多用途喷药小车的调速装置设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 摘 要 采用单片机控制永磁无刷直流电动机的调速系统适用于电动小车等小功率的工作况。并且可以将多余的电能进行回溃。该调速控制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。比较适合生活生产的使用实际需要。 本文从小车调速系统要求分析入手，将整个系统分成了四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略以及实现的方法。详细的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与电量，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求，达到设计目的。 关键词 ： 单片机； 脉宽调速系统； 电动机； 传感器； 蓄电池 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 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. Tally with the actual situation . 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 Intels 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 and electrical quantities, through hardware and software support, for the entire system design requirements. Key words: SCM； pulse speed control system； motor； speed sensor； battery 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 目 录 1 绪论 . 1 1.1 本课题的研究背景和意义 . 1 1.2 控制理论的概念 . 1 1.3 电动机控制技术的发展 . 2 1.3.1 电力电子器件的发展 . 2 1.3.2 微机控制电动机技术的发展 . 2 1.3.3 微机控制电动机的特点 . 2 1.4 本课题的主要任务 . 3 2 喷药小车电动机的研究 . 3 2.1 电动车对电动机的基本要求 . 4 2.2 永磁无刷直流电动机特性分析 . 4 2.2.1 无刷直流电动机的结构 . 4 2.2.2 永磁无刷直流电动机的基本性能 . 5 2.2.3 永磁无刷直流电动机的控制系统 . 5 2.2.4 直流无刷电机的运行原理 . 5 2.2.5 永磁无刷直流电动机的不足 . 7 3 总体设计布局 . 7 4 电动小车调速系统的硬件设计 . 7 4.1 MCS-51 单片机内部结构 . 7 4.3 电流检测单元 . 11 4.3.1 霍尔电流传感器的测量原理 . 11 4.3.2 电流检测电路 .12 4.4 速度给定单元 .13 4.4.1 霍尔转把结构 .13 4.4.2 霍尔转把的信号特征 .13 4.5 速度检测单元 .14 4.5.1 霍尔位置检测电路 .14 4.5.2 集成转速传感器 .15 4.5.3 集成型速度传感器的性能特点 .16 4.6 译码器 .16 4.7.1 Intel8279 可编程键盘显示器接口简介 .17 4.7.2 蓄电池的容量显示 .18 4.8 控制器保护功能欠压检测电路 .18 5 电动小车控制器软件设计 .19 5.1 系统软件设计的基本要求 .19 5.2 系统主程序结构 .20 5.2.1 主程序流程 .20 5.2.2 定时中断服务程序流程 .20 5.2.3 AD 中断服务 程序流程 .21 5.3 电机控制程序设计 .21 5.3.1 速度调节程序 .21 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 5.3.2 电流调节程序 .22 5.4 软件抗干扰设计 .22 结论 .24 致 谢 .25 参考文献 .26 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 1 1 绪论 1.1 本课题的研究背景和意义 全套资料带 CAD 图， QQ 联系 414951605 或 1304139763 本设计的出发点源自生活实际的需要，满足我国农民在农业生产时候的使用。我国作为世界上的农业大国，农业是国家发展的一个命脉。国家人口众多，需要的农业产品数量便自然而然的也有量上的要求，于是种植便是发展的一个要素。加上我国地理环境多种多样，使得在多样的环境中 还能满足生产需要显得尤为重要。本设计是在农产品种植过程中对农作物实施喷药作业时的一个半自动化工具的一个部分。 电动喷药小车的研发，其控制器部分是核心的一个组成，于是控制器的设计便是一个重要的任务。 1.2 控制理论的概念 随着社会的进步和科学技术的发展，控制理论经历了从传统控制理论到大系统理论和智能控制理论的发展历程。传统控制理论包括经典控制理论和现代控制理论。经典控制理论主要解决单输入单输出问题，并采用传递函数、时域及频域分析方法研究对被控对象的控制，其研究对象主要是线性定常对象。现代控制理论从时域研究了多 输入多输出线性系统，建立了刻划控制系统本质的基本理论，使控制从一类工程设计方法提高成为一门新的科学。虽然传统控制理论曾经在一段时期成为解决控制问题的有力工具并在当今控制领域起着重要作用，但是随着科学技术的发展，工程科学对控制提出了更高的要求，传统控制理论却表现出了它的局限性。工业生产过程多具有非线性、时变性和不确定性，一般难以用精确的数学模型描述。传统控制理论的任务在于反馈控制使闭环系统稳定。但工程技术提出的控制任务远不能用稳定来概括，面对复杂的对象，复杂的环境和复杂的任务必须发展新概念、理论与方法 【 1】 。 智能控制理论是控制理论与人工智能相结合的产物，是传统控制理论在深度上的挖掘，其目标是提高控制系统自寻优、自适应、自学习、自组织等方面的智能水平。迄今为止，世界上最高级、最有成效的控制器还是人类自身，因为人具有比任何其他动物都发达的大脑，人具有处理模糊信息和直觉推理等多种智能 【 1】 。从不同角度模拟人的智能就产生了不同的智能控制理论分支，其中应用较多的有模糊控制、专家系统和神经网络等 【 2】 。从广义上讲，各种智能控制方法的共同点是使工程控制系统具有某种仿人的智能，即研究人脑的微观或宏观结构功能，并把它移植到工 程上 【 3】 。 “电动小车调速系统研究”课题的主要任务是研制一种电动小车调速装置，为机器控制电动小车自主运行研究做前期准备工作。