007JX電動(dòng)自行車(chē)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì),jx,電動(dòng)自行車(chē),調(diào)速,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 外文資料翻譯 金屬熱處理 金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時(shí)間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。 金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。 為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過(guò)熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過(guò)熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。 在從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過(guò)程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。早在公元前770～前222年，中國(guó)人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會(huì)因溫度和加壓變形的影響而 變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。 公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國(guó)河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說(shuō)明是經(jīng)過(guò)淬火的。 隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對(duì)淬火質(zhì)量的影響。三國(guó)蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說(shuō)明中國(guó)在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時(shí)也注意了油和尿的冷卻能力。中國(guó)出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上，說(shuō)明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。 1863年，英國(guó)金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時(shí)，內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國(guó)人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國(guó)人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時(shí)，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過(guò)程中對(duì)金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過(guò)程中金屬的氧化和脫碳等。 1850～1880年，對(duì)于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列專(zhuān)利。1889～1890年英國(guó)人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專(zhuān)利。 二十世紀(jì)以來(lái)，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個(gè)顯著的進(jìn)展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳 ；30年代出現(xiàn)露點(diǎn)電位差計(jì),使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢(shì)達(dá)到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進(jìn)一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢(shì)的方法；60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場(chǎng)的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝 ；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。 金屬熱處理的工藝: 熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程。這些過(guò)程互相銜接，不可間斷。 加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制，且無(wú)環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱。 金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。 加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度 ，是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致， 使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱(chēng)為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒(méi)有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)。 冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。 金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類(lèi)。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類(lèi)又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類(lèi)繁多。 整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。 退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。 淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其他無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱(chēng)為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。 “四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝 。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來(lái)的工藝，稱(chēng)為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過(guò)飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)時(shí)間，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱(chēng)為時(shí)效處理。 把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行，使工件獲得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱(chēng)為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱(chēng)為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。 表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過(guò)多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。 化學(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其他合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其他熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。 熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過(guò)程中的重要工序之一。大體來(lái)說(shuō)，它可以保證和提高工件的各種性能 ，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進(jìn)行各種冷、熱加工。 例如白口鑄鐵經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性 ；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價(jià)廉的碳鋼通過(guò)滲入某些合金元素就具有某些價(jià)昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼 ；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過(guò)熱處理方可使用。 4 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 200 8年2月19日 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 電動(dòng)自行車(chē)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 俞云強(qiáng) 職稱(chēng) 講師 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 機(jī)電一體化技術(shù) 班級(jí) 機(jī)電50532 學(xué)生姓名 徐帥 學(xué)號(hào) 5020053233 設(shè)計(jì)要求 1.