单片机控制电动车设计报告.docx
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单片机控制电动车设计报告
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馈。
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及信号的传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况的工作状态。
系统各个部分的控制电路基于Intel公司的控制芯片89C51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，实现整个系统的设计要求。
关键词：
单片机，脉宽调速系统，三端式稳压器，永磁无刷直流电动机
1概述
1.1电动车的发展史
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及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。
现代电动车的能源系统、电机驱动系统、智能化的能量管理系统、充电系统、车载空调系统和变速系统，电动车的基础设施建设以及未来智能化的交通系统的发展。
根据各类子系统的不同特点.近年来，各种显示高新技术的电动车层出不穷，日新月异。
1.2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，对驱动系统的要求是很高的。
（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、使用寿命长等特点。
（2）电动车用电动机应具有宽广的调速范围，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。
（3）电动车用电动机能够在减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电动车具有最佳能量的利用率，这在内燃机得摩托车上是不能实现得。
（4）电动车用电动机应在整个运行范围内，应具有高得效率，以提高1次充电得续驶里程。
另外，还要求电动车用电动机可靠性好，能够在较恶劣得环境下长期工作，结构简单并适应大批量生产，运行时噪声低，价格便宜等。
2总体设计
对于电动自行车控制系统设计主要有三个方面:
1．控制电路的设计；
2．传感器选择以及安放设计；
3．显示电路的设计；
4．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1所示：
图1整体电路图
3电路设计
控制电路主要由电源电路、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，电机机驱动电路和单片机以及传感器电路用光耦隔离。
电源模拟图如图2所示，电源有一定损耗，通过可变RV1模拟损耗的电源。
图2电源模拟图
电动车车速调节主要应用PWM电路，即数字式脉宽调制控制电路。
这次采用此PWM电路，如图3。
此电路由三个个电阻，两个NPN型三极管，一个电动机构成，通过比较器比较出的电压高低，调节电动机的转速。
图3PWM电路
此电路采用LM324电压比较器，通过电压比较器，比较电压，来输出电压，调节电动机转速。
电路如图所示，图4
图4电压比较器
单片机部分，有晶振电路和复位电路。
图5复位电路
图6晶振电路
本次实验思路：
1，通过可变电阻调节电源电压
2.通过电压比较器，比较是否输出高电平
3．通过PWM电路控制电动机的转速
4.通过单片机控制调速系统，当灯灭时，电压不足，不能提供给电动机的电压，需要充电；当灯亮时，说明电源电压足够，可以提供电能。
整体的电路模拟图如图所示：
图7电路模拟图
4程序设计
控制系统由单片机来控制和采集。
流程图如图所示：
图8单片机流程图
单片机程序：
#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;
}
图9PCB元件图top
图10PCB元件图bottom
参考文献
［1］康华光.模拟电子技术基础［M］.武汉：
华中科技大学出版社，1998.
［2］田立，田清，代方震.51单片机C语言程序设计［M］.北京：
人民邮电出版社，2007.