另外，在运动控制系统中应用最普遍的是电动中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 2 机自动调速系统。由于直流电动机具有极好的运行性能和控制特性，长期以来是自动调速系统的主要形式。在许多工业部门，如金属加工、纺织、海洋钻探、轧钢、矿山采掘、造纸以及电动汽车等需要高性能可控电力拖动的场合，广泛采用直流调速系统。因此研究电动小车调速系统具有重要的理论和现实意义。 1.3 电动机控制技术的发展 电动机控制是一门集电动机运行理论、电子技术 、自动控制理论和微机控制技术于一起的机电一起化技术 【 4】【 5】 。随着这些相关技术的进步，电动机控制技术也在不断地发展。 1.3.1 电力电子器件的发展 从 20 世纪 50 年代中期第一代电力电子器件即普通晶闸管 (Thyristor)发明至今，电力电子器件的发展已经历了第二代有自关断能力的电力电子器件、第三代复合场控器件和第四代功率集成电路等。功率集成电路 (Powerintegratedcircuit， PlC)的出现是电力电子器件发展的第四次突破，它实现了电力电子技术和微电子技术的结合以及动力 信息一体化，将电动机控 制技术推向了一个新时代。自问世以来，晶闸管的功率容量己提高了 3000 倍。 电力电子器件的一个新的发展动向是电力电子器件向集成化、智能化方向发展。智能功率模块 (Intelligent Powermodule， IPM)是电力电子器件向第四代功率集成电路发展的过渡产品，它是微电子技术和电力电子技术相结合的产物。功率集成电路不仅具有一定的功率输出能力，而且具有逻辑、控制、传感、检测、保护和自诊断功能。功率集成电路内集成有驱动电路、保护电路，可实现过电流、短路、欠压和过压等保护功能。外界只需提供PWM 信号，智能功率模 块就可以实现以往复杂的主电路及其外围电路的功能。 可以预期，新的更高性能的电力电子器件还会出现，已有的各代电力电子器件的性能还会不断地改进和提高。 1.3.2 微机控制电动机技术的发展 微型计算机应用的普及，为电动机控制实现数字化、高性能化和网络化创造了条件。目前除采用各类单片微机作为数字控制器核心外，数字信号处理器 (DSP)已展现出越来越大的优势。 借助于数字和网络技术，智能控制已深入到电动机控制系统的各个方面。基于现代控制理论的控制方法建立在对象精确的数学模型之上，需要传感器、观察器，结构复杂，无法摆脱系 统非线性和参数变化的影响。智能控制无需对象的精确数学模型并具有较强的鲁棒性，近年已被陆续引入电动机的控制之中，使电动机控制朝着智能化控制方向发展 【 5】 。 1.3.3 微机控制电动机的特点 与连续控制相比较，电动机数字控制有如下主要特点 【 6】 ： 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 3 (1)控制系统集成度高，硬件电路单一，可靠性高，可重复性好。 (2)一台微机可以为多个控制回路服务，完成较多的控制功能。 (3)对于不同的控制算法和要求，一般不必改变系统的硬件，只需按新的控制算法编制新程序即可。 (4)借助一些人机界面设备可实现对系统运行状态的监控、预 警、故障诊断等功能；借助处理器的通讯功能可实现与上位机的通讯；借助现场总线技术可实现底层控制设备的联网，因而能方便地实现高复杂度的多机协同工作。 (5)计算机运算速度快，精度高，具有逻辑判断能力，且具有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制规律，以达到较高的控制质量。 (6)数字量的运算不会出现模拟电路中的零点漂移问题，容易保证足够的控制精度。由于微机控制电动机有上述特点，所以微机控制电动机的理论及应用得到迅速地发展，成为运动控制系统的发展方向之一。 1.4 本课题的主要任务 现代电动车是融合了电力、电子 、机械控制、材料科学以及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、电动机及传感器。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、开关磁阻电动机以及永磁无刷电动机等。 本论文主要内容包括： (l) 根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽 PWM 控制，检测直流无刷电机运转时产生的反电势来确定转子的位置，从而确定换向点和换向时刻。 (2) 利用液晶技术，设计出电动小车的运行过程中的参数显示系 统。 (3) 实验、计算、分析结果得出结论。 2 喷药小车电动机的研究 在所有已有的电动机中，综合性能最好的是直流电动机。过去开发的电动车主要采用有刷直流电动机，有刷直流电动机系统调速方便，改变其输入电压或励磁电流就可对其转矩实现独立的控制，进行平滑的调速，所以有刷直流电动机调速系统具有良好的动态特性和调速品质。但是有刷直流电动机系统由于电刷和换向器的存在而导致以下两方面缺点：第一，必须进行经常性的维修和保养；第二，无法实现高速大容量。这两方面的缺点使其在电动车驱动系统中的应用受到了限制。而无刷直流电动机则克 服了有刷直流电动机的缺点，它既有有刷直流电动机的优越的性能，又依靠电子换向，免去了机械式电刷和换向器。本系统选用无刷直流电动机。无刷直流电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台有电子开关线路、永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。它借助反映中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 4 转子位置的位置信号，通过驱动控制电路，驱动逆变电路的功率开关元件，使电枢绕组依一定次序馈电，从而在气隙中产生步进式旋转磁场，拖动永磁转子旋转。随着转子的转动，转子位置信号依一定规律变化，从而改变电枢绕组的通电状态，实现无刷直流电动机的机械能量转换。 2.1 电动小车对电动机的基本要求 电动小车的运行，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) 电动小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) 电动小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) 电动小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，这在内燃机的摩托车上是不能实现的。 (4) 电动小车用电动机应在整个运行范围内，具有高的效率，以提高 1 次充电的续驶里程。