完成資料翻譯一份（3000字以上） 2.完成畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研報(bào)告一份； 3.完成電動(dòng)自行車(chē)調(diào)速系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)； 4.完成相關(guān)程序設(shè)計(jì)； 5.完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份； 6.完成相關(guān)圖紙。 完成畢業(yè)課題的計(jì)劃安排 序號(hào) 內(nèi)容 時(shí)間安排 1 外文資料翻譯 2008.2.19至 2008.2.29 2 搜集相關(guān)資料并調(diào)研，完成調(diào)研報(bào)告 2008.2.29至 2008.3.6 3 進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)及相關(guān)部件的設(shè)計(jì)，并完成相關(guān)程序的編寫(xiě)，編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，繪制相關(guān)圖紙。 2008.3.7至 2008.4.1 4 整理畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)并定稿，準(zhǔn)備答辯 2008.4.2至 2008.4.10 5 答辯 2008.4.11 答辯提交資料 外文資料翻譯，畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研報(bào)告， 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，相關(guān)圖紙。 計(jì)劃答辯時(shí)間 2008.4.11 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院 2008 年 2 月 19 日 分類(lèi)號(hào) 密級(jí) 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目： 電動(dòng)自行車(chē)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 英文并列題目： Electric Bicycle Speed Control System Design 學(xué)生姓名: 徐帥 專(zhuān) 業(yè): 機(jī)電一體化技術(shù) 指導(dǎo)教師: 俞云強(qiáng) 職 稱(chēng): 講 師 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)提交日期 2008.4.11 地址：無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 摘 要 單片機(jī)控制的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用于電動(dòng)自行車(chē)等小功率的工作情況。并能將多余的電能回潰。該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。 本文從系統(tǒng)要求分析入手，將整個(gè)系統(tǒng)分成四個(gè)部分，分析和討論了各個(gè)部分的電路原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)方法。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號(hào)的傳遞情況，并得到了系統(tǒng)各個(gè)部分在不同工況的工作狀態(tài)。系統(tǒng)各部分的控制電路基于Intel公司的控制芯片8051單片機(jī)。根據(jù)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)施脈寬PWM控制，并通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速通過(guò)八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速，通過(guò)軟硬件的配合，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本文主要是讓更多的人正確的認(rèn)識(shí)電動(dòng)自行車(chē)和對(duì)電動(dòng)自行車(chē)的主要器件的保養(yǎng)，便與延長(zhǎng)電動(dòng)自行車(chē)的壽命。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、脈寬調(diào)速系統(tǒng)PWM、永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、轉(zhuǎn)速傳感器，蓄電池 Abstract SCM control of permanent magnet brushless DC motor speed control system applicable to electric bicycles, and other low-power work. Redundant power and can return to collapse. The system has good speed performance, high power factor, energy saving, small size, light weight, and other advantages. This paper analyzes the requirements from the system, the whole system will be divided into four parts, analysis and discussion of the various parts of the circuit of the control strategy, implementation method. Discussed in detail the status of the various systems and signal transduction, and have the system in different parts of the state the status of the work. Part of the system control circuit based on Intel's 8051 chip microcontroller. According to the permanent magnet brushless DC motor control of the PWM pulse width, speed sensor and passed through eighth speed digital dynamic display of speed, through hardware and software support, for the entire system design requirements. This paper is designed to allow more people to the correct understanding of electric bicycles, and electric bicycles on the main device maintenance, and would extend the life of electric bicycles. ???Key words: SCM, PWM pulse speed control system, permanent magnet brushless DC motor, the eighth of digital dynamic display, speed sensor, battery 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第一章 引言 電動(dòng)車(chē)的發(fā)展史比燃油汽車(chē)更長(zhǎng)，世界上第一輛機(jī)動(dòng)車(chē)就是電動(dòng)車(chē)。后來(lái)，由于燃油汽車(chē)技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動(dòng)車(chē)在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長(zhǎng)期未能取得突破，從20世紀(jì)20年代初至60年代末，電動(dòng)車(chē)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期。進(jìn)入70年代以來(lái)，由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類(lèi)對(duì)自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動(dòng)車(chē)才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。 近幾十年來(lái)，主要工業(yè)化國(guó)家為電動(dòng)車(chē)的開(kāi)發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力，電動(dòng)車(chē)的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。盡管電動(dòng)車(chē)在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性的進(jìn)展，但是電動(dòng)車(chē)的美好前景仍然激勵(lì)著人們鍥而不舍地開(kāi)發(fā)新型電動(dòng)車(chē)，改善其性能 處于世紀(jì)之交的今天，能源和環(huán)境對(duì)人類(lèi)的壓力越來(lái)越大，要求盡快改善人類(lèi)生存環(huán)境的呼聲越來(lái)越高。為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，世界各國(guó)的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對(duì)電動(dòng)車(chē)開(kāi)發(fā)的投資力度，加快電動(dòng)車(chē)的商品化步伐。