51单片机电动车原理.docx
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51单片机电动车原理
天津工业大学
生产实习报告
姓名贾世雄
学院机械电子学院
专业测控技术与仪器
班级1002
学号1010340212
指导教师桑宏强李大鹏
2013年9月12日
目录
第一章实习任务
1.1校内实习……………………………………………………1
1.2校外实习……………………………………………………1
第二章实习任务
2.1翻斗式雨量计简介…………………………………………2
2.2气动执行机构简介…………………………………………3
2.2PH—2D超声波测风仪介…………………………………3
第三章总体设计与方案选定
3.1电动车简介…………………………………………………4
3.2设计原理
第四章电路调试与实验
4.1设计方案……………………………………………………6
4.2电路调试……………………………………………………7
第四章生产实习总结……………………………………………8
参考文献
附录
附录1仿真图………………………………………………………10
附录2程序…………………………………………………………12
1.1校内实习
设计制作以下电路及编制程序，实现相关功能，（二选一）
1.豆浆机：
根据现实，设计豆浆机控制电路及程序，实现特定功能；
具有过水位、欠水位检测功能，可以根据不同水位进行提示、工作；
由稳压源提供单片机的电压，可以使其正常工作；
能够实现防止溢出的功能。
2.电动车控制：
根据现实，设计电动车控制电路及程序，实现特定功能；
具有电压检测的功能，当低于设定电压时，能够报警提示；
可以控制电动机的速度；
能够显示电压及电机的转速。
1.2校外实习
实习内容：
以参观形式了解各个车间的产品生产流程
公司名称：
津伯公司
公司地址：
天津市高新技术产业园区华苑产业区（环外）海泰东路18号
实习安排：
（1）阀门
（2）流量计
（3）气象
2.1翻斗式雨量计简介
本仪器为降水量测量一次仪表，其性能符合国家标准GB/T11832-2002《翻斗式雨量计》和国家标准GB/T11831-2002《水文测报装置遥测雨量计》相关要求。
本仪器的核心部件翻斗采用了三维流线型设计，使翻斗翻水更加流畅，且具有自涤灰尘、容易清洗的功能。
构造、特点
如图1所示，本仪器由承雨口1、滤网2、引水漏斗3、翻斗支架4、翻斗5、翻斗轴套6、倾角调节装置7、水平调节装置8、恒磁钢9、干簧管10、信号输出端子11、排水漏斗12、底座13、不锈钢筒身14、底座支承脚15、引水斗滤网16等组成。
其中，翻斗支架4上安装有翻斗轴套6和圆水平泡、干簧管支架和信号输出端子。
与其它翻斗式雨量计不同，本仪器的翻斗轴套为一体化旋转式定位结构，翻斗5通过翻斗轴安装在2个轴套的宝石轴承中，使翻斗的装、拆更加方便，也无需再调整两个轴套之间的距离，给现场安装带来了方便。
图2.1
本仪器的翻斗为三维流线型设计，其造型美观流畅、翻水性能更好且易清洗维护。
本仪器的引水漏斗与翻斗支架为紧配合安装，一般情况下不必取下引水漏斗。
本仪器的翻斗上装有两个恒磁钢，干簧管支架上装有两个干簧管，仪器出厂时磁钢与干簧管均已调整在合适的耦合距离上，使仪器输出信号与翻斗翻转次数有确定的比例关系。
仪器两路信号输出中的一路用作现场记数计量，另一路用作遥测报信。
本仪器与遥测终端机连接时，应配有匹配的接口电路，以防止因干簧管抖动和因翻斗回跳引发的计数、报讯错误。
本仪器出厂时已将翻斗倾角调整螺丝锁定在最佳倾角基点位置上并对倾角螺钉作了点红漆漆封处理，用户现场安装仪器时只需将翻斗按照本说明书相关要求将翻斗安装在翻斗支架上的2个轴套中并将翻斗支架调水平使水平泡位于中心位置即可投入使用，不必现场再调整翻斗倾角。
本仪器与记录或显示部分配套，可进行有线雨量数据传输、显示、自记。
与无线水情自动测报系统配套，作为专设站雨情遥测报汛的传感器。
2.2气动执行机构简介
气动执行机构可分为执行机构和控制机构。
