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1、毕业设计基于单片机的电动自行车控制系统设计(正规版）摘 要随着现代社会的不断进步，环境和能源问题越来越受到人们的重视。由于燃油车辆的废气造成的环境污染、噪声污染以及石油资源的危机，无污染、低噪声和节能的电动交通工具已经成为世界各国研制开发的热点。电动自行车作为最简单的电动车辆近几年在世界各地尤其是亚洲地区取得了巨大进展。电动自行车的运行，与一般的工业应用不同，对驱动系统的要求较高，要求电动自行车车用电动机可靠性好，能够在较恶劣环境下长期工作。直流无刷电机采用逆变器驱动，进行电子换向，具有没有换向火花、抗干扰性强、运行可靠、维护简便、使用寿命长等优点，电动自行车一般采用永磁无刷直流电机作为驱动电
2、机。电动自行车控制系统的设计对电动自行车运行起着非常重要的作用。利用单片机为控制核心的电机控制器比以往用模拟电路、数字电路、专用芯片所做成的控制器，在功能和整体性能上都有很大提高。本文所设计电动自行车控制系统以ATMEL公司的AT89C2051单片机作为控制核心，由霍尔调速手柄、由A/D转换器、刹车装置、电机驱动电路和欠压、过流保护电路等组成。通过硬件和软件的综合设计，设有欠压保护、过流保护、刹车断电等多种保护功能。关键词：电动自行车； 永磁无刷直流电机； 控制系统； 过流保护AbstractWith the constant advancement of modern society, th
3、e environment and energy issues more and more peoples attention. As fuel vehicle emissions caused by environmental pollution, noise pollution and oil resources of the crisis, non-polluting, low noise and the electric energy-saving modes of transport has become the worlds hot spots developed countrie
4、s. Electric bicycles as the most simple of electric vehicles in recent years around the world especially in the Asian region has made tremendous progress. The operation of electric bicycles and general industrial applications different, the drive system of higher demand for electric bicycle motor ve
5、hicle reliability, and in a harsh environment of long-term work. Brushless DC motor drive inverter used for the conduct of electronic switch, with no change to spark strong anti-interference, reliable operation, maintenance is simple, long life and other advantages of using permanent magnet electric
6、 bicycles in general as BLDCM Electric drives. Electric Bicycle control system designed to run electric bicycles played a very important role. SCM used for the control of the motor controller core than ever before with analog circuits, digital circuits, ASIC caused by controllers, the functions and
7、overall performance has greatly improved. In this paper, designed by Electric Bicycle control system to ATMELs AT89C2051 SCM control as the core, from Hall governor handles, from A / D converter, brakes, motor-driven and under-voltage circuit, overcurrent protection circuits, and other groups 10%. T
8、hrough the integrated hardware and software design, with under-voltage protection, overcurrent protection, brake power and other protection.Key words: Electric bicycles； Eermanent magnet brushless DC motor；Control system； Overcurrent protection目 录1 绪论11.1 课题的背景和意义11.2 国内外电动车研究现状21.3 电动自行车的结构61.4 电动自