雖然目前電動(dòng)車(chē)在能源和行駛里程方面還未能盡如人意，但已足以滿(mǎn)足人們的基本需要。從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，在走過(guò)了漫長(zhǎng)而艱難的發(fā)展歷程之后，電動(dòng)車(chē)正面臨著重大的技術(shù)突破，有望成為21世紀(jì)的重要交通工具。? ? ? 　現(xiàn)代電動(dòng)車(chē)是融合了電力、電子、機(jī)械控制、材料科學(xué)以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品。整體的運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由4個(gè)主要部分組成，即控制器、功率變換器、電動(dòng)機(jī)及傳感器。目前電動(dòng)車(chē)中使用的電動(dòng)機(jī)一般有直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以及永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)等。 第二章 系統(tǒng)要求 2.?1 ?電動(dòng)車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求 電動(dòng)車(chē)的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。? 2.1.1? 電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大，過(guò)載能力強(qiáng)、過(guò)載系數(shù)應(yīng)為(3～4)，加速性能好，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。? 2.1.2　電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿(mǎn)足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿(mǎn)足車(chē)在平坦的路面能夠高速行駛的要求。 2.1.3　電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在車(chē)減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電汽車(chē)具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)的摩托車(chē)上是不能實(shí)現(xiàn)的。? ? 2.1.4　電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。? ? 另外還要求電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等。? ? 2.2 鑒于電動(dòng)車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)?。 ? 2.2.1永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能?。 　 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線(xiàn)電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)車(chē)中有著很好的應(yīng)用前景。? 2.2.2?永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)?。 典型的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種準(zhǔn)解耦矢量控制系統(tǒng)，由于永磁體只能產(chǎn)生固定幅值磁場(chǎng)，因而永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)非常適合于運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，一般采用電流滯環(huán)控制或電流反饋型SPWM法來(lái)完成。為進(jìn)一步擴(kuò)充轉(zhuǎn)速，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)也可以采用弱磁控制。弱磁控制的實(shí)質(zhì)是使相電流相位角超前，提供直軸去磁磁勢(shì)來(lái)削弱定子繞組中的磁鏈。? ? 2.2.3永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的不足?。? 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過(guò)載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過(guò)載。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高。 第三章 總體規(guī)劃 對(duì)于電動(dòng)自行車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有三個(gè)方面：一、控制電路的設(shè)計(jì)；二、傳感器選擇以及安放設(shè)計(jì)；三、顯示電路的設(shè)計(jì)；四、程序設(shè)計(jì)。從總的方面來(lái)考慮，傳感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機(jī)的信號(hào)處理量，但是又必須能使車(chē)行駛自如?？刂齐娐芬鶕?jù)選用的電機(jī)和傳感器來(lái)設(shè)計(jì)，主要考慮穩(wěn)定性，抗干擾性?？刂坪诵牟捎?1單片機(jī)，控制系統(tǒng)與電路用光耦完全隔離以避免干擾?？刂粕喜捎梅謺r(shí)復(fù)用技術(shù)，僅用一塊單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集，電機(jī)控制和轉(zhuǎn)速顯示。如圖3-1所示 直流電動(dòng)機(jī) 單片機(jī) 顯示部分 轉(zhuǎn)速傳感器 控制電路 驅(qū)動(dòng) 圖 3-1 電動(dòng)自行車(chē)的基本原理是：由蓄電池提供電能，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)自行車(chē)。 第四章 電路設(shè)計(jì) 控制電路主要有電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)接口電路、顯示電路四個(gè)部分?？紤]到電機(jī)的起動(dòng)電流和制動(dòng)時(shí)比較大，會(huì)造成電源電壓不穩(wěn)定容易對(duì)單片機(jī)和傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)以及傳感器電路用光耦隔離。傳感器的電源直接使用24V蓄電池，單片機(jī)的電源則通過(guò)三端穩(wěn)壓器78L05將24V電源轉(zhuǎn)換到5V。 4．1 電源電路 24V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)牙器74L05輸出即為單片機(jī)所要求的+5V電源。電路中接入電容C1、C2是用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。大容量的C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器C3一個(gè)放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。 圖4-1-1 4．2 顯示電路 顯示部分采用單片機(jī)串口通訊，以節(jié)省單片機(jī)的端口，單片機(jī)通過(guò)中斷的方式為顯示服務(wù)。直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為190轉(zhuǎn)每分大約需要三位數(shù)碼顯示。驅(qū)動(dòng)器采用74LS164串接510歐的限流電阻?！兑?jiàn)圖4-2-1》 4．3 控制電路 打開(kāi)系統(tǒng)電源后由電位器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，IN0-IN6線(xiàn)上那一路模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由ADDA-ADDC線(xiàn)上的地址決定。ADDC0809內(nèi)部“地址鎖存與譯碼”電路便能把IN0線(xiàn)上模擬電壓送入8位A/D轉(zhuǎn)換器此時(shí)，若單片機(jī)使STAR線(xiàn)處于高電平，則ADC0809便開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換，一旦A/D轉(zhuǎn)換完成，ADC0809一方面把A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入它的三態(tài)輸出緩沖器另一方面又使EOC線(xiàn)變?yōu)楦唠娖较騿纹瑱C(jī)提出中斷請(qǐng)求。單片機(jī)檢測(cè)和響應(yīng)該中斷請(qǐng)求后就通過(guò)使rd非變?yōu)榈碗娖蕉筄E線(xiàn)變高，以便可以從2-1-2-8引線(xiàn)上取走A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。單片機(jī)根據(jù) A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出相應(yīng)的巨型脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)經(jīng)74LS245放大后經(jīng)光電藕荷控制繼電器?！兑?jiàn)附圖4-3-1》。 4．4驅(qū)動(dòng)電路及原理 下面主要對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行一下介紹： 電動(dòng)自行車(chē)使用24V直流電機(jī)， 對(duì)于這種小功率直流電機(jī)的調(diào)速方法一般有兩種。 