《毕业设计-基于PIC16C74单片机的电动自行车无位置传感器直流无刷永磁电动机设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计-基于PIC16C74单片机的电动自行车无位置传感器直流无刷永磁电动机设计（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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开展，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。开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，是一种比拟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，而且防止了有位置传感器直流无刷电机因位置传感器带来的缺乏；同时，它降低了制造和
2、使用过程中的本钱，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及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AbstractIn the recent years，the motorbike has rapidly developed with the improving of living Chinese People. Because of air pollution of internal combustion engine the local governments of different cities in Chin
3、a 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 issue. This paper deals with an electric motor driven bike (EB) and its cont
4、rol stratagem. Without fail，EB 15 very helpful to environment protection. Nevertheless EB has its disadvantages，especially the too weak continuous run distance. Except the battery problem，the efficiency of the whole system 15 also one of the most important problems to be solved. A permanent brush-le
5、ss and sensor-less DC motor and its control set are specially designed for this developed EB. A study on control stratagem and electronic resorts are given in this paper. A microchip PIC16C74 used as CPU and corresponding software developed by author 15 introduced in this control system. The experim
6、ents of the prototype show that the performance，including system efficiency，noise，spark，maintenance-free and its cost are obviously improved. It may be expected，that this EB driving system has really huge market potential.Key Words: Motor Bike；Position Sensor；BLDC Motor；Microcomputer controlled目录摘要I
7、AbstractII第1章 概述- 1 -1.1 电动自行车的意义及开展状况- 1 -1.1.1 电动自行车的意义- 1 -1.1.2 电动自行车的开展状况- 2 -1.2 本课题的主要任务- 2 -第2章 电动自行车的研究- 3 -2.1 直流无刷电机原理简介- 3 -2.1.1 直流无刷电机的开展- 3 -2.1.2 直流无刷电机的运行原理- 3 -2.2 电动自行车的驱动电机原理- 5 -2.3 电动自行车的转矩- 7 -第3章 直流无刷无位置传感器电动自行车的控制设计- 9 -3.1 电动自行车的启动方法- 9 -3.2 电动自行车的运行参数显示功能设计- 11 -3.2.1 速度显示
8、- 11 -3.2.2 蓄电池的容量显示- 12 -第4章 驱动控制的硬件设计- 14 -4.1 PIC单片机简介- 14 -4.2 驱动电路- 15 -4.3 调速和过流保护- 17 -4.3.1 电动自行车的调速- 17 -4.3.2 过流保护- 18 -4.4 液晶显示电路- 20 -第5章 系统软件构成- 21 -5.1 系统主程序结构- 21 -5.2 中断程序- 22 -5.2.1 反电势过零中断- 22 -5.2.2 定时中断- 23 -5.2.3 A/D中断- 25 -参考文献- 27 -总 结- 28 -致 谢- 30 -附录1：- 31 -附录2：- 42 -附录3：- 4
9、3 -第1章 概述1.1 电动自行车的意义及开展状况 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。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，开展中国家的空气还在进一步恶化，我国作为世界上最大的开展中国家，环境问题已经引起党和国家以及人民群众重视。电动自行车与摩托车、燃油助动车相比拟，它具有突出的优点1： 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
10、放；因此和摩托车、燃油助动车相比，没有污染。2低噪音、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拟小，运行比拟平稳。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拟大，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，行驶平安摩托车、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，因此相比之下平安很多。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到达70%以上。5结构简单、轻便，易维护、维修电动自行车一般
11、是有蓄电池、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，根本上不要维护，控制板由于现代的电力电子技术比拟成熟，损坏率也比拟低，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送。 电动自行车的开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难度
12、，电动自行车却得到迅速的开展。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50Km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，一百公里耗电量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开展潜力比拟大；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
13、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、增加使用本钱；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，也增加本钱。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，同时设计出方便用户使用的电动自行车运行参数显示。本论文主要内容包括：l、根据直流无刷电机的原理，利用美国Microchip公司生产的芯片PIC16C74A作为主控芯片，检测直流无刷电机运转时产生的反电势来确定转子的位置，从而确定换向点和换向时刻。2、利用液晶技术，设计出
14、电动自行车的运行过程中的参数显示系统。3、计算、分析结果得出结论。 第2章 电动自行车的研究2.1 直流无刷电机原理简介 直流无刷电机的开展直流无刷电机是在直流有刷电机的根底上开展起来的。由于直流有刷电机的换向器和电刷在电机高速运行时容易产生火花，引起火灾、爆炸等事故，因此许多环境限制了直流有刷电机的应用。随着科学技术的开展，开关型晶体管的研制成功，为直流电机的开展带来生机。经过不断的研究和实践，人们终于找到了用位置传感器和电子换向线路来替代直流有刷电机的机械换向装置。随着人们的不断努力，又发现了不用位置传感器，而依靠电机绕组在运转时产生的反电势来获得位置信号实现换向的直流无刷电机。通常把这种
15、利用检测绕组反电势获得位置信号的直流无刷电机称为反电势法无刷直流电机或直流无刷无位置传感器电机。由于直流无刷电机具有没有换向火花，抗干扰性强，运行可靠，维护简便，使用寿命长等优点，使其得以广泛应用于家庭、办公、工业、军事、航空航天等领域。 直流无刷电机的运行原理一般的永磁式直流电动机的定子由永久磁钢组成，其主要作用是在电动机 气隙中建立磁场，其电枢绕组通电后产生电枢反响磁场，由电力电子逆变器供应电枢绕组的电流并不是正弦波，而是120的方波，因而三相合成磁动势不是恒速旋转的，而是跳跃式的步进磁动势，它和恒速旋转的转子磁动势产生献转矩除了平均转矩之外，还有脉动分量。由于电力电子逆变器的换向作用，使得这两个磁场的方向在电动机运动的过程中始终保持一定的角度，从而产生最大平均转矩而驱动电动机不停地运转，与直流有刷电动机不同，直流无刷电动机的电枢转一圈，定子绕组只换相6次，每个极下换相三次，相当于只有三个换向片的直流电动机。
