(zhuǎn)速。KMI15-1器件的測量范圍寬，靈敏度高,它的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍是0-25kHz，而且即使在轉(zhuǎn)動(dòng)頻率接近于零時(shí)，它也能夠進(jìn)行測量。傳感器與齒輪的最大磁感應(yīng)距離為2.9mm（典型值），由于與齒輪相距較遠(yuǎn),因此使用比較安全。該傳感器抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)具有方向性，它對軸向振動(dòng)不敏感。另外，芯片內(nèi)部還有電磁干擾濾波器、電壓控制器以及恒流源，從而保證了其工作特性不受外界因素的影響.KMI15—1的體積較小，其最大外形尺寸為8×6×21mm,能可靠固定在齒輪附近.KMI15-1采用＋12V電源供電（典型值），最高不超過16V。工作溫度范圍寬達(dá)－40～＋85℃4。5.2KMI15-1工作原理KMI15—1型集成轉(zhuǎn)速傳感器的外形如圖4—7所示，它的兩個(gè)引腳分別為UC（接＋12V電源端）和U－（方波電流信號輸出端).為使信號變換器IC處于較低的環(huán)境溫度中，設(shè)計(jì)時(shí)專門將IC與傳感元件分開,以改善傳感器的高溫工作性能。該傳感器的簡化電路如圖4—8所示.其內(nèi)部主要包括以下六部分：磁敏電阻傳感器；前置放大器A1；施密特觸發(fā)器；開關(guān)控制式電流源;恒流源；電壓控制器。實(shí)際上，該傳感器是由4只磁敏電阻構(gòu)成的一個(gè)橋路，可固定在靠近齒輪的地方，其測量原理如圖4-9所示.當(dāng)齒輪沿Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于氣隙處的磁力線發(fā)生變化，磁路中的磁阻也隨之改變，從而可在傳感器上產(chǎn)生電信號。此外，該傳感器具有很強(qiáng)的方向性，它對沿Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體十分敏感，而對沿Z軸方向的振動(dòng)或抖動(dòng)量很不敏感。這正是測量轉(zhuǎn)速所需要的。工作時(shí)，傳感器產(chǎn)生的電信號首先通過EMI濾波器濾除高頻電磁干擾,然后經(jīng)過前置放大器，再利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形以獲得控制信號UK，并將其加到開關(guān)控制式電流源的控制端。KMI15-1的輸出電流信號ICC是由兩個(gè)電流疊加而成的，一個(gè)是由恒流源提供的7mA恒定電流IH,另一個(gè)是由開關(guān)控制式電流源輸出的可變電流IK。它們之間的關(guān)系式為：ICC＝IH＋I(xiàn)K當(dāng)控制信號UK＝0（低電平）時(shí),該電流源關(guān)斷，IK＝0，ICC＝IH＝7mA。當(dāng)UK＝1（高電平）時(shí)，電流源被接通，IK＝7mA，從而使得ICC＝14mA。圖4—10給出了從U－端輸出的方波電流信號的波形，其高電平持續(xù)周期為T.輸出波形的占空比D＝t1/T＝50%±20%.上升時(shí)間和下降時(shí)間分別僅為0.5US和0。7US。圖4—10從U－端輸出的方波電流信號的波形圖4-11KMI15—1的典型應(yīng)用電路KMI15-1芯片中的電壓控制器實(shí)際上是一個(gè)并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器，可用于為傳感器提供穩(wěn)定的工作電壓UC。而電阻R3、穩(wěn)壓管VDZ和晶體管VT1則可構(gòu)成取樣電路，其中VT1接成射極跟隨器。A2為誤差放大器，VT2為并聯(lián)式調(diào)整管。這樣，IH在經(jīng)過R1、R2分壓后可給A2提供基準(zhǔn)電壓UREF，從而在UCC發(fā)生變化時(shí)，由A2對取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差電壓Ur,同時(shí)通過改變VT2上的電流來使UC保持不變。4。5。3KMI15—1的典型應(yīng)用安裝方法KMI15-1應(yīng)當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的旁邊.若被測轉(zhuǎn)動(dòng)工件上沒有齒輪,亦可在轉(zhuǎn)盤外緣處鉆一個(gè)小孔，套上螺扣，再擰上一個(gè)螺桿并用彈簧墊圈壓緊，以防止受震動(dòng)后松動(dòng)，并以此代替齒尖獲得轉(zhuǎn)速標(biāo)記信號。4.5。6典型應(yīng)用電路KMI15—1型集成轉(zhuǎn)速傳感器的典型應(yīng)用電路如圖4-11（a）所示。工作時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器輸出方波電流信號，從而在負(fù)載電阻RL與負(fù)載電容CL上形成電壓頻率信號UO(ｆ），并送至二次儀表。通常取RL＝115Ω、CL＝0。1μF.需要指出：KMI15-1輸出的是齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f(單位是Hz，即次/s)信號,欲得到轉(zhuǎn)速ｎ（r/min），還應(yīng)將f除以齒輪上的齒數(shù)N，并將時(shí)間單位改成分鐘，公式如下：ｎ＝60f/N（公式5—1)圖4-11(b)所示電路是由二極管VD、穩(wěn)壓管VDZ和電容C1構(gòu)成的靜電放電（ESD）保護(hù)電路，該電路可吸收2KV的ESD電壓，因而可對芯片起到保護(hù)作用。