一種線(xiàn)性型：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線(xiàn)性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運(yùn)行時(shí)，通過(guò)電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。 另一種脈寬調(diào)制型：脈寬調(diào)速（PULSE WIDE MODULATION——PWM）較常用的一種調(diào)速方式，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性?xún)?yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用PWM方式控制直流電機(jī)。永磁式直流電機(jī)脈寬調(diào)速原理 永磁式直流電動(dòng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓UD決定，電樞電UD越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓UD降為0V，電機(jī)就停轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的具體調(diào)速過(guò)程是：先讓它啟動(dòng)一段時(shí)間，然后切斷電源，電動(dòng)機(jī)因慣性而降速轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時(shí)使電動(dòng)機(jī)再次接通電動(dòng)機(jī)因此而再次加速。不斷的給電樞兩端送入脈動(dòng)電壓源（即脈動(dòng)信號(hào)） 就可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。如圖4-4-1所示： 脈沖信號(hào)： t T 轉(zhuǎn)速： VMAX VD VMIN 圖 4-4-1 VMAX為電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值。VMIN為電動(dòng)機(jī)的最小轉(zhuǎn)速值。VD為二者的平均值。VD=D * VMAX 式中D=t/T稱(chēng)為占空比 D越大VD就越大反之亦然。平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比D之間的關(guān)系如4-4-2圖： VD（平均速度） 0 0.5 1 D（占空比） 圖 4-4-2 由圖可知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線(xiàn)性關(guān)系，但可以近似的看成是線(xiàn)性關(guān)系。因此電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速VD就可以有占空比D加以控制。 PWM調(diào)速分為雙向式和單向式兩種 雙向式：在一個(gè)脈沖周期內(nèi)(T=Ta＋Tb)，T1和T3導(dǎo)通的時(shí)間為T(mén)a，T2和T4導(dǎo)通的時(shí)間為T(mén)b，這樣在Ta這段時(shí)間內(nèi)，電機(jī)通過(guò)的是正向電流，在Tb這段時(shí)間內(nèi)為反相電流。當(dāng)Ta=Tb時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)，Ta>Tb時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)， Ta Tb則電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。通過(guò)改變Ta 、Tb的占空比即可改變轉(zhuǎn)速。 4.5總電路圖 《見(jiàn)附圖4-5-1》 第五章 主要器件性能及原理 電動(dòng)車(chē)的性能指標(biāo)一般包括：驅(qū)動(dòng)性能、駕駛性能、車(chē)載能源系統(tǒng)性能三部份，其中驅(qū)動(dòng)性能取決于電機(jī)功率因素，車(chē)載能源系統(tǒng)性能取決于電池的容量，駕駛性能指標(biāo)主要包括：加速性能、最大爬坡性能、剎車(chē)性能及駕駛里程性能等駕駛模式，駕駛性能指標(biāo)的優(yōu)劣取決于控制系統(tǒng)駕駛模式的技術(shù) 5．1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) ?8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。?8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)等三大總線(xiàn)，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明： 5.1.1中央處理器 中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 5.1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM) 8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪(fǎng)問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。 5.1.3 程序存儲(chǔ)器(ROM) 8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 5.1.4 ?定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM) 8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 5.1.5并行輸入輸出(I/O)口 8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。 5.1.6?全雙工串行口 ? 8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 ?5.1.7中斷系統(tǒng) ?8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 ?5.1.8時(shí)鐘電路 ? 8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 ????下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 5.1.9MCS-51的引腳說(shuō)明 MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線(xiàn)兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線(xiàn)兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線(xiàn)與P3口線(xiàn)復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明： ·Pin20:接地腳。 ·Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫(xiě)程序時(shí)，接+5V電源。 ·Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。MCS-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線(xiàn)兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線(xiàn)兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線(xiàn) 與P3口線(xiàn)復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明： ·Pin20:接地腳。 ?·Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM燒寫(xiě)程序時(shí)，接+5V電源。 ?·Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。 ??·Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。 ???? 8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。 ·輸入輸出(I/O)引腳： ???? Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，Pin1-Pin1為P1.0-P1.7輸入輸出腳，Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，這些輸入輸出腳的功能說(shuō)明將在以下內(nèi)容闡述。 ·Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫(xiě)入07H，其它專(zhuān)用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下表： 特殊功能寄存器 初始態(tài) 特殊功能寄存器 初始態(tài) ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H 8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)下圖。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 5. 2 A/D轉(zhuǎn)換芯片 　ADC0809芯片是最常用的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 它的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理采用逐次逼進(jìn)型，芯片由單個(gè)＋5V電源供電，可以分時(shí)對(duì)8路輸入模擬量進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，典型的A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100微妙左右。在同類(lèi)型產(chǎn)品中，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率、轉(zhuǎn)換速度和價(jià)位都屬于居中位置。 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，如圖5-2-1所示。 