执行机构：
执行器的推动装置，它按控制信号压力的大小产生相应的推力，推动控制机构动作，所以它是将信号压力的大小转换为阀杆位移的装置。
控制机构：
执行器的控制部分，它直接与被控介质接触，控制流体的流量。
所以它是将阀杆的位移转换为流过阀的流量的装置。
作用：
接收控制器送来的控制信号，改变执行器内件的位置使被控介质改变，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。
在实际使用中总存在着串联管道阻力的影响，控制阀上的压差还会随流量的增加而降低，使可调范围下降得更多些，控制阀在工作过程中所能控制的流量变化范围更小，甚至几乎不起控制作用。
采用打开旁路阀的控制方案是不好的，一般认为旁路流量最多只能是总流量的百分之十几，即x值最小不低于0.8。
控制阀的阀体组件由以下零件组成:
1.阀体承受介质的主体，阀内件均安装于阀体内
2.阀盖连接阀体与执行器的中间体
3.阀座阀内件，固定的截流元件
4.阀芯阀内件，活动的截流元件
5.阀杆阀内件，连接执行器与阀芯的元件
6.填料阀盖内密封的元件
2.3PH—2D超声波测风仪简介
2.3.1概述
2D型超声波测风仪是为测量水平风而设计的，其输出结果分数字和模拟两种。
2D超声波测风仪能准确的测出当前值，其结果不受风力急速变化而产生迟滞影响，它的结构是一个紧凑、无移动部件的自动化站，适合无人干预的测量环境。
应用于气象、隧道、汽车高速公路、桥梁、军事领域、航海及航空等领域。
2.3.2特点
·无启动风速限制，360°操作，同时具备风速、风向、温度的测量；图2.31测风仪
·可全天候工作，不受暴雨、冰雪、霜冻天气的影响；
·测量精度高；性能稳定；
·结构坚固，仪器抗腐蚀性强，在安装和使用时无需担心损坏；
·设计灵活，轻巧，携带轻便，安装、拆卸容易；
·信号接入方便,同时提供数字和模拟两种信号；
·不需维护和现场校准。
2.3.3技术参数
风速
测量范围：
0m/s～60m/s
精度：
±2%（＞5m/s）
分辨率：
0.01m/s
风向
测量范围：
0～360°全方位，无盲区
精度：
±2.0°
分辨率：
0.1°
信号输出：
选择RS485/4-20mA模拟输出
工作环境
工作电压：
DC12～30V
工作温度
－35℃～＋70℃
存储温度
－40℃～＋90℃
工作湿度
R5%～100%
防护
IP66
总体规格
结构材料
陆地使用：
不锈钢+铝材（表面氧化）
海洋使用：
不锈钢316L
尺寸大小
高×宽＝400×265mm
重量
2.5kg
MTBF
20年
3.1设计介绍
电动车简而言之就是以电力为驱动，以电力为能源的车子。
第一辆电动车于1834年制造出，它是由直流电机驱动的。
时至今日，电动车已发生了巨大变化，类型也多种多样。
电动自行车是由蓄电池、电动轮毂、控制器、充电器四大件和车体部分组成。
国家规定标准生产的电动车，国家规定如下：
1以蓄电池作为辅助能源，有两个车轮；
2.具有良好的脚踏骑行功能,能实现人力骑行、电动或电助力功能；
3.最高车速不超过20公里每小时；
4.整车重量不大于40公斤。
图3.1电动车
这是根据国家对电动车生产要求定的一种技术参数根据规定，电动车最高时速不能超过20公里，车身全部重量为40公斤，速度是为了安全、重量是为了能在用同样的电池尽可能多跑里程，以达到节约电能的目的。
现在电动车速度大都可达每小时35公里左右，这是生产商为了迎合消费者喜，快的心理而生产的，有一定的安全隐患，重量更是如此，生产商为了让车能跑远，采用加大电池来助跑，现在有20A、26A的特大电池，如是48V充一次电可行驶60-80公里。
综合前面说的这些，超标车就是超过国家规定标准生产的车，也就是时速超过20公里，整车重量超过40公斤就算超标车，目前不准上路的车主要是速度的控制，对重量并不太多的过问。
简略地讲控制器是由周边器件和主芯片（或单片机）组成。