此外，還需注意,品時(shí)，不要將多個(gè)芯片放在一起以防磁化。4.6譯碼器圖4-1274LS164時(shí)序圖如圖4—12所示,74LS164為串行移位譯碼器,它主要由時(shí)鐘線控制，時(shí)鐘線每來一個(gè)上升弦,數(shù)據(jù)線將把一位數(shù)移進(jìn)去，移八次就進(jìn)一個(gè)字節(jié)，同時(shí)在數(shù)碼管顯示出來。譯碼器是實(shí)現(xiàn)組合邏輯的功能部件。它的輸入是二進(jìn)制的代碼，輸出是一組高低電平信號，每輸入一組不同的代碼，只有一個(gè)輸出端呈現(xiàn)有效信號.74LS245芯片是一個(gè)八位的總線收發(fā)器，其輸入/輸出引腳分成兩組,其工作原理如下：允許E方向控制DIR操作低電平低電平B數(shù)據(jù)到A總線低電平高電平A數(shù)據(jù)到B總線高電平懸空隔離4.7電動(dòng)自行車的核心蓄電池4.7.1電動(dòng)車的電池的性能為什么天冷性能差天熱性能好？蓄電池的充放電過程是一個(gè)電化學(xué)的反應(yīng)過程，是受溫度影響的，以25度為標(biāo)準(zhǔn)溫度，放電過程中，每下降一度,電池容量幾乎下降百分之一，充電過程更明顯，所以在冬天，盡量放在溫暖的環(huán)境中充電（當(dāng)然也不是溫度越高越好，溫度過高會(huì)影響電池壽命,甚至發(fā)生危險(xiǎn)）,以便充電飽滿。電動(dòng)車電池的充電基本都是三段式充電，第一階段是恒定電流充電,第二階段是恒壓充電,第三階段是浮充充電，第一、二階段時(shí)，充電器顯示紅燈,隨著電池趨于飽和，充電電流越來越小，當(dāng)電流小于設(shè)計(jì)值后，充電器指示燈有紅色變?yōu)榫G色，繼而轉(zhuǎn)為第三階段，2小時(shí)后即認(rèn)為充滿,此過程是由電子元件完成，并非雙金屬片4.7。2電動(dòng)車的電池原理是什么電池的內(nèi)部一般是22～28%的稀硫酸.電池正放的時(shí)候電解液可以淹沒極板并且還剩下一點(diǎn)空間如果把電池橫放的話會(huì)有一部分電極板暴露在空氣中,這對電池的極板非常不利，而且一般的電池的觀察孔或者電池的頂部都有排氣口與外界相通，所以電池橫放電解液很容易流出。蓄電池是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲(chǔ)存起來,在合適的地方使用。它的工作原理就是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。它用填滿海綿狀鉛的鉛板作負(fù)極，填滿二氧化鉛的鉛板作正極，并用22～28％的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,放電時(shí)化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時(shí)，金屬鉛是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時(shí),兩極分別生成鉛和二氧化鉛.移去電源后，它又恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它的電壓是2V，通常把三個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)起來使用，電壓是6V.汽車上用的是6個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時(shí)間后要補(bǔ)充硫酸，使電解質(zhì)保持含有22~28％的稀硫酸.放電時(shí)，電極反應(yīng)為:PbO2+4H++SO42—+2e-=PbSO4+2H2O負(fù)極反應(yīng)：Pb+SO42-蓄電池的應(yīng)用十分廣泛，可用于UPS，電動(dòng)車，滑板車，汽車，風(fēng)能太陽能系統(tǒng)，安全報(bào)警等等方面.鉛酸蓄電池產(chǎn)品主要有下列幾種,其用途分布如下：起動(dòng)型蓄電池:主要用于汽車、摩托車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等起動(dòng)和照明；固定型蓄電池：主要用于通訊、發(fā)電廠、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為保護(hù)、自動(dòng)控制的備用電源;牽引型蓄電池：主要用于各種蓄電池車、叉車、鏟車等動(dòng)力電源；鐵路用蓄電池：主要用于鐵路內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、客車起動(dòng)、照明之動(dòng)力；儲(chǔ)能用蓄電池：主要用于風(fēng)力、太陽能等發(fā)電用電能儲(chǔ)4。8控制器與保護(hù)功能車用電機(jī)控制器近年來的發(fā)展速度之快，使人難以想象，操作上越來越“傻瓜”化，而顯示則越來越復(fù)雜化。比如，車速的控制已經(jīng)發(fā)展到“巡航鎖定”；驅(qū)動(dòng)方面,有的同時(shí)具有電動(dòng)性能和助力功能，如果轉(zhuǎn)換到助力狀態(tài)，借助鏈條張力測力器，或中軸扭力傳感器，只要用腳踏動(dòng)腳蹬，便可執(zhí)行助力或確定助力的大小。這期本刊開始給您講述控制器的知識，讓您對控制器有一個(gè)更全面的了解。4。8.1控制器與保護(hù)功能1、控制器簡介簡略地講控制器是由周邊器件和主芯片（或單片機(jī)）組成。