圖 5-2-1 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) 引腳功能說(shuō)明： ·D7～D0：8位數(shù)字量輸出，A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果。 ·IN0～I(xiàn)N7：8路模擬電量輸入，可以是：0～5V或者－5V～＋5V或者－10V～+10V。 ·+VREF：正極性參考電源。 ·－VREF：負(fù)極性參考電源。 ·START：?jiǎn)?dòng)A／D轉(zhuǎn)換控制輸入，高電平有效。 ·CLK：外部輸入的工作時(shí)鐘，典型頻率為500KHz。 ·ALE：地址鎖存控制輸入，高電平開(kāi)啟接收3位地址碼，低電平鎖存地址。 ·CBA：3位地址輸入，其8個(gè)地址值分別選中8路輸入模擬量IN0～I(xiàn)N7之一進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。C是高位地址，A是最低位地址。 ·OE：數(shù)字量輸出使能控制，輸入高有效，輸出A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果D7～D0。 ·EOC：模數(shù)轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換未完成時(shí)，EOC輸出低電平；當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換完成時(shí)，EOC輸出高電平。EOC輸出信號(hào)可以作為中斷請(qǐng)求或者查詢(xún)控制。 ·Vcc：芯片工作電源＋5V。 ·GND：芯片接地端。 5．3 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 5.3.1 稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理??? 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱(chēng)星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的原理簡(jiǎn)圖如圖5-3-1所示 圖 5-3-1 ： 主電路是一個(gè)典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5-26KHZ調(diào)制波的對(duì)稱(chēng)交變矩形波。 永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差120°的U、V、W方波，結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號(hào)產(chǎn)生有效的六狀態(tài)編碼信號(hào)：101、100、110、010、011、001，通過(guò)邏輯組件處理產(chǎn)生T1-T4導(dǎo)通、T1-T6導(dǎo)通、T3-T6導(dǎo)通、T3-T2導(dǎo)通、T5-T2導(dǎo)通、T5-T4導(dǎo)通，也就是說(shuō)將直流母線(xiàn)電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)N-S極，T1-T6功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸線(xiàn)在空間轉(zhuǎn)動(dòng)60°電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)于60°電角度空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸再前進(jìn)60°電角度，如此循環(huán)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。正因?yàn)闊o(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強(qiáng)制換向的，所以也稱(chēng)作自控式同步電動(dòng)機(jī)。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場(chǎng)軸線(xiàn)位置超前轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線(xiàn)位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間就會(huì)產(chǎn)生足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動(dòng)繞組。 由于定子磁場(chǎng)軸線(xiàn)可視作同轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，這正是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電流-轉(zhuǎn)矩特性。 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均電流： Tm=KtIav （N·m） 電動(dòng)機(jī)兩相繞組反電勢(shì)的差正比于電動(dòng)機(jī)的角速度： ELL=Keω （V） 所以電動(dòng)機(jī)繞組中的平均電流為： Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A） 其中，Vm=δ·VDC是加在電動(dòng)機(jī)線(xiàn)間電壓平均值，VDC是直流母線(xiàn)電壓，δ是調(diào)制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩： Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra） Kt、Ke是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，ω為電動(dòng)機(jī)的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時(shí)，改變占空比δ，就可以線(xiàn)性地改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓控制相同的控制特性和機(jī)械特性。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為+5V對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速：Vc（max）ón max，那么，+5V以下任何電平即對(duì)應(yīng)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就實(shí)現(xiàn)了變速設(shè)定。 當(dāng)Vc設(shè)定以后，無(wú)論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋電壓Vfb變小，調(diào)制波的占空比δ就會(huì)變大，電樞電流變大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時(shí)，δ減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止?？梢哉f(shuō)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在允許的電壓波動(dòng)范圍內(nèi)，在允許的過(guò)載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在1%左右，并可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。 由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來(lái)源于永磁體，所以不象異步機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵(lì)磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無(wú)交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無(wú)銅耗又無(wú)鐵耗，所以效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高10%左右，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)高12%-20%。電動(dòng)機(jī)采用無(wú)錫市日馳電機(jī)有限公司生產(chǎn)的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 型號(hào) 額定電壓（V） 額定轉(zhuǎn)速（r/min) 額定功率（W） 效率（%） SWX006 24 190 140 >74 5．4 三端式穩(wěn)壓器78L05三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理 圖 5-4-1 電路如圖5-4-1所示，三端式穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。下面對(duì)各部分電路作簡(jiǎn)單介紹。 5.4.1啟動(dòng)電路 在集成穩(wěn)壓器中，常常采用許多恒流源，當(dāng)輸入電壓V1接通后，這些恒流源難以自行導(dǎo)通，以致輸出電壓較難建立。因此，必須用啟動(dòng)電路給恒流源的BJT T4、T5提供基極電流。啟動(dòng)電路由T1、T2、DZ1組成。當(dāng)輸入電壓V1高于穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)定電壓時(shí)，有電流通過(guò)T1、T2，使T3基極電位上升而導(dǎo)通，同時(shí)恒流源T4、T5也工作。T4的集電極電流通過(guò)DZ2以建立起正常工作電壓，當(dāng)DZ2達(dá)到和DZ1相等的穩(wěn)壓值，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)，電路啟動(dòng)完畢。與此同時(shí)，T2因發(fā)射結(jié)電壓為零而截止，切斷了啟動(dòng)電路與放大電路的聯(lián)系，從而保證T2左邊出現(xiàn)的紋波與噪聲不致影響基準(zhǔn)電壓源。 5.4.2基準(zhǔn)電壓電路 基準(zhǔn)電壓電路由T4、DZ2、T3、R1、R3及D1、D2組成，電路中的基準(zhǔn)電壓為 ? 