9、行车驱动控制的相关技术81.4.1 电动机91.4.2 电池91.4.3 驱动及控制系统101.5 本文内容结构112 永磁无刷直流电机结构与工作原理122.1 永磁无刷直流电机的结构12 永磁无刷直流电机驱动系统构成132.1.2 电机本体142.1.3 转子位置传感器152.1.4 逆变器电路172.2 永磁无刷直流电机的运行原理192.2.1 根本运行原理192.2.2 永磁无刷直流电机的数学模型202.3 永磁无刷直流电机的PWM控制262.3.1 PWM控制技术原理简介262.3.3 PWM调制与电机转速273 控制系统硬件电路设计293.1 控制系统系统硬件结构框图293.2 AT
10、89C2051单片机简介293.3 单元电路设计313.3.1 电源电路313.3.2 单片机时钟及复位电路323.3.3 霍尔调速手柄电路333.3.4 刹车电路343.3.5 欠压保护电路353.4 系统过流保护电路363.5 电动机驱动电路373.6 系统总体电路图394 控制系统软件设计414.1 软件设计中应考虑的问题414.2 软件结构框图414.2.1 主程序框图414.2.2 中断效劳程序框图435 总结与展望445.1 控制系统总结445.2 未来的展望44致 谢45参考文献461 绪论1.1 课题的背景和意义随着现代社会的不断进步，环境和能源问题越来越受到人们的重视。由于燃
11、油车辆的废气造成的环境污染、噪声污染以及石油资源的危机，其被“零污染、高效率和能源来源广泛的新型电动车代替已成为一个不可逆转的趋势。与燃油车相比，电动车具有节能、可消除空气污染且能源广泛(可来自火力、煤炭、石油、天然气、水力、风力、地热、潮汐、原子能发电)等众多优点，因此电动车的研究己成为世界各国的研究热点之一。电动车是以电动机作为行驶驱动的原动机、以车载电源作为动力能源的车辆，如：电动自行车、电动摩托车、电动汽车等。回忆电动车的开展历史，可以发现电动车是燃油车的先驱。早在约亨利(J.Henry)创造了直流电动机后不久的1831年，诞生了世界上第一部电动车。而第一部真正具有实际意义的电动车是由
12、苏格兰人德文波特(T.Davenport)于1834年创造的，这部电动车采用的能源是不可充电的简单玻璃封装蓄电池。1895年到1915年是早期电动车黄金时代，美国经济正处于扩张时期，急需寻找新型工业，以刺激经济进一步开展，电动车正是在这样的情况下开展起来的。这个时期的电动车代表了当时车辆制造技术的精华，高雅的四轮轿车、双轮轻便车、运货车都可以随时起动，加速时完全没有噪音，可以以40km/h的速度行驶。1912年是电动车的全盛时期，全美国注册的电动车到达了3.4万辆，当时一辆电动轿车大约需要50006000美金，相当于今日一辆豪华劳斯莱斯的价格。电动车日渐衰落原因是多方面的，当时的三大主要部件技
13、术都很落后：电动机性能差、效率低、笨重；电池不仅笨重，而且性能太差、寿命和容量都很低；控制系统的技术自然也很落后，可以采用的电子器件在当时尚未出现，电阻控速效率很低，它本身也要消耗太多的电能。美国人凯特林创造的燃油汽车电起动器也是对电动车的重大打击之一。电动车不敌燃油车还有一个原因是当时无法进入乡村，因为当时很多乡村地区没有电力供给。于是在1924年全关汽车展中，电动车销声匿迹了，燃油汽车迎来了黄金时代，一直延续到60年代末。直到20世纪70年代石油危机时期，美、英、法、日开始投巨资研制电动车，我国清华大学钱伟长等教授上书总理周恩来，建议开发电动车，得到了周恩来总理的支持，拨百万巨款进行研究。
14、在80年代，由于石油供给充分，油价逐步回落至70年代初的水平。汽车的燃油效率在政府的催促之下也大大改善了，因而电动车研发的动力大大的减少了，其步伐明显放慢了。90年代，在能源和环境的双重压力下，电动车的研究再次进入一个活泼期。新材料、新技术的开展，为电动车的开展注入了新的活力。纵观电动车的开展历史，尽管电动车的出现早于燃油车，但是它的研究力度与后者相比要小得多，在性能上，如：动力性能、续程性能、平安性和经济性，还有待于进一步提高，这些性能与车辆的电力驱动系统都有紧密关系。就电力驱动系统的功率等级和需要考虑的因素来讲，电动汽车与小型两轮电动车有着一定的差异，然而从电力驱动系统中具体构成来讲，传动
15、机构、使用的电机以及电机对应的控制方式，二者根本一致，彼此的技术可以相互借鉴。由于蓄电技术没有获得实质性的突破，目前的蓄电技术还仅适用于小型两轮电动车，小型两轮车辆在当今全球占据绝大多数，有着广阔的用户，因此无论从目前的技术条件还是从市场来讲，对小型两轮电动车进行研究都有非常便利的条件，容易较快地取得有效的技术进步，而且取得的成果对今后电动汽车的研究也有着重要的参考价值。我国是世界上最大的自行车生产和使用王国，开发小型两轮电动车对节省人们日常行车时间和改善生活环境有着非常重要的意义。鉴于以上这些因素，本文选择以电动自行车为研究对象进行研究，进行相应电动自行车驱动电机控制系统的简单设计。1.2 国内外电动车研究现状八十年代至今，电动车的相关技术如电力电子、微电子、计算机控制、电机等技术的迅速开展为其开发研制提供了良好的条件。以欧、美、日为代表的兴旺国家的科研机构、车辆公司在政府的支持下纷纷投巨资开始研制，并成功推出了一批性能良好的概念车。与此同时，世界上其它一些国家与地区同样关注电动车的开展，我国也投入了大量的人力、物力进行研发。1欧洲电动车研究现状欧洲的主要国家德、法、英、意、瑞典等均进行了电动汽车的研究，但是各国研究的侧重点不同。对德国而言，它木身电力驱动技术力量十分强大，目前它的研究重点是质子交换膜的燃料电池(PEMFC：proton-exchange m