周邊器件是一些功能器件,如執(zhí)行、采樣等，它們是電阻、傳感器、橋式開關(guān)電路，以及輔助單片機(jī)或?qū)Ｓ眉呻娐吠瓿煽刂七^程的器件;單片機(jī)也稱微控制器,是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號語言的譯碼器、鋸齒波發(fā)生器和脈寬調(diào)制功能電路以及能使開關(guān)電路功率管導(dǎo)通或截止、通過方波控制功率管的的導(dǎo)通時(shí)間以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)電路、輸入輸出端口等集成在一起，而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)片。這就是電動(dòng)自行車的智能控制器.它是以“傻瓜”面目出現(xiàn)的高技術(shù)產(chǎn)品。控制器的設(shè)計(jì)品質(zhì)、特性、所采用的微處理器的功能、功率開關(guān)器件電路及周邊器件布局等,直接關(guān)系到整車的性能和運(yùn)行狀態(tài)，也影響控制器本身性能和效率.不同品質(zhì)的控制器，用在同一輛車上,配用同一組相同充放電狀態(tài)的電池，有時(shí)也會(huì)在續(xù)駛能力上顯示出較大差別。2、控制器的型式目前,電動(dòng)自行車所采用的控制器電路原理基本相同或接近.有刷和無刷直流電機(jī)大都采用脈寬調(diào)制的PWM控制方法調(diào)速，只是選用驅(qū)動(dòng)電路、集成電路、開關(guān)電路功率晶體管和某些相關(guān)功能上的差別。元器件和電路上的差異，構(gòu)成了控制器性能上的不大相同.控制器從結(jié)構(gòu)上分兩種，我們把它稱為分離式和整體式。①分離式所謂分離，是指控制器主體和顯示部分分離(圖4-22、圖4-23）。后者安裝在車把上，控制器主體則隱藏在車體包廂或電動(dòng)箱內(nèi),不露在外面。這種方式使控制器與電源、電機(jī)間連線距離縮短，車體外觀顯得簡潔。②一體式控制部分與顯示部分合為一體，裝在一個(gè)精致的專用塑料盒子里。盒子安裝在車把的正中，盒子的面板上開有數(shù)量不等的小孔，孔徑4—5mm，外敷透明防水膜.孔內(nèi)相應(yīng)位置設(shè)有發(fā)光二極管以指示車速、電源和電池剩余電量。3、控制器的保護(hù)功能保護(hù)功能是對控制器中換相功率管、電源免過放電,以及電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中,因某種故障或誤操作而導(dǎo)致的可能引起的損傷等故障出現(xiàn)時(shí),電路根據(jù)反饋信號采取的保護(hù)措施.電動(dòng)自行車基本的保護(hù)功能和擴(kuò)展功能如下:①制動(dòng)斷電電動(dòng)自行車車把上兩個(gè)鉗形制動(dòng)手把均安裝有接點(diǎn)開關(guān)。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，開關(guān)被推押閉合或被斷開，而改變了原來的開關(guān)狀態(tài)。這個(gè)變化形成信號傳送到控制電路中，電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動(dòng)電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護(hù)了功率管本身，又保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，也防止了電源的浪費(fèi)。②欠壓保護(hù)這里指的是電源的電壓。當(dāng)放電最后階段，在負(fù)載狀態(tài)下，電源電壓已經(jīng)接近“放電終止電壓"，控制器面板（或儀表顯示盤）即顯示電量不足,引起騎行者的注意，計(jì)劃自己的行程。當(dāng)電源電壓已經(jīng)達(dá)到放終時(shí)，電壓取樣電阻將分流信息饋入比較器，保護(hù)電路即按預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出指令，切斷電流以保護(hù)電子器件和電源。③過流保護(hù)電流超限對電機(jī)和電路一系列元器件都可能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對應(yīng)當(dāng)避免的.控制電路中，必須具備這種過電流的保護(hù)功能，在過流時(shí)經(jīng)過一定的延時(shí)即切斷電流.④過載保護(hù)過載保護(hù)和過電流保護(hù)是相同的，載重超限必然引起電流超限。電動(dòng)自行車說明書上都特別注明載重能力，但有的騎行者或未注意這一點(diǎn)，或抱著試一下的心理故意超載。如果沒有這種保護(hù)功能,不一定在哪個(gè)環(huán)節(jié)上引起損傷,但首當(dāng)其沖的就是開關(guān)功率管，只要無刷控制器功率管燒毀一只，變成兩相供電后電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)即變得無力，騎行者立即可以感覺到脈動(dòng)異常;若繼續(xù)騎行，接著就燒毀第2個(gè)、第3個(gè)功率管。有兩相功率管不工作,電動(dòng)機(jī)即停止運(yùn)行，有刷電機(jī)則失去控制功能。因此，由過載引起的過電流是很危險(xiǎn)的。但只要有過電流保護(hù)，載重超限后電路自動(dòng)切斷電源，因超載而引起的一系列后果都可以避免。