式中VZ2為DZ2的穩(wěn)定電壓，VBE為T(mén)3、D1、D2發(fā)射結(jié)（D1、D2為由發(fā)射結(jié)構(gòu)成的二極管）的正向電壓值。在電路設(shè)計(jì)和工藝上使具有正溫度系數(shù)的R1、R2、DZ2與具有負(fù)溫度系數(shù)的T3、D1、D2發(fā)射結(jié)互相補(bǔ)償，可使基準(zhǔn)電壓VREF基本上不隨溫度變化。同時(shí)，對(duì)穩(wěn)壓管DZ2采用恒流源供電，從而保證基準(zhǔn)電壓不受輸入電壓波動(dòng)的影響。 5.4.3取樣比較放大電路和調(diào)整電路。 這部分電路由T4～T11組成，其中T10、T11組成復(fù)合調(diào)整管；R12、R13組成取樣電路；T7、T8和T6組成帶恒流源的差分式放大電路；T4、T5組成的電流源作為它的有源負(fù)載。T9、R9的作用說(shuō)明如下：如果沒(méi)有T9、R9，恒流源管T5的電流IC5=IC8+IB10，當(dāng)調(diào)整管滿(mǎn)載時(shí)IB10最大，而IC8最??；而當(dāng)負(fù)載開(kāi)路時(shí)IO=0，IB10也趨于零，這時(shí)IC5幾乎全部流入T8，使得IC8的變化范圍大，這對(duì)比較放大電路來(lái)說(shuō)是不允許的，為此接入由T9、R9級(jí)成的緩沖電路。當(dāng)IO減小時(shí)，IB10減小，IC8增大，待IC8增大到 >0.6V時(shí)，則T9導(dǎo)通起分流作用。這樣就減輕了T8的過(guò)多負(fù)擔(dān)使IC8的變化范圍縮小。 5.4.4減流式保護(hù)電路 減流式保護(hù)電路由T12、R11、R15、R14和DZ3、DZ4組成，R11為檢流電阻。保護(hù)的目的主要是使調(diào)整管（主要是T11）能在安全區(qū)以?xún)?nèi)工作，特別要注意使它的功耗不超過(guò)額定值PCM。首先考慮一種簡(jiǎn)單的情況。假設(shè)圖1中的DZ3、DZ4和R14不存在，R15兩端短路。這時(shí)，如果穩(wěn)壓電路工作正常，即PC0.6V時(shí)，使T12管導(dǎo)通。由于它的分流作用，減小了T10的基極電流，從而限制了輸出電流。這種簡(jiǎn)單限流保護(hù)電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以?xún)?nèi)。由于調(diào)整管的耗散功率PCM=ICVCE，只有既考慮通過(guò)它的電流和它的管壓降VCE值，又使PC（VZ3+ VZ4），則DZ3、DZ4擊穿，導(dǎo)致T12管發(fā)射結(jié)承受正向電壓而導(dǎo)通。VBE12的值為 經(jīng)整理后得 顯然，（VI –VO）越大，即調(diào)整管的VCE值越大，則IO越小，從而使調(diào)整管的功耗限制在允許范圍內(nèi)。由于IO的減小，故上述保護(hù)稱(chēng)為減流式保護(hù)。 5.4.5過(guò)熱保護(hù)電路 過(guò)熱保護(hù)電路電路由DZ2、T3、T14和T13組成。在常溫時(shí)，R3上的壓降僅為0.4V左右，T14、T13是截止的，對(duì)電路工作沒(méi)有影響。當(dāng)某種原因（過(guò)載或環(huán)境溫升）使芯片溫度上升到某一極限值時(shí)，R3上的壓降隨DZ2的工作電壓升高而升高，而T14的發(fā)射結(jié)電壓VBE14下降，導(dǎo)致T14導(dǎo)通，T13也隨之導(dǎo)通。調(diào)整管T10的基極電流IB10被T13分流，輸出電流IO下降，從而達(dá)到過(guò)熱保護(hù)的目的。 電路中R10的作用是給T10管的ICEO10和T11管的ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩(wěn)定性。 值得指出的是：當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，上述幾種保護(hù)電路是互相關(guān)聯(lián)的。 圖 5-4-2三端穩(wěn)壓器的典型接法 圖5-4-2是應(yīng)用78L05輸出固定電壓VO的典型電路圖。正常工作時(shí)，輸入、輸出電壓差應(yīng)大于2～3V。電路中接入電容C1、C2是用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器C3一個(gè)放電通路，防止C3兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。 三端穩(wěn)壓器的參數(shù) 參 數(shù) 單位 7805 輸出電壓范圍 V 4.8~5.2 最大輸入電壓 V 35 最大輸出電流 A 1.5 △V0(I0變化引起) mV 100(I0=5mA~1.5A) △V0(Vi變化引起) mV 50(Vi=7~25V) △V0(溫度變化引起) mV/℃ ±0.6(I0=500mA) 器件壓降(Vi-V0) V 2~2.5(I0=lA) 偏置電流 mA 6 輸出電阻 mΩ 17 輸出噪聲電壓(10~100kHz) μV 40 5．5 集成轉(zhuǎn)速傳感器KMI15-1 集成轉(zhuǎn)速傳感器具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)的分立式轉(zhuǎn)速傳感器的升級(jí)換代產(chǎn)品。下面是KMI15系列磁阻式集成轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理與典型應(yīng)用。 轉(zhuǎn)速屬于常規(guī)電測(cè)參數(shù)。測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)經(jīng)常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進(jìn)行非接觸性測(cè)量，傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線(xiàn)圈等分立元件構(gòu)成的，亦可用耳塞機(jī)改裝而成。但這種傳感器存在一些缺點(diǎn)：第一，靈敏度低，傳感器與轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的最大間隙（亦稱(chēng)磁感應(yīng)距離）只有零點(diǎn)幾毫米；第二，在測(cè)量高速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時(shí)，因安裝不牢固或受機(jī)械振動(dòng)，容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差；第三，這種傳感器所產(chǎn)生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號(hào)，因此，需要經(jīng)過(guò)放大、整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號(hào)，才能送給數(shù)字轉(zhuǎn)速儀或數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)速，而且外圍電路比較復(fù)雜；第四，它無(wú)法測(cè)量非常低（接近于零）的轉(zhuǎn)速，因?yàn)檫@時(shí)磁阻式傳感器可能檢測(cè)不到轉(zhuǎn)速信號(hào)。 目前，轉(zhuǎn)速傳感器正朝著高靈敏度、高可靠性和全集成化的方向發(fā)展5.5.1?。耍停桑保担毙蛡鞲衅鞯男阅芴攸c(diǎn) ＫＭＩ１５－１芯片內(nèi)含高性能磁鋼、磁敏電阻傳感器和ＩＣ。它利用ＩＣ來(lái)完成信號(hào)變換功能，其輸出的電流信號(hào)頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比，電流信號(hào)的變化幅度為７ｍＡ～１４ｍＡ。由于其外圍電路比較簡(jiǎn)單，因而很容易配二次儀表測(cè)量轉(zhuǎn)速。 ＫＭＩ１５－１器件的測(cè)量范圍寬，靈敏度高，它的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍是０～２５ｋＨｚ，而且即使在轉(zhuǎn)動(dòng)頻率接近于零時(shí)，它也能夠進(jìn)行測(cè)量。傳感器與齒輪的最大磁感應(yīng)距離為２．９ｍｍ（典型值），由于與齒輪相距較遠(yuǎn)，因此使用比較安全。 該傳感器抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)具有方向性，它對(duì)軸向振動(dòng)不敏感。另外，芯片內(nèi)部還有電磁干擾（ＥＭＩ）濾波器、電壓控制器以及恒流源，從而保證了其工作特性不受外界因素的影響。 ＫＭＩ１５－１的體積較小，其最大外形尺寸為８×６×２１ｍｍ，能可靠固定在齒輪附近。 ＫＭＩ１５采用＋１２Ｖ電源供電（典型值），最高不超過(guò)１６Ｖ。工作溫度范圍寬達(dá)－４０～＋８５℃。 工作原理 ＫＭＩ１５－１型集成轉(zhuǎn)速傳感器的外形如圖１所示，它的兩個(gè)引腳分別為ＵＣ（接＋１２Ｖ電源端）和Ｕ－（方波電流信號(hào)輸出端）。為使信號(hào)變換器ＩＣ處于較低的環(huán)境溫度中，設(shè)計(jì)時(shí)專(zhuān)門(mén)將ＩＣ與傳感元件分開(kāi)，以改善傳感器的高溫工作性能。 該傳感器的簡(jiǎn)化電路如圖２所示。其內(nèi)部主要包括以下六部分：磁敏電阻傳感器；前置放大器Ａ１；施密特觸發(fā)器；開(kāi)關(guān)控制式電流源；恒流源；電壓控制器。 實(shí)際上，該傳感器是由４只磁敏電阻構(gòu)成的一個(gè)橋路，可固定在靠近齒輪的地方，其測(cè)量原理如圖３所示。 當(dāng)齒輪沿Ｙ軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于氣隙處的磁力線(xiàn)發(fā)生變化，磁路中的磁阻也隨之改變，從而可在傳感器上產(chǎn)生電信號(hào)。此外，該傳感器具有很強(qiáng)的方向性，它對(duì)沿Ｙ軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體十分敏感，而對(duì)沿Ｚ軸方向的振動(dòng)或抖動(dòng)量很不敏感。這正是測(cè)量轉(zhuǎn)速所需要的。 工作時(shí)，傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)首先通過(guò)ＥＭＩ濾波器濾除高頻電磁干擾，然后經(jīng)過(guò)前置放大器，再利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形以獲得控制信號(hào)ＵＫ，并將其加到開(kāi)關(guān)控制式電流源的控制端。ＫＭＩ１５－１的輸出電流信號(hào)ＩＣＣ是由兩個(gè)電流疊加而成的，一個(gè)是由恒流源提供的７ｍＡ恒定電流ＩＨ，另一個(gè)是由開(kāi)關(guān)控制式電流源輸出的可變電流ＩＫ。