电动自行车调速系统设计说明.docx

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电动自行车调速系统设计说明

第一章引言…………………………………………………………………………1

第二章系统要求……………………………………………………………………2

第三章总体规划……………………………………………………………………4

第四章电路设计……………………………………………………………………5

第五章主要器件性能与原理………………………………………………………10

5、1MCS-51单片机部结构……………………………………………………10

5、2A/D转换芯片………………………………………………………………13

5、3永磁无刷直流电动机………………………………………………………14

5、4三端式稳压器78L05………………………………………………………17

5、5集成转速传感器KMI15-1…………………………………………………21

5、6译码器………………………………………………………………………25

5.7电动自行车的核心蓄电池…………………………………………………29

5.8控制器与保护功能…………………………………………………………30

第六章电动自行车的维修和保养…………………………………………………33

第七章结束语……………………………………………………………………34

第八章致………………………………………………………………………35

参考文献……………………………………………………………………………36

摘要

单片机控制的永磁无刷直流电动机调速系统适用于电动自行车等小功率的工作情况。

并能将多余的电能回溃。

该系统具有调速性能好、功率因数高、节能、体积小、重量轻等优点。

本文从系统要求分析入手，将整个系统分成四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略、实现方法。

详细讨论了系统的各种工况与信号的传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况的工作状态。

系统各部分的控制电路基于Intel公司的控制芯片8051单片机。

根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽PWM控制，并通过转速传感器测量转速通过八段数码管动态显示转速，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求。

本文主要是让更多的人正确的认识电动自行车和对电动自行车的主要器件的保养，便与延长电动自行车的寿命。

关键词：

单片机、脉宽调速系统PWM、永磁无刷直流电动机、八段数码管动态显示、转速传感器，蓄电池

Abstract

SCMcontrolofpermanentmagnetbrushlessDCmotorspeedcontrolsystemapplicabletoelectricbicycles,andotherlow-powerwork.Redundantpowerandcanreturntocollapse.Thesystemhasgoodspeedperformance,highpowerfactor,energysaving,smallsize,lightweight,andotheradvantages.

Thispaperanalyzestherequirementsfromthesystem,thewholesystemwillbedividedintofourparts,analysisanddiscussionofthevariouspartsofthecircuitofthecontrolstrategy,implementationmethod.Discussedindetailthestatusofthevarioussystemsandsignaltransduction,andhavethesystemindifferentpartsofthestatethestatusofthework.PartofthesystemcontrolcircuitbasedonIntel's8051chipmicrocontroller.AccordingtothepermanentmagnetbrushlessDCmotorcontrolofthePWMpulsewidth,speedsensorandpassedthrougheighthspeeddigitaldynamicdisplayofspeed,throughhardwareandsoftwaresupport,fortheentiresystemdesignrequirements.Thispaperisdesignedtoallowmorepeopletothecorrectunderstandingofelectricbicycles,andelectricbicyclesonthemaindevicemaintenance,andwouldextendthelifeofelectricbicycles.

   Keywords:

SCM,PWMpulsespeedcontrolsystem,permanentmagnetbrushlessDCmotor,theeighthofdigitaldynamicdisplay,speedsensor,battery

第一章引言

电动车的发展史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是电动车。

后来，由于燃油汽车技术的迅速发展，而电动车在能源技术和行驶里程的研制上长期未能取得突破，从20世纪20年代初至60年代末，电动车的发展进入了一个沉寂期。

进入70年代以来，由于中东石油危机的爆发以与人类对自然环境的日益关注，电动车才再度成为技术发展的热点。

近几十年来，主要工业化国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关技术也取得了重大的进展。

尽管电动车在能源和行驶里程的研制方面，至今尚未取得突破性的进展，但是电动车的美好前景仍然激励着人们锲而不舍地开发新型电动车，改善其性能

处于世纪之交的今天，能源和环境对人类的压力越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高。

为了适应这个发展趋势，世界各国的政府、学术界、工业界正在加大对电动车开发的投资力度，加快电动车的商品化步伐。

虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未能尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。