⑤欠速保護(hù)仍然屬于過流保護(hù)范疇，是為不具備0速起步功能的無刷控制系統(tǒng)而設(shè)置。⑥限速保護(hù)是助力型電動(dòng)自行車獨(dú)有的設(shè)計(jì)控制程序。車速超過某一預(yù)定值時(shí)，電路停止供電不予助力。對電動(dòng)型電動(dòng)自行車而言，統(tǒng)一規(guī)定車速為20km/h,車用電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí),額定轉(zhuǎn)速就已經(jīng)設(shè)定好了，控制電路也已經(jīng)設(shè)好.電動(dòng)自行車只能在不超過這個(gè)速度狀態(tài)下運(yùn)行?？刂破鞯奈恢貌粫?huì)影響到性能，主要視設(shè)計(jì)者的意圖。但有幾項(xiàng)原則：①在運(yùn)行操作允許時(shí);②在整體布置允許時(shí)；③在線路布設(shè)要求時(shí)；④在配套設(shè)施要求時(shí)。5系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)控制電路主要有電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)接口電路、顯示電路四個(gè)部分?？紤]到電機(jī)的起動(dòng)電流和制動(dòng)時(shí)比較大，會(huì)造成電源電壓不穩(wěn)定容易對單片機(jī)和傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)以及傳感器電路用光耦隔離。傳感器的電源直接使用24V蓄電池，單片機(jī)的電源則通過三端穩(wěn)壓器78L05將24V電源轉(zhuǎn)換到5V。5.1電源電路24V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)牙器74L05輸出即為單片機(jī)所要求的+5V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C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié),造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。如圖5—1所示：圖5-1穩(wěn)壓電路5。2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)。直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為190轉(zhuǎn)每分大約需要三位數(shù)碼顯示。驅(qū)動(dòng)器采用74LS164串接510歐的限流電阻。5。3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，IN0-IN6線上那一路模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由ADDA-ADDC線上的地址決定。ADDC0809內(nèi)部“地址鎖存與譯碼”電路便能把IN0線上模擬電壓送入8位A/D轉(zhuǎn)換器此時(shí),若單片機(jī)使STAR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)字量送入它的三態(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。單片機(jī)檢測和響應(yīng)該中斷請求后就通過使rd非變?yōu)榈碗娖蕉筄E線變高，以便可以從2-1—2—85。4驅(qū)動(dòng)電路及原理下面主要對驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行一下介紹：電動(dòng)自行車使用24V直流電機(jī)，對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：脈寬調(diào)速（PULSEWIDEMODULATION——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)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).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）就可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。如圖5—2所示：脈沖信號：t T轉(zhuǎn)速： VMAX VD VMIN圖5—2波形圖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.平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比D之間的關(guān)系如圖5-3所示：VD（平均速度） 0 0.5 1 D（占空比）圖5-3平均速度與占空比線性關(guān)系由圖5-3可知，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雙向式:在一個(gè)脈沖周期內(nèi)(T=Ta＋Tb)，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)。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