《无刷电机控制器的相序检测系统设计设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无刷电机控制器的相序检测系统设计设计（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业设计成绩单学生姓名学号班级电0401-2班专业电气工程及其自动化毕业设计题目无刷电机控制器的相序检测系统设计指导教师姓名指导教师职称教 授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长签字：年 月 日毕业设计任务书题目无刷电机控制器的相序检测系统设计学生姓名班级电0401-2 班学号专 业电气工程及其自动化承担指导任务单位电气与电子工程分院导师姓名导师职称教授一、设计内容1、设计以单片机为核心的无刷电机控制器相序检测系统2、软件编程二、基本要求1、检测控制器角度 2、判断霍尔控制线相序 3、判断控制器三相电源相序 4、判断控制器故障三、主要技术指标1、显示60度/120度角
2、控制器2、显示霍尔位置相序及与其对应的电机电源相序3、显示控制器故障四、应收集的资料及参考文献1、单片机方面的知识及其接口技术2、无刷电机方面的资料3、霍尔传感器方面的资料4、无刷电机控制器方面的资料五、进度计划第1周第4周 调研、搜集资料、初步设计第5周第8周 绘制原理图，制作板图第9周第13周 编写软件，系统调试第13周第14周 完成论文。教研组主任签字时间 2008年2 月26 日毕业设计开题报告题目无刷电机控制器的相序检测系统设计学生姓名学号班 级电0401-2专 业电气工程及其自动化一、 研究背景以及现状电动车作为一种新型的代步工具，已经实实在在地被人民群众所接受。据业内人士预测，未
3、来几年内，电动车的容量几乎相当于自行车的市场容量，全国4.5亿辆自行车用户中至少有3亿的用户将成为电动车的用户。电动车的电机分为有刷和无刷两种，而电动车有刷电机有它致命的缺陷就是年之内必须更换碳刷，无刷电机的优点即电机不需要维护。 因此随着电动车市场趋向成熟，无刷电机电动车逐渐占据了约80%以上的市场份额。在电动车原配件发生质量问题时如何选择合适的电机类型与原机型配套已经成为维修人员以及售后服务人员最关注的问题。我国现在关于电机检测系统大部分技术成果是依照工作原理搭建硬件电路，实现参数匹配，根据不同数据，分析确定电机类型是否匹配，工作状况是否良好。同时随着现代无刷直流电动机的应用越来越广泛，无
4、刷直流电机控制器的相关技术也得到了飞速发展，其中由美国安森美公司开发的高性能第二代无刷直流电机控制器MC33035最具有代表性。本设计是以AT89C51单片机为核心的无刷电机控制器相序检测系统，达到软件检测的目的。二、研究方案通过电路图绘制，将电机控制器的霍耳引出线输入到单片机，应用AT89C51单片机进行软件检测，将测得的各引线对应的霍耳相序输出到数码管进行显示，并将电机电源的角度进行显示，采用继电器控制驱动电机动作，确定控制器电源相序。使其可以实现以下功能： 检测控制器角度 判断霍尔控制线相序 判断控制器三相电源相序 判断控制器故障三、预期目标三个数码管分别对应控制器三根电源线，当三个数码
5、管显示OOO表示控制器完好，显示EEE时，表明该显示对应的控制器相序出现问题，需要检测。测出电机控制器的角度60或120并显示在数码管上。可在数码管上显示各霍耳引出线对应的相序。通过软件控制，可确定控制器的三根电源引线分别是A、B、C相。指导教师签字时 间 年 月 日摘 要无刷电机控制器的相序检测系统采用AT89C51单片机作为主控制单元，用来检测美国安森美公司的MC33035控制器的工作情况以及霍尔器件的工作性能。设计中检测系统的外部电路包括光电耦合隔离电路、继电器以及驱动电路。设计采用AT89C51单片机检测无刷电机控制器的好坏及其相序和霍尔元件的相序，在所检测控制器的工作性能良好的情况下
6、，将其相序输出到数码管显示电路，同时判断霍尔控制线的相序。本设计主要是针对无刷电机控制器的相序检测系统，是电动车检测系统的一部分。这个电动车检测系统主要是为了方便维修人员检修电动车，同时也适用于对电动车以及无刷电机控制器的工作原理还不太了解的客户，使其能够清晰的了解到电动车无刷电机控制器的工作性能并及时更换工作性能较差的器件。关键字：无刷电机控制器 AT89C51单片机 检测系统目 录第1章 绪论11.1 国际和国内的研究现状11.2 研究对象的技术指标21.3 研究设计内容51.4 研究设计的创新点5第2章 设计方案62.1 无刷电机控制器的工作原理62.2 霍尔元件的工作原理82.3 无刷
7、电机控制器的相序检测硬件框图92.4 单片机的硬件电路设计102.4.1 复位电路的设计102.4.2 时钟电路112.5 显示电路的设计122.5.1 显示方法的介绍122.5.2 单片机的串行接口的选择132.5.3 静态数码显示的应用132.6 外部信号的输入电路152.7 电源电路的设计162.8 继电器的选择172.8.1 继电器的基本技术要求172.8.2 继电器原则的选择172.8.3 继电器的选择182.8.4 继电器的驱动电路192.8.5 继电器的附加电路19第3章 系统软件设计203.1 系统主程序203.2 控制器故障检测模块213.3 控制器相角判断模块233.4 霍