周边器件是一些功能器件，如执行、采样等，它们是电阻、传感器、桥式开关电路，以及辅助单片机或专用集成电路完成控制过程的器件；单片机也称微控制器，是在一块集成片上把存贮器、有变换信号语言的译码器、锯齿波发生器和脉宽调制功能电路以及能使开关电路功率管导通或截止、通过方波控制功率管的的导通时间以控制电机转速的驱动电路、输入输出端口等集成在一起，而构成的计算机片。
这就是电动自行车的智能控制器。
它是以“傻瓜”面目出现的高技术产品。
控制器的设计品质、特性、所采用的微处理器的功能、功率开关器件电路及周边器件布局等，直接关系到整车的性能和运行状态，也影响控制器本身性能和效率。
不同品质的控制器，用在同一辆车上，配用同一组相同充放电状态的电池，有时也会在续驶能力上显示出较大差别。
有刷和无刷直流电机大都采用脉宽调制的PWM控制方法调速，只是选用驱动电路、集成电路、开关电路功率晶体管和某些相关功能上的差别。
元器件和电路上的差异，构成了控制器性能上的不大相同。
控制器从结构上分两种，为分离式和整体式。
由于这次实践时间短，就以简单的有刷直流电机PWM控制分析制作。
3.2设计原理
基本的设计核心是用PWM实现直流电机的在带动负载的情况下也能稳定的运行。
运用A/D转换芯片将滑动变阻器的模拟电压转换为数字量作为控制直流电机速度的给定值；用压控振荡器模拟直流电机的运行（电压高-转速高-脉冲多），单片机在单位时间内对脉冲计数作为电机速度的检测值；单片机PWM调宽输出作为输出值实现对直流电机的调速功能。
基于以上的核心思想，我们把这次设计看成以下几个环节组成，其具体的原理如下见原理图3.2
图3.2PID调速设计原理图
如图可以知道，这是一个闭环系统，我们借助单片机来控制，我们现运用AD芯片，运用单片机来控制AD芯片来转换模拟电压到数字电压，AD给定的电压越大，则产生的数字量越大，单片机再控制这个数字量来产生一个PWM，PWM占空比越大，就驱动晶体管导通的时间越长，这样加到压频转换器的电压也就越大，电压越大，则压频转换器输出的计数脉冲再单位时间也就越多，这样就相当于电机的电压越大，其转速也就会越快，我们再用单片机对压频转换器的输出脉冲计数，PID调节器就把这个计数脉冲和预先设定的值进行比较，比设定值小，这样就会得到一个偏差，再把这个偏差加到AD的给定电压，这样就相当于加大了PWM的占空比，要是比设定值大，这样也会得到一个偏差，就把这个变差与给定的电压向减，这样就可以减少PWM的占空比，通过改变占空比来改变晶体管的导通时间，就可以改变压频转换器的输入电压，也就改变压频转换器的单位计数脉冲，达到调电动机速度的目的。
4.1设计方案
4.11PWM的调制
AD芯片给定一定的电压，应用单片机来控制来产生一个PWM,给定的电压不同，就会的得到不同的PWM波形。
在产生PWM波形我们采用ADC0808芯片和AT89C51两个核心器件。
ADC0808芯片是要外加电压和时钟，当输入不同的电压的时候，就可以把不同的电压模拟量转化为数字值，输入的电压越大，其转换的相应的数字也就会越大，ADC0808芯片有8个通道输入和8个通道输出。
其具体的管脚图见4.11
图4.11ADC0808芯片管脚图
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
外形及引脚排列如图4.12所示
图4.12AT89C51芯片管脚图
4.12基于单片机控制直流电机PWM调速系统调速原理
当基于以上产生一个PWM后，就可以借助PWM脉冲来控制晶体管的导通和关断，来给压频转换器来提供一定的电压，在PROTUES中仿真中，给定一个+36V的电压，就通过晶体管的导通和关断来给压频转换器供电，压频转换器就会输出很多的脉冲，借助单片机P3.5来计数，其计数送给P0来显示，通过给定不同的ADC的输入电压，就可以的得到不同的计数显示，电压越大，其计数显示也就越大，通过改变计数脉冲的周期和硬件压频转换器（LM331）的电阻和电容，就可以得到与输入电压接近的数值显示，可能由于干扰的原因，其显示值和实际值有一点偏差，这是在没有什么负载的情况下，或者说是在空载的情况下，这样就可以得到一个很理想的开环系统，也为闭环PWM调节做好准备。