［3］网络
［4］张国雄，测控电路［M］，北京：
机械工业出版社，2007
参观实习部分
参观实习部分：
我们参观了中环天仪的工厂，了解了一些工艺流程，产品的一些特性，和一些就业的指导，对我们的帮助是巨大的。
通过此次实习，了解了我们现有知识的不足，中国与外国的先进技术的差距。
此次实习报告，主要讲解参观了解的三个产品，分别是DKZ型直行程电动执行机构，DZZH、DZZM型自动气象站，ZRJD型电动调节蝶阀。
产品一：
DKZ型直行程电动执行机构
一、概述
DKZ型直行程电动执行机构采用“S”型电动执行机构开发的新技术：
用精密导电塑料电位器和专用集成电路组成的WF-S型位置发送器。
因此，电动执行机构不仅在可靠性、精度、负载能力、信号品质系数等性能方面比原来产品有了很大提高，而且对环境条件的拓宽，更具有十分重要的意义。
DKZ型直行程电动执行机构不仅可以和III型控制单无仪表配套使用，而且还可以和新开发的S型控制单元仪表进行配套，使整个控制系统更稳定、可靠、性能更好，功能更多。
因此，用户可根据系统对DKZ型电动执行机构的要求，自动选择控制单元仪表，组合成一个控制单元系统。
该产品具有如下特点：
1.WF-S位置发送器采用具有1/250分辩能力的高可靠性的导电塑料电位器。
2.采用集成电路技术，功耗少、温升低，具有恒流输出稳定可靠。
3.可以在规定的行程范围内设计带限位控制。
4.用电位器调整零点和行程简单易行。
5.调整反零位（20~4）mADC（10~0）mADC只需调换电位器①、③两点，稍加调整即可。
6.位置反馈所用电器原件都经筛选，并且组装后经高低温试验，保证执行机构高可靠性要求，平均无故障MBTF>25，000小时。
二、工作原理和结构特点
（一）工作原理：
DKZ型电动执行机构是一个用交流伺服电动机为原动机的位置伺服机构，其系统方块图如图1所示。
工作原理
FC伺服放大器
SD单相伺服电机
WF位置发送器
Z减速器
DFD电动操作器
C调节阀
图1电动执行机构系统方块图
电动执行机构处于连续调节的控制过程状态：
当输入信号Iλ1=0（或4mADC）时,位置发送器反馈电流I反=0（或4mADC） ,此时伺服放大器没有输出电压，交流伺服电动机停转，执行机构输出轴稳定在预选好的零位。
当输入信号Iλ1>0（或4mADC）时（接入极性应与位置反馈电流极性相反）此输入信号与系统本身的位置反馈电流在伺服放大器的前置级磁放大器中进行磁势的综合比较，由于这二个信号大小不相等且极性相反就有误差磁势出现，从而使伺服放大器有足够的输出功率，驱动交流伺服电动机，执行机构输出轴就朝着减少这个误差磁势的方向运动，直到输入信号和位置反馈信号二者相等为止，此时输出轴就稳定在与输入信号相对应的位置上。
电动执行机构三种控制方式：
1.当电动操作器切换开关放在“自动”位置时，即处在连续调节控制状态，其控制过程如上所述。
2.当电动操作器切换开关放在“手动”位置时，即处在手动远方控制状态，操作时只要将旋转切换开关分别拔到“开”或“关”的位置，执行机构输出轴就可以上行或下行，在运动过程中观察电动操作器上的阀位开度表，到所需控制阀位开度时，立即松开切换开关即可。
3.当电动操作器切换开关放置“手动”位置，把交流伺服电动机端部旋钮放在“手动”位置时，拉出执行机构上的手轮，摇动手轮就可以实现手动操作。
当不用就地手动操作时，千万要注意，把交流伺服电机端部的旋钮放在“自动”位置，并把手轮推进。
（二）结构特点：
电动执行机构由伺服放大器和执行机构二个结构上相互独立的整体构成。
执行机构为现场就地安装式结构，在减速器箱体上装有交流伺服电机和位置发送器。
减速器上有手动部件、输出轴、机械限位块。
位置发送器与减速器的联接结构如图2所示，它们之间的联接和调整是通过杠杆和弹簧来实现的。
当减速器输出轴上下运动是时，杠杆一端依靠弹簧的拉力紧压在输出轴的端面上，因而传感器：
芯棒产生轴向位移，达到改变位置发送器输出电流大小的目的。
由于传感器芯棒移动距离为8mm而对应的位置反馈电流为4~20mA或0~10Ma。
输出轴位移的行程和位置发送器输出电流呈线性关系。
利用杠杆支点距离的不同来改变行程的变化。
机械限位块则按行程不同来时行设置。
图2电动执行机构位置发送器和减速器的联接示意图
三、使用场合
DKZ型直行程电动执行机构可以与变送器，调节器等仪表配套使用，它以电源为动力，接受4~20mADC或0~10mADC信号，将此转换成与输入信号相对应的直线位移，自动地操纵阀门等调节机构，完成自动调节任务，或者配用电动操作器实现远方手动控制，该仪表可广泛应用于发电厂、钢
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