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1、潍坊科技学院学士学位论文论文题目：电动自行车调速系统的设计 完成日期： 指导教师签字： 答辩小组成员签字： 摘 要 随着科学技术的进步，人们生活水平得到普遍提高，人们对出行似乎也有了更高的要求,社会上相继出现了摩托车、小轿车等许多的燃油汽车，其排放的气体对城市空气造成严重污染。面对当今世界的发展需要和社会的舆论，一些城市通过制定相关法规来限制燃油汽车的使用，进而减轻汽车尾气对空气的污染。所以短距离绿色交通工具的研制已经逐渐成为当今世界的主流。 本文主要研究永磁无刷直流电机控制的电动自行车的调速系统，该调速系统主要从硬件的选择和设计、电路的设计和系统的程序设计等方面进行设计，该调速系统的基本原理
2、是根据选择电动机的特性实施单向式开环PWM控制，并通过转速传感器测量转速，通过显示电路的控制，用八态数码管动态显示转速，通过软硬件的配合，实现整个系统的设计要求。本次设计的核心是永磁无刷直流电机的选择。永磁无刷直流电机的优势是该电动机用电子换向取代了机械换向，消除了传统电机的机械磨损同时增大调速范围。 关键词：8051单片机；永磁无刷直流电动机；脉宽调速系统；转速传感器 I潍坊科技学院学士学位论文ABSTRACT With the progress of science and technology， peoples living standards have generally improv
3、ed，people travel seems to have higher requirements， the community have appeared in motorcycles， cars and many other fuel cars，their emissions of gases causing serious urban air pollution，in the face of todays world development needs of society and public opinion，some of the city through the developm
4、ent of relevant laws and regulations to restrict the use of fuel vehicles to reduce pollution of the airTherefore，the development of short-distance green transport has gradual become the mainstream of the world today This paper studies the electric bicycle speed control system of permanent magnet br
5、ushless DC motor control, the speed control system is mainly basic principles of design，the speed control system hardware selection and design， circuit design and system programming，etc Select the motor according to the characteristics of the implementation of one-way open-loop PWM control and a spe
6、ed sensor measuring speed by the display control circuit，with the eight-state digital dynamic display speed by hardware and software together to achieve the design requirements of the systemThe core design is the choice of permanent magnet brushless DC motorThe advantages of permanent magnet brushle
7、ss DC motor which is electronically commutated motors replace mechanical commutation， eliminates the traditional mechanical wear of the motor and a very wide speed range Keywords: 8051；permanent magnet brushless DC motor； PWM speed control systems；speed sensors目 录1. 概 述11.1电动自行车的发展现状11.2研究的目的和意义21.3
