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1、基于单片机的电动自行车调速系统设计摘要：近年来，随着人们生活的改善，摩托车、燃油助力车得到迅速发展，其排放的尾气已造成城市空气严重污染，一些城市相继制定法规限制摩托车、燃油助力车的使用来保护环境。发展短距离的绿色交通工具替代摩托车、燃油助力车成为一些国家的经济和社会课题。电动自行车具有“零排放”，是一种比较好的短距离绿色交通工具。由于电池问题，限制了电动自行车的行驶距离，但可以通过提高系统的效率来改善其性能。本课题研制的电动自行车用无位置传感器直流无刷永磁电动机来驱动，用PIC16C74单片机作为主控芯片，它不仅克服了有刷直流电机的噪音、换向火花等缺点，而且避免了有位置传感器直流无刷电机因位置
2、传感器带来的不足；同时，它降低了制造和使用过程中的成本，提高了使用和维护的方便性，具有效率高、环保、经济和方便的特点以与具有良好运行性能和巨大的市场潜力。关键词：电动自行车；位置传感器；直流无刷电动机；单片机控制Based on the SCM system designspeedelectric bicyclesAbstract:In the recent years，the motorbike has rapidly developed with the improving of living Chinese People. Because of air pollution of inte
3、rnal combustion engine the local governments of different cities in China come on a lot of rules of law to restrict the use of combustion engine and then to promote the environment protection. To replace the motorbike with a short green transportation has become some nations economic and social issu
4、e.This paper deals with an electric motor driven bike(EB)and itscontrol stratagem.Without fail，EB 15 very helpful to environmentprotection.Nevertheless EB has its disadvantages，especially the tooweak continuous run distance.Except the battery problem，theefficiency of the whole system 15 also one of
5、the most important problemsto be solved.A permanent brush-less and sensor-less DC motor and itscontrol set are specially designed for this developed EB.A study oncontrol stratagem and electronic resorts are given in this paper.A microchip PIC16C74 used as CPU and corresponding softwaredeveloped by a
6、uthor 15 introduced in this control system.Theexperiments of the prototype show that the performance，includingsystem efficiency，noise，spark，maintenance-free and its cost areobviously improved.It may be expected，that this EB driving system hasreally huge market potential.Key Words:Motor Bike；Position
7、 Sensor；BLDC Motor；Microcomputer controlled / 第1章 概述1.1 电动自行车的意义与发展状况1.1.1 电动自行车的意义人类在进入工业化社会之后，大量使用地球上石油、煤等化石能源，使得空气中的二氧化碳和二氧化硫急剧增加，造成了酸雨蔓延和温室效应，特别是二十世纪后期，酸雨大面积扩展，几乎蔓延至所有国家，“厄尔尼诺现象”、“拉尼拉现象”频繁出现。酸雨造成农作物减产，大片森林死亡；温室效应给工农业生产和人民生活造成的损失，无法估量。目前，发展中国家的空气还在进一步恶化，我国作为世界上最大的发展中国家，环境问题已经引起党和国家以与人民群众重视。研究表明，造
8、成大气污染的主要气体有非甲烷有机物、氧化氮和一氧化碳等气体。具统计，在美国城区的大气中，43%的非甲烷有机物、57%氧化氮和82%一氧化碳都是由燃油机动车废气排放产生的，而全世界20%的一氧化碳排放量来源于燃油机动车的废气。由此可见，燃油机动车的废气己成为城市大气污染的一个主要来源。燃油机动车废气中的氮氧化物在太阳紫外线的照射下，容易形成高毒性的光化学烟雾，再加上机动车的噪音，严重污染着我们赖以生存的自然环境，直接危害着我们的身体健康。因此，在大城市，燃油机动车的废气和噪音已成为倍受关注的公害之一。随着我国改革开放的深入，人民的生活水平日益提高，在家用轿车还没有普与的情况下，摩托车和燃油助动车