它們之間的關(guān)系式為： ＩＣＣ＝ＩＨ＋ＩＫ　 當(dāng)控制信號(hào)ＵＫ＝０（低電平）時(shí)，該電流源關(guān)斷，ＩＫ＝０，ＩＣＣ＝ＩＨ＝７ｍＡ。當(dāng)ＵＫ＝１（高電平）時(shí)，電流源被接通，ＩＫ＝７ｍＡ，從而使得ＩＣＣ＝１４ｍＡ。圖４給出了從Ｕ－端輸出的方波電流信號(hào)的波形，其高電平持續(xù)時(shí)間為ｔ１，周期為Ｔ。輸出波形的占空比Ｄ＝ｔ１／Ｔ＝５０％±２０％。上升時(shí)間和下降時(shí)間分別僅為０．５μｓ和０．７μｓ。 ＫＭＩ１５芯片中的電壓控制器實(shí)際上是一個(gè)并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器，可用于為傳感器提供穩(wěn)定的工作電壓ＵＣ。而電阻Ｒ３、穩(wěn)壓管ＶＤＺ和晶體管ＶＴ１則可構(gòu)成取樣電路，其中ＶＴ１接成射極跟隨器。Ａ２為誤差放大器，ＶＴ２為并聯(lián)式調(diào)整管。這樣，ＩＨ在經(jīng)過(guò)Ｒ１、Ｒ２分壓后可給Ａ２提供基準(zhǔn)電壓ＵＲＥＦ，從而在ＵＣＣ發(fā)生變化時(shí)，由Ａ２對(duì)取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差電壓Ｕｒ，同時(shí)通過(guò)改變ＶＴ２上的電流來(lái)使ＵＣ保持不變。 5.5.3 ＫＭＩ１５－１的典型應(yīng)用 安裝方法ＫＭＩ１５－１應(yīng)當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的旁邊。若被測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)工件上沒(méi)有齒輪，亦可在轉(zhuǎn)盤(pán)外緣處鉆一個(gè)小孔，套上螺扣，再擰上一個(gè)螺桿并用彈簧墊圈壓緊，以防止受震動(dòng)后松動(dòng)，并以此代替齒尖獲得轉(zhuǎn)速標(biāo)記信號(hào)。 5.5.6 典型應(yīng)用電路 ＫＭＩ１５－１型集成轉(zhuǎn)速傳感器的典型應(yīng)用電路如圖５（ａ）所示。工作時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器輸出方波電流信號(hào)，從而在負(fù)載電阻ＲＬ與負(fù)載電容ＣＬ上形成電壓頻率信號(hào)ＵＯ（ｆ），并送至二次儀表。通常?。遥蹋剑保保郸?、ＣＬ＝０．１μＦ。需要指出：ＫＭＩ１５－１輸出的是齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率ｆ（單位是Ｈｚ，即次／ｓ）信號(hào)，欲得到轉(zhuǎn)速ｎ（ｒ／ｍｉｎ），還應(yīng)將ｆ除以齒輪上的齒數(shù)Ｎ，并將時(shí)間單位改成分鐘，公式如下： ｎ＝６０ｆ／Ｎ　 圖５（ｂ）所示電路是由二極管ＶＤ、穩(wěn)壓管ＶＤＺ和電容Ｃ１構(gòu)成的靜電放電（ＥＳＤ）保護(hù)電路，該電路可吸收２ｋＶ的ＥＳＤ電壓，因而可對(duì)芯片起到保護(hù)作用。此外，還需注意，在存放ＫＭＩ１５系列產(chǎn)品時(shí)，不要將多個(gè)芯片放在一起以防磁化。 5.6 譯碼器 串行移位譯碼器74LS164內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下： 74LS164時(shí)序圖 74LS164為串行移位譯碼器，它主要由時(shí)鐘線(xiàn)控制，時(shí)鐘線(xiàn)每來(lái)一個(gè)上升弦，數(shù)據(jù)線(xiàn)將把一位數(shù)移進(jìn)去，移八次就進(jìn)一個(gè)字節(jié)，同時(shí)在數(shù)碼管顯示出來(lái)。 譯碼器是實(shí)現(xiàn)組合邏輯的功能部件。它的輸入是二進(jìn)制的代碼，輸出是一組高低電平信號(hào)，每輸入一組不同的代碼，只有一個(gè)輸出端呈現(xiàn)有效信號(hào)。 74LS245芯片是一個(gè)八位的總線(xiàn)收發(fā)器，其輸入/輸出引腳分成兩組，其工作原理如下： 　　允許E　 方向控制DIR　 操作 　　低電平　 低電平　　　　 B數(shù)據(jù)到A總線(xiàn) 　　低電平　 高電平　　　　 A數(shù)據(jù)到B總線(xiàn) 　　高電平　 懸空　　　　　 隔離 一.程序設(shè)計(jì) 開(kāi)始啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 棧針初始化分配顯示緩沖區(qū) 設(shè)置中斷開(kāi)CPU中斷允許INT0 INT1中斷 掃描鍵盤(pán) 未按下 按下 掃描IN0—IN6 掃描IN7 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 調(diào)用調(diào)寬程序 返回 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 調(diào)用顯示程序 1主程序框圖 2 INT0中斷服務(wù)程序 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 送至顯示緩沖區(qū) 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 返回 3部分子程序 延時(shí)子程序：定時(shí)功能。 PWM子程序：用于控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速。89C51芯片沒(méi)有PWM輸出功能，需要通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。為了在輸出PWM波時(shí)，單片機(jī)仍能執(zhí)行其他程序，可以利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器溢出中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。占空比占用一個(gè)字節(jié)的RAM，占空比D=N/256。（脈寬調(diào)速是使用單片機(jī)內(nèi)部中斷產(chǎn)生周期約為8ms的方波，通過(guò)改變高電平的寬度來(lái)進(jìn)行改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速） 利用單片機(jī)輸出PWM信號(hào).實(shí)現(xiàn)了從0%——100%線(xiàn)性可調(diào)。? 源碼如下： ?;單片機(jī)串口通信+PWM輸出程序 ?;在P1.3輸出調(diào)寬信號(hào)。 ?;定時(shí)器0工作在方式3，TL0為調(diào)寬值，TH0為脈沖頻率。 ?;定義：TH0=30H?，TL0=31H ?;TH0DAT?EQU?30H??;脈沖頻率 ?;TL0DAT?EQU?31H??;脈沖寬度 ??ORG?0000H ???AJMP?START ???ORG?000BH ???AJMP?PWM_TUN?;調(diào)寬子程序 ???ORG?001BH ???AJMP?PWM?????;脈頻率子程序 START:CLR?P1.3 ??????MOV?TCON,#00H ??????MOV?TMOD,#03H??;T0工作在方式3定時(shí)。 ??????MOV?TH0,#56????;200uS?頻率為50KHz ??????MOV?TL0,#186???;70uS?脈沖寬度為35%?用示波儀實(shí)測(cè)相合。 ?????SETB?TR1 ?????SETB?TR0 ?????SETB?ET0 ?????SETB?ET1 ?????SETB?EA ?????AJMP?MAIN1 MAIN1: ??????...... ;======================================== ?;PWM子程序 ?;定時(shí)值通過(guò)串口接收，在P1.0輸出調(diào)寬信號(hào)。 ?;定時(shí)器0工作在方式3，TL0為調(diào)寬值，TH0為脈沖頻率。 ?;定義：TH0=30H?，TL0=31H ?;程序入口PWM，輸入：TH0DAT、TH0DAT ??PWM:?????????????????;TH0使用T1的中斷標(biāo)志。本段為脈沖頻率。 ????????MOV?TCON,#00H ??????CLR?ET0?????????;暫停中斷以仿干擾? ?????SETB?P1.3? ??????MOV?TMOD,#03H ??????MOV?TH0,#56??????;12MHz晶振時(shí)PWM為50KHz，脈寬35%. ??????MOV?TL0,#186 ?????SETB?TR1 ?????SETB?TR0 ?????SETB?ET0 ?????SETB?EA ?????RETI????? ;?-------------------------------???? ??PWM_TUN: ?????CLR?P1.3? ?????CLR?TF0???;脈寬結(jié)束，輸出低電平。 ?????CLR?TR0???;同時(shí)關(guān)TL0中斷。 ???????????????RETI?? END 5．7電動(dòng)自行車(chē)的核心蓄電池 1電動(dòng)車(chē)的電池的性能 為什么天冷性能差天熱性能好？ 蓄電池的充放電過(guò)程是一個(gè)電化學(xué)的反應(yīng)過(guò)程，是受溫度影響的，以25度為標(biāo)準(zhǔn)溫度，放電過(guò)程中，每下降一度，電池容量幾乎下降百分之一，充電過(guò)程更明顯，所以在冬天，盡量放在溫暖的環(huán)境中充電（當(dāng)然也不是溫度越高越好，溫度過(guò)高會(huì)影響電池壽命，甚至發(fā)生危險(xiǎn)），以便充電飽滿(mǎn)。電動(dòng)車(chē)電池的充電基本都是三段式充電，第一階段是恒定電流充電，第二階段是恒壓充電，第三階段是浮充充電，第一、二階段時(shí)，充電器顯示紅燈，隨著電池趨于飽和，充電電流越來(lái)越小，當(dāng)電流小于設(shè)計(jì)值后，充電器指示燈有紅色變?yōu)榫G色，繼而轉(zhuǎn)為第三階段，2小時(shí)后即認(rèn)為充滿(mǎn)，此過(guò)程是由電子元件完成，并非雙金屬片 2電動(dòng)車(chē)的電池原理是什么 電池的內(nèi)部一般是22～28％的稀硫酸。電池正放的時(shí)候電解液可以淹沒(méi)極板并且還剩下一點(diǎn)空間如果把電池橫放的話(huà)會(huì)有一部分電極板暴露在空氣中，這對(duì)電池的極板非常不利，而且一般的電池的觀察孔或者電池的頂部都有排氣口與外界相通，所以電池橫放電解液很容易流出。蓄電池是電池中的一種，它的作用是能把有限的電能儲(chǔ)存起來(lái)，在合適的地方使用。