8、电动自行车对电机的基本要求21.4无刷直流电动机在电动自行车上的应用32. 硬件的选择和设计42.1 单片机的选择和设计42.2 A/D转换芯片的选择和设计62.3电动机的选择和设计62.4 稳压器的选择和设计82.5转速传感器的选择和设计102.6译码器的选择和设计113. 电路设计133.1电源电路的设计133.2显示电路的设计143.3控制电路的设计143.4驱动电路的设计144. 系统程序设计164.1主程序框图164.2 INT0中断服务程序174.3子程序设计185. 结束语216. 致谢22参考文献23附录24IV1. 概 述1.1电动自行车的发展现状 当今世界，面对全球经济的可
9、持续发展，人们迫切希望能够找到一种既能有效利用资源又不污染环境的交通工具。电动自行车是一种运用可回收能源进行提供动力，又不会排放尾气的交通工具。因为其独特的设计原理，不仅能够保证人们的出行方便，又顺应了当今世界的需求。所以电动自行车的研制越来越紧迫。电动自行车作为一种绿色环保的短距离交通工具，很快就顺应当今世界的发展潮流，它在人们的日常生活中越来越受到人们的喜爱。现代电动自行车的研制过程极其复杂，它是运用电工电子技术和机械设计等多种方法而制成的综合产品。目前电动自行车中最常用的电动机是有刷直流电动机。电动机的种类有很多，例如感应电动机和永磁无刷电动机等1。下面从国内和国外两个方面分别介绍其发展
10、现状。国内方面：电动自行车产业的出现已经有了十多年的历史，在这十多年里我国电动自行车产业也得到了迅速发展，按照南北地区的气候存在很大差异，根据差异在电动自行车行业内基本形成了以江苏无锡、浙江、天津、山东、河南、安徽等电动车制造的产业聚集地。从生产规模的大小来看，主要分为简易款和豪华款，一款是以四大直辖市之一的天津为领头羊，主要以简易款电动自行车作为它们生产制造的核心；另一款以制造豪华款为主的江苏无锡、常州则成为重要的产业制造基地。然而，在我国电动自行车快速增长的同时，也面临着制造行业出现的一系列问题，大部分企业仍然把重点放在低端产品上，同时仍停留在价格战的时代。他们这些企业为了追求自己的利益，
11、经常用一些劣质产品来服务于消费者，最终使得电动车制造技术止步不前。另外企业在电动自行车生产的过程中仍然存在很多问题，行业标准不一、电池安全性不高、城市限制政策等因素都在影响着电动自行车产业的健康发展。国外方面：海外电动自行车的发展虽然没有我国的时间长，但自从电动自行车出现之后，也在迅猛发展。国外最早出现电动车的国家要数日本，日本拥有生产电动自行车水平的最先进技术，随着电动自行车产业的不断兴起，这一产业也很快传入了德国等欧洲一些发达国家。近几年，电动自行车才传入了美国，美国的技术虽不是最好，但我们要清楚在经济上美国是霸主的地位不会轻易改变。由于能源的过度利用和清洁能源的匮乏，各个国家对新能源产业
12、的推进步伐加快，另外绿色、环保、低碳经济成为当今世界的发展方向，所以原来传统电动自行车的设计技术需要转变，要逐渐向世界主题靠拢，所以在未来的5年之内，电动自行车将成为全世界的热门产业。总体来看，世界的自行车产业形成三大格局，欧洲市场最为成熟，充当世界电动自行车产业的领头羊，日本次之，美国还有待开发。 1.2研究的目的和意义 电动自行车调速系统的设计实际上是对电动机进行选择和设计，所以电机的选择成为本次课题的关键。现在有刷直流电动机的使用非常广泛，几乎应用于机械产品的各个方面。有刷直流电机内部带有霍尔传感器，霍尔元件是通过信号的转换可以将转速信号反馈出来。而现在我的论文设计选用的是永磁无刷直流电
13、机，之所以选择永磁无刷直流电机因为它通过电子换向取代了机械换向，采用电子换向永远消除了机械磨损，更进一步能提高电动机的使用寿命。1.3电动自行车对电机的基本要求（一）基本要求 (1)电动自行车所使用的电动机应具有比较大的瞬时功率大，能够承载较大载荷，能够方便快捷进行加速和减速，同时还要有较长的使用寿命。 (2)电动自行车所用电动机应具有宽广的调速范围，必须满足两个基本要求：在恒转矩区，因为起步和爬坡时需要较大动力才能实现，所以要求在低速行驶时具有较大转矩；在恒功率区，当电动自行车在平坦道路上行驶时，虽然只要较低转速就可完成但又必须保证具有高的转速。(3)电动自行车所用电动机应能够在车遇到紧急情况下，可以通过无刷直流电机实现再生制动，这种再生制动功能进一步减少了交通事故的发生，另外将回收多余的电能反馈给蓄电池，使得能量能够得到充分利用。（二）基本性能 永磁无刷直流电动机是一种高性能且运用很广的电动机，它的转子采用永磁体材料制成，永磁材料的特性使得该电动机没有励磁损耗；发热的电枢绕组又装在外面的定子上，电枢发热时热量也容易散去。此外，它的转速可以根据我们选择的电机轴承进行调节，如果采用磁悬浮轴