9、得以广泛使用，这给我国城市的环境问题带来很大压力，例如在市，1995年中心城区机动车的一氧化碳、非甲烷有机物和氧化氮排污负荷分别占该区域相应的排放总量的76%、93%和44%；一些城市如、等，己相继出台政策法规，停止或限量核发摩托车和燃油助动车的牌照。因此，研制生产出一种无污染、低噪音的交通工具来替代摩托车和燃油助动车，已是时代的需要。电动自行车正是在这样的呼唤下，逐步走进人们的生活中。电动自行车与摩托车、燃油助动车相比较，它具有突出的优点： （1）无污染电动自行车是以蓄电池发出的电能作为驱动能源，以电动机作为动力，运行过程中没有废气排放；因此和摩托车、燃油助动车相比，没有污染。（2）低噪音、
10、振动小电动自行车是由电动机驱动的，电动机在运行中产生的噪音比较小，运行比较平稳。而摩托车、燃油助动车是由燃油发动机驱动，其汽缸产生的噪音比较大，由于受到体积限制，其发电机的缸数较少，运行时不够平稳，振动较大。（3）最高时速20公里，行驶安全摩托车、燃油助动车的速度快，在机动车道上行驶，事故率较高；而电动自行车，国家强制性规定（国标GB 17761-1999）其速度不能超过20km/h，并且电动自行车一般不能在机动车道上行驶，因此相比之下安全很多。（4）效率高摩托车、燃油助动车的效率一般只有30%左右，而电动自行车的效率可以达到70%以上。（5）结构简单、轻便，易维护、维修电动自行车一般是有蓄电
11、池、控制板、电机和车身组成；蓄电池用的是免维护的，电机的故障率较低，基本上不要维护，控制板由于现代的电力电子技术比较成熟，损坏率也比较低，另外电动自行车没有机械传动结构，体积小、重量轻，因此相比摩托车、燃油助动车来说，其日常的维护、维修量少得多。正是由于以上原因，电动自行车逐渐受到人们的欢迎。1.1.2 电动自行车的发展状况为了解决燃油车对环境造成的严重污染和缓解日益突出的能源危机，许多国家都在寻找替代燃油机车的交通工具。相继开发了以天然气、甲醇为燃料的交通工具，相比之下，电动车以零污染、高效率、低噪音的特点被认为是真正的“绿色”交通工具，而电动汽车受到机电、电池的限制，批量进入市场还有一定的
12、难度，电动自行车却得到迅速的发展。1、自从1993年雅马哈公司的PAS（能量辅助系统）进入市场以来，电动自行车在日本己经成为短距离用交通工具的主流。日本本土1996年电动自行车的销售量在20万辆以上，1998年6、7两个月日本共生产电动自行车29432辆，据报道日本电动自行车的需求量在750万辆，而且每年以5%10%速度递增，其中还有一半需进口。相继之下，不少公司如本田、三菱、五十铃等50多家公司参与电动自行车、电动助力车的研究开发，共生产出48个品种规格。日本的电动自行车的驱动系统多为永磁无刷电机，工作电压为24V或36V，功率在180W250W之间；蓄电池一般以镍铬或镍氢为主，容量在5 1
13、0Ah之间，充电一次行驶里程约2540Km；车速低于24Km/h。美国的电动自行车年需求量在1500万辆左右，每年以5%10%速度递增大部分靠进口；美国克莱斯勒汽车公司的一款电动自行车年销售量在5万量以上，而尤尼克公司于1998年6月推出的一款电动自行车，年销售目标在1000万辆。美国ZAP（Zero Air Pollution）公司生产的电动自行车是采用摩擦轮驱动方式，其主要特点是安装方便，可以直接改装普通自行车，下坡或进行锻炼时，驱动电机可作为发电机向蓄电池充电，从而延长行驶里程和蓄电池的使用寿命，节约能源。欧盟许多国家对电动自行车的年需求在量1000万辆左右。德国的MSG公司、DIAMA
14、NT公司、SAGHS公司、英国的ASGHBAGH公司、奥地利的VEIECKRO公司、SCHACHANER公司生产的电动自行车己投入市场，销路很好，致使德国奔驰、法国标致等大公司也把目标投入到电动自行车这一产品上来。2、我国电动自行车在7080年代经历了几次大起大落之后，到90年代初又再度形成热点，顺应了20世纪世界环保的潮流。从1996年的“国际自行车展览会”到1997年在上虞召开的“全国电动自行车信息交流会”的短短的一年里，国开发厂家从20多家一跃发展到100多家。许多地方如、等省市都将电动自行车产业列入“九五”重点发展品种。电动自行车充分运用当今新技术、新材料，尤其采用集成电路、电子元器件
15、，提高了电动自行车控制器的质量，使其可靠性、安全性、灵活性得到了提高。中国是一个自行车王国，据报道全国自行车拥有量为4.5亿。随着我国城市化进程加快，用电动自行车替代摩托车、燃油助动车和自行车，一方面可以缓解城市气污染问题，另一方面也可以提高人们的生活节奏，因此电动自行车的社会需求市场巨大，据专家预测，本世纪初，我国电动自行车年需求量将达到100万辆以上。目前，我国市场上国产电动自行车的品种规格较多，驱动多数用有刷或无刷的轮式直流电机，工作电压为24V、36V或48V，功率在150W400W之间；蓄电池一般用的是免维护铅酸蓄电池，容量为12Ah，充电时间在38小时左右，充电一次行驶里程约50K
16、m左右；车速低于20Km/h，爬坡能力在4度上下；车型有普通型和豪华型，车重约35Kg，载重量约75Kg，百公里耗电量1Kwh左右。1.2 本课题的主要任务由于电动自行车的诸多优点，市场需求量大，因此电动自行车在未来的发展潜力比较大；但是目前市场上的电动自行车还或多或少存在一些不够完善的地方。使用有刷直流电动机容易解决电压的换向问题，但是噪音大，而且碳刷容易磨损、损坏，增大维护、维修难度、增加使用成本；使用位置传感器，容易解决直流无刷电机换向时，转子的位置检测，但是增大了电机的设计、制造、安装的难度和电机的体积，也增加成本。因此，本课题主要任务是利用现代电力电子技术来解决无位置传感器无刷直流电机换向问题，从而解决电动自行车控制、驱动中不完善的地方，同时设计出方便