8、尔和控制器相序的判断模块233.4.1 60度电机的判断模块233.4.2 120度电机的判断模块373.5 其他子程序43第4章 结论与发展前景444.1 结论444.2 前景展望44参考文献45致谢46附录47附录A 外文资料翻译47英文资料47中文翻译52附录B 硬件图56附录C 输入输出表5760度输入输出表57120度输入输出表60附录D 软件编程61第1章 绪论电动自行车以电力作动力, 骑行中不产生污染,无损于空气质量，而且未来的电动车应该是以无位置传感器(霍耳元件)的3相无刷电机为主流。由于省却了位置传感器，电机结构更简单，可靠1。电机只有3条绕组线，维护更简单、方便。因而与之相
9、配的无刷控制器技术含量更高，更换无刷电机控制器将变得异常简单。从改善人们的出行方式、保护环境和经济条件许可情况等因素综合来看, 电动自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。随之而来的如何对出现问题的电动车进行检测已经成为工程技术人员研究的主要方向。1.1 国际和国内的研究现状目前国际和国内的无刷电机控制器的种类繁多，生产厂家各异，为了简述控制器的研究现状，我将一些比较典型的控制方案进行了简述和比较：(1)IC方案：市场推广最早，4个逻辑门的IC加PIC芯片，首先开始做无刷控制，其逻辑控制通过硬件完成。PIC品牌使它当初在市场上具有不可动摇的地位，从而市场上破解版本很多，最初推出时性能并不稳定，
10、后经过晶汇改进，软件技术几乎做到了极致，后来晶汇推出的CYPRESS在软件基本上都是建立在此基础上的。(2)松正的33035方案：松正是电动车控制器行业的先锋者，最初做有刷控制器，后期做的无刷控制器方案，硬件电路复杂，电源部分采用开关电源和升压电源驱动MOS，33035+MCU使得他的方案只能他自己做，软件显得有点无力，硬件部分复杂，而且做到终身保修。但总体来说，技术含量已经从本质上转移，电路复杂到一般人无法维修该方案的控制器。(3)CYPRESS方案：CYPRESS芯片一推出，它独立的逻辑电路设计，就受到大部分开发工程师的欢迎，而且它可以任意定义任何I/O口的功能，不仅方便软件设计，同时对于
11、制板也是极大的方便，未来的IC发展还是以这样的趋势，最成功的案例首推晶汇，他们是最早做CYPRESS方案之人，紧随其后就是南京溧水，后来就有上海瑞峰等。(4)NEC方案：日本的控制方案，价格相对便宜，符合大多数开发商的利益。NEC最大的优势也就是在IC的价格，性能可以说并不占优势，最大特点就是有8K的FLASH空间，可以扩展功能，但一路PWM毕竟有限，而且矽成微电子是通过自身封装的逻辑处理IC XC0806来做同步续流。目前市场上矽成微电子和紫薇单片机是后起之秀，他们是做无同步续流的，但电流处理技术首屈一指，所以，测功机上测试的曲线是做的最理想的。(5)AVR方案：此方案的推广过程曲折。AVR
12、的芯片资源是最适合做无刷控制器的，6路相位修正型PWM完全可以不依赖外围电路来处理逻辑驱动的关系，目前最成功的数无锡方振电子，他们省掉了放大器，采用开关电路，功耗方面有点大，但稳定性方面很多客户还是认可，电流处理方面，采用芯片内部AD参考电压1.1V，可以说是完全单芯片的控制方案。但也有不足之处，就是太过依赖MCU，放大器省掉有点风险，电流毕竟是无刷控制的核心，完全采样于康铜，直接考验MCU的极致的分辨率。(6)合泰义隆等台湾芯片：合泰最早也是推出MCU+33035的方式，但后来也有用其他控制芯片的。台湾芯片大部分是OTP的，即一次性烧录的，不具备FLASH功能，芯片抗干扰能力也有待考验。松正
13、就用的是一次性烧录的芯片，义隆是很早就想介入无刷控制器领域的，他最早的EM78P418/419就针对电控来做的，但由于抗干扰能力存在质疑，所以推广度一直不高。(7)ST方案：ST是无霍尔技术应用比较成功的一款芯片。无霍尔是最近几年最热门的话题，如果可以成功，那将是控制器技术的又一大进步2。综上所述，目前国际国内的控制器发展迅速，控制器的种类繁多，其中MC33035是相当经典芯片，所以我选择以MC3305控制器进行控制器相序检测系统的设计。1.2 研究对象的技术指标电动自行车作为一种新型的代步工具，影响其质量的最主要的部件是电机和控制器，当电机确定后，控制器的质量就决定了电动自行车的运行好坏。控
14、制器的质量由其控制特性和可靠性两方面决定1。控制特性主要指电机运转的平稳性、调速特性和负载能力。对控制器的考验主要是对功率驱动管的负载能力的考验。运转的平稳性除与电机机械和装配质量有一定的关系外，还与控制器、电机间的匹配及采用的控制技术有密切的关系。而控制器的可靠性与采用的元器件、电路设计、装配质量等因素有关, 其中，尤以控制器所用的功率驱动管的负载能力最为重要。在骑行中, 控制器的驱动管处于大电流的开关运行过程，因此，从某种意义上讲，驱动器的带负载运行能力是控制器最重要的技术指标。影响控制器可靠性的因素即控制器的失效的原因，从表现形式来看，一般有以下几种：(1)功率器件损坏；(2)控制器内部供电电源损坏；(3)控制器工作时断时续；(4)连接线磨损及接插件接触不良或脱落引起控制信号丢失3。针对以上失效形式的起因分析如下：(1)功率器件的损坏，一般有以下几种可能：电机损坏引起的；功率器件本身的质量差或选用等级不够引起的；器件安装或振动松动引起的；电机过载引起的；功率器件驱动电路损坏或参数设计不合理引起