它的工作原理就是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 它用填滿(mǎn)海綿狀鉛的鉛板作負(fù)極，填滿(mǎn)二氧化鉛的鉛板作正極，并用22～28％的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時(shí)，金屬鉛是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時(shí)，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它的電壓是2V，通常把三個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)起來(lái)使用，電壓是6V。汽車(chē)上用的是6個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時(shí)間后要補(bǔ)充硫酸，使電解質(zhì)保持含有22～28％的稀硫酸。 放電時(shí),電極反應(yīng)為:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 負(fù)極反應(yīng): Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 總反應(yīng): PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O (向右反應(yīng)是放電,向左反應(yīng)是充電) 蓄電池的應(yīng)用十分廣泛，可用于UPS，電動(dòng)車(chē)，滑板車(chē)，汽車(chē)，風(fēng)能太陽(yáng)能系統(tǒng)，安全報(bào)警等等方面。 鉛酸蓄電池產(chǎn)品主要有下列幾種，其用途分布如下： 起動(dòng)型蓄電池：主要用于汽車(chē)、摩托車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)等起動(dòng)和照明； 固定型蓄電池：主要用于通訊、發(fā)電廠、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為保護(hù)、自動(dòng)控制的備用電源； 牽引型蓄電池：主要用于各種蓄電池車(chē)、叉車(chē)、鏟車(chē)等動(dòng)力電源； 鐵路用蓄電池：主要用于鐵路內(nèi)燃機(jī)車(chē)、電力機(jī)車(chē)、客車(chē)起動(dòng)、照明之動(dòng)力； 儲(chǔ)能用蓄電池：主要用于風(fēng)力、太陽(yáng)能等發(fā)電用電能儲(chǔ) 5.8控制器與保護(hù)功能 車(chē)用電機(jī)控制器近年來(lái)的發(fā)展速度之快，使人難以想象，操作上越來(lái)越“傻瓜”化，而顯示則越來(lái)越復(fù)雜化。比如，車(chē)速的控制已經(jīng)發(fā)展到“巡航鎖定”；驅(qū)動(dòng)方面，有的同時(shí)具有電動(dòng)性能和助力功能，如果轉(zhuǎn)換到助力狀態(tài)，借助鏈條張力測(cè)力器，或中軸扭力傳感器，只要用腳踏動(dòng)腳蹬，便可執(zhí)行助力或確定助力的大小。這期本刊開(kāi)始給您講述控制器的知識(shí)，讓您對(duì)控制器有一個(gè)更全面的了解。 一、控制器與保護(hù)功能 （一） 控制器簡(jiǎn)介 簡(jiǎn)略地講控制器是由周邊器件和主芯片（或單片機(jī)）組成。周邊器件是一些功能器件，如執(zhí)行、采樣等，它們是電阻、傳感器、橋式開(kāi)關(guān)電路，以及輔助單片機(jī)或?qū)Ｓ眉呻娐吠瓿煽刂七^(guò)程的器件；單片機(jī)也稱(chēng)微控制器，是在一塊集成片上把存貯器、有變換信號(hào)語(yǔ)言的譯碼器、鋸齒波發(fā)生器和脈寬調(diào)制功能電路以及能使開(kāi)關(guān)電路功率管導(dǎo)通或截止、通過(guò)方波控制功率管的的導(dǎo)通時(shí)間以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的驅(qū)動(dòng)電路、輸入輸出端口等集成在一起，而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)片。這就是電動(dòng)自行車(chē)的智能控制器。它是以“傻瓜”面目出現(xiàn)的高技術(shù)產(chǎn)品。 控制器的設(shè)計(jì)品質(zhì)、特性、所采用的微處理器的功能、功率開(kāi)關(guān)器件電路及周邊器件布局等，直接關(guān)系到整車(chē)的性能和運(yùn)行狀態(tài)，也影響控制器本身性能和效率。不同品質(zhì)的控制器，用在同一輛車(chē)上，配用同一組相同充放電狀態(tài)的電池，有時(shí)也會(huì)在續(xù)駛能力上顯示出較大差別。 （二） 控制器的型式 目前，電動(dòng)自行車(chē)所采用的控制器電路原理基本相同或接近。 有刷和無(wú)刷直流電機(jī)大都采用脈寬調(diào)制的PWM控制方法調(diào)速，只是選用驅(qū)動(dòng)電路、集成電路、開(kāi)關(guān)電路功率晶體管和某些相關(guān)功能上的差別。元器件和電路上的差異，構(gòu)成了控制器性能上的不大相同?？刂破鲝慕Y(jié)構(gòu)上分兩種，我們把它稱(chēng)為分離式和整體式。 1、分離式 所謂分離，是指控制器主體和顯示部分分離（圖4-22、圖4-23）。后者安裝在車(chē)把上，控制器主體則隱藏在車(chē)體包廂或電動(dòng)箱內(nèi)，不露在外面。這種方式使控制器與電源、電機(jī)間連線(xiàn)距離縮短，車(chē)體外觀顯得簡(jiǎn)潔。 2、一體式 控制部分與顯示部分合為一體，裝在一個(gè)精致的專(zhuān)用塑料盒子里。盒子安裝在車(chē)把的正中，盒子的面板上開(kāi)有數(shù)量不等的小孔，孔徑4~5mm，外敷透明防水膜。孔內(nèi)相應(yīng)位置設(shè)有發(fā)光二極管以指示車(chē)速、電源和電池剩余電量。 （三）控制器的保護(hù)功能 保護(hù)功能是對(duì)控制器中換相功率管、電源免過(guò)放電，以及電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，因某種故障或誤操作而導(dǎo)致的可能引起的損傷等故障出現(xiàn)時(shí)，電路根據(jù)反饋信號(hào)采取的保護(hù)措施。電動(dòng)自行車(chē)基本的保護(hù)功能和擴(kuò)展功能如下： 1、制動(dòng)斷電 電動(dòng)自行車(chē)車(chē)把上兩個(gè)鉗形制動(dòng)手把均安裝有接點(diǎn)開(kāi)關(guān)。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)被推押閉合或被斷開(kāi)，而改變了原來(lái)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這個(gè)變化形成信號(hào)傳送到控制電路中，電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動(dòng)電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護(hù)了功率管本身，又保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，也防止了電源的浪費(fèi)。 2、欠壓保護(hù) 這里指的是電源的電壓。當(dāng)放電最后階段，在負(fù)載狀態(tài)下，電源電壓已經(jīng)接近“放電終止電壓”，控制器面板（或儀表顯示盤(pán)）即顯示電量不足，引起騎行者的注意，計(jì)劃自己的行程。當(dāng)電源電壓已經(jīng)達(dá)到放終時(shí)，電壓取樣電阻將分流信息饋入比較器，保護(hù)電路即按預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出指令，切斷電流以保護(hù)電子器件和電源。 3、過(guò)流保護(hù) 電流超限對(duì)電機(jī)和電路一系列元器件都可能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對(duì)應(yīng)當(dāng)避免的?？刂齐娐分?，必須具備這種過(guò)電流的保護(hù)功能，在過(guò)流時(shí)經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)即切斷電流。 4、過(guò)載保護(hù) 過(guò)載保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)是相同的，載重超限必然引起電流超限。電動(dòng)自行車(chē)說(shuō)明書(shū)上都特別注明載重能力，但有的騎行者或未注意這一點(diǎn)，或抱著試一下的心理故意超載。如果沒(méi)有這種保護(hù)功能，不一定在哪個(gè)環(huán)節(jié)上引起損傷，但首當(dāng)其沖的就是開(kāi)關(guān)功率管，只要無(wú)刷控制器功率管燒毀一只，變成兩相供電后電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)即變得無(wú)力，騎行者立即可以感覺(jué)到脈動(dòng)異常；若繼續(xù)騎行，接著就燒毀第2個(gè)、第3個(gè)功率管。有兩相功率管不工作，電動(dòng)機(jī)即停止運(yùn)行，有刷電機(jī)則失去控制功能。因此，由過(guò)載引起的過(guò)電流是很危險(xiǎn)的。但只要有過(guò)電流保護(hù)，載重超限后電路自動(dòng)切斷電源，因超載而引起的一系列后果都可以避免。 5、欠速保護(hù) 仍然屬于過(guò)流保護(hù)范疇，是為不具備0速起步功能的無(wú)刷控制系統(tǒng)而設(shè)置。 6、限速保護(hù) 是助力型電動(dòng)自行車(chē)獨(dú)有的設(shè)計(jì)控制程序。車(chē)速超過(guò)某一預(yù)定值時(shí)，電路停止供電不予助力。對(duì)電動(dòng)型電動(dòng)自行車(chē)而言，統(tǒng)一規(guī)定車(chē)速為20km/h，車(chē)用電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，額定轉(zhuǎn)速就已經(jīng)設(shè)定好了，控制電路也已經(jīng)設(shè)好。電動(dòng)自行車(chē)只能在不超過(guò)這個(gè)速度狀態(tài)下運(yùn)行。 控制器的位置不會(huì)影響到性能，主要視設(shè)計(jì)者的意圖。但有幾項(xiàng)原則：（1）在運(yùn)行操作允許時(shí)；（2）在整體布置允許時(shí)；（3）在線(xiàn)路布設(shè)要求時(shí)；（4）在配套設(shè)施要求時(shí)。 第六章 電動(dòng)自行車(chē)的維修和保養(yǎng)