从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要交通工具。

 　现代电动车是融合了电力、电子、机械控制、材料科学以与化工技术等多种高新技术的综合产品。

整体的运行性能、经济性等首先取决于电池系统和电机驱动控制系统。

电动车的电机驱动系统一般由4个主要部分组成，即控制器、功率变换器、电动机与传感器。

目前电动车中使用的电动机一般有直流电动机、感应电动机、开关磁阻电动机以与永磁无刷电动机等。

第二章系统要求

2. 1 电动车对电动机的基本要求

电动车的运行，与一般的工业应用不同，非常复杂。

因此，对驱动系统的要很高的。

2.1.1 电动车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强、过载系数应为（3～4），加速性能好，使用寿命长的特点。

2.1.2　电动车用电动机应具有宽广的调速围，包括恒转矩区和恒功率区。

在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足车在平坦的路面能够高速行驶的要求。

2.1.3　电动车用电动机应能够在车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电汽车具有最佳能量的利用率，这在燃机的摩托车上是不能实现的。

2.1.4　电动车用电动机应在整个运行围，具有高的效率，以提高1次充电的续驶里程。

另外还要求电动车用电动机可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单适应大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。

2.2鉴于电动车对电动机的基本要求采用永磁无刷直流电动机 。

2.2.1永磁无刷直流电动机的基本性能 。

永磁无刷直流电动机是一种高性能的电动机。

它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。

加之，它采用永磁体转子，没有励磁损耗：

发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。

此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。

永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动车中有着很好的应用前景。

2.2.2 永磁无刷直流电动机的控制系统 。

典型的永磁无刷直流电动机是一种准解耦矢量控制系统，由于永磁体只能产生固定幅值磁场，因而永磁无刷直流电动机系统非常适合于运行在恒转矩区域，一般采用电流滞环控制或电流反馈型SPWM法来完成。

为进一步扩充转速，永磁无刷直流电动机也可以采用弱磁控制。

弱磁控制的实质是使相电流相位角超前，提供直轴去磁磁势来削弱定子绕组中的磁链。

2.2.3永磁无刷直流电动机的不足 。

永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率围较小，最大功率仅几十千瓦。

永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时第三章总体规划

对于电动自行车控制系统设计主要有三个方面：

一、控制电路的设计；二、传感器选择以与安放设计；三、显示电路的设计；四、程序设计。

从总的方面来考虑，传感器的使用应该尽量减少单片机的信号处理量，但是又必须能使车行驶自如。

控制电路要根据选用的电机和传感器来设计，主要考虑稳定性，抗干扰性。

控制核心采用51单片机，控制系统与电路用光耦完全隔离以避免干扰。

控制上采用分时复用技术，仅用一块单片机就实现了信号采集，电机控制和转速显示。

如图3-1所示

直流电动机

单片机

显示部分

转速传感器

控制电路

驱动

图3-1

电动自行车的基本原理是：

由蓄电池提供电能，电动机驱动自行车。

第四章电路设计

控制电路主要有电源电路、电机驱动电路、单片机接口电路、显示电路四个部分。

考虑到电机的起动电流和制动时比较大，会造成电源电压不稳定容易对单片机和传感器的工作产生干扰，所以，电机驱动电路和单片机以与传感器电路用光耦隔离。

传感器的电源直接使用24V蓄电池，单片机的电源则通过三端稳压器78L05将24V电源转换到5V。

此处省略 NN

NNNNNN

NNN

N

字

它用填满海绵状铅的铅板作负极，填满二氧化铅的铅板作正极，并用22～28％的稀硫酸作电解质。

在充电时，电能转化为化学能，放电时化学能又转化为电能。

电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，被氧化为硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，被还原为硫酸铅。

电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。

移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。

铅蓄电池是能反复充电、放电的电池，叫做二次电池。

它的电压是2V，通常把三个铅蓄电池串联起来使用，电压是6V。

汽车上用的是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。

铅蓄电池在使用一段时间后要补充硫酸，使电解质保持含有22～28％的稀硫酸。

放电时,电极反应为:

PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O

负极反应:

Pb+SO42--2e-=PbSO4

总反应:

PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O（向右反应是放电,向左反应是