5.1心得体会
我们进行了为期两周的实习实践。
通过这两周，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到了提高。
刚刚拿到课题，我感到有些茫然，对于以前没有做过的人来说要全部做完的确有一定的难度。
由于我对电动车pwm控制不是很熟悉，在设计的过程中走了不少弯路。
通过亲身体验做课程设计，我觉得安排课程设计的基本目的，在于通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。
运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。
检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。
我的收获有一下几点：
第一，我对所学专业有了一些了解，增强了自己的兴趣和对以后可能从事的职业的热爱。
第二，通过课程设计我明白到了理论到实践有一段很远的路程。
设计过程中的每一步都是一门学问，我终于知道了每一个实现的过程，每一个认识的过程都存有人类无数的的汗水与对待事物一丝不苟得，缜密的思考以及不懈的努力，只有这样才会有一个新生事物的诞生。
而以上种种的过程必须要你亲自去体会去认识去发现，那才是属于你的“收获”，只有这时才会对自己的作品无比的骄傲。
第三，通过这次设计加强了我们的设计创新能力。
使我们的理论知识与实践充分地结合。
第四，通过两周的课程设计，我学到了很多书本上学习不到的知识。
两周的时间很短，但是我学到比两年的还多，在以后的学习生活中，我需要更努力地读书和实践。
对我们测控专业的学生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。
通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。
在设计过程中，体会到了设计一项课题的不易，也体会到了设计成功之后的小小成就感和同学之间相互合作的默契。
更重要的是，通过课程设计，我发现了自身存在的更多不足之处和实际应用能力方面的欠缺，这些不足之处在今后的学习之中要有意识的弥补和改变。
最后，感谢在课程设计过程中关心帮助我的老师同学。
附录1基于单片机的直流电机PWM调速系统原理图
原理图
3.3PCB图
pcb原理图
pcb正面
pcb反面
3.4调速程序
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitCLK=P2^4;
sbitST=P2^5;
sbitEOC=P2^6;
sbitOE=P2^7;
sbitPWM=P3^0;
sbitLED=P2^0;
sbitPK=P0^1;
voidDelayMS（uintms）
{
uchari;
while（ms--）
{
for（i=0;i<120;i++）;
}
}
voidmain（）
{
ucharVal;
TMOD=0x02;
TH0=0x14;
TL0=0x00;
IE=0x82;
TR0=1;
while
（1）
{
ST=0;
ST=1;
ST=0;
while（!
EOC）;
OE=1;
Val=P1;
OE=0;
if（Val==0）
{
PWM=0;
DelayMS（0xff）;
continue;
}
if（Val==0xff）
{
PWM=1;
DelayMS（0xff）;
continue;
}
PWM=1;
DelayMS（Val）;
PWM=0;
DelayMS（0xff-Val）;
if（PK==0）
{LED=1;
DelayMS（100）;
continue;
}
if（PK==1）
{LED=0;
DelayMS（100）;
continue;}
}
}
voidTimer0_INT（）interrupt1
{
CLK=!
CLK;
参考文献
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