另外还要求电动小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 永磁无刷直流电动机特性分析 2.2.1 无刷直流电动机的结构 图 1 无刷直流电动机的结构 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 5 2.2.2 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，在电动小车中有着很好的应用前景。 2.2.3 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。 2.2.4 直流无刷电机的运行原理 直流无刷电动机控制器是用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，主要由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两个部件组成，如图 2 所示。 功率逻辑开关单元是控制电路的核心，其功能是将电源的功率以一定的逻辑关系分配给直流无刷电动机的定子上各相绕组，以便电动机产生持续不 断的转矩。而各相绕组导通的顺序和时间与转子的位置有关，主要取决于来自位置传感器的信号及逻辑开关信号。 【 7】 传感器信号逻辑处理器 N V1 V3 V2 A B C H2 H3 H1 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 6 图 2 无刷直流电动机结构原理 一般的永磁式直流电动机的定子由永久磁钢组成，其主要作用是在电动机 气隙中建立磁场，其电枢绕组通电后产生电枢反应磁场，由电力电子逆变 器供给电枢绕组的电流并不是正弦波，而是 120的方波，因而三相合成磁动势不是恒速旋转的，而是跳跃式的步进磁动势，它和恒速旋转的转子磁动势产生献转矩除了平均转矩之外，还有脉动分量。由于电力电子逆变器的换向作用，使得这两个磁场的方向在电动机运动的过程中始终保持一定的角度，从而产生最大平均转矩而驱动电动机不停地运转。 图 3 无刷直流电动机的运行原理图 图 4 有位置传感器的直流无刷电机原理框图 图 5 无位置传感器 的直流无刷电机原理框图 直流电源 开关电路 电动机本体 位置传感器 直流电源 电子电路 电动机本体 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 7 2.2.5 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范围较小，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，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格控制，使其不发生过载。永磁无刷直流电动机在恒功率模式下，操纵复杂，需要一套复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很高。 3 总体设计布局 对于电动小车控制系统设计主要有四个方面：一、控制电 路的设计；二、传感器选择以及安放设计；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 6 所示。 4 电动小车调速系统的硬件设计 电动小车的性能指标一般包括：驱动性能、驾 驶性能、车载能源系统性能三部份，其中驱动性能取决于电机功率因素，车载能源系统性能取决于电池的容量，驾驶性能指标主要包括：加速性能、最大爬坡性能、刹车性能及驾驶里程性能等驾驶模式，驾驶性能指标的优劣取决于控制系统驾驶模式的技术。 4.1 MCS-51单片机内部结构 8051 是 MCS-51 系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲图 6 电动小车控制系统图 蓄电池 输入电路 电机控制器 电 动 机 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 8 解。 8051 单片机包含中央处理器、程序存储器 (ROM)、数据存储器 (RAM)、定时 /计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三 大总线，现在我们分别加以说明： （ 1）中央处理器 中央处理器 (CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码， CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 （ 2）数据存储器 (RAM) 8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的 字型表。 （ 3）程序存储器 (ROM) 8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 （ 4）定时 /计数器 (ROM) 8051 有两个 16 位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 （ 5）并行输入输出 (I/O)口 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口 (P0、 P1、 P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 （ 6）全双工串行口 8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 （ 7）中断系统 8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 （ 8）时钟电路 8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 图 7 MCS-51 内部结构示意图 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 9 (Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (Princeton)结构。 INTEL 的 MCS-51 系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS-96 系列单片机则采用普林斯顿结构。 图 7 是 MCS-51 系列单片机的内部结构示意图 【 8】 : （ 9） MCS-51 的引脚说明 MCS-51 系列单片机中的 8031、 8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 PDIP 结构，图 8 是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明： Pin20:接地脚。 Pin40:正电源脚，正常工作或对片内 EPROM 烧写程序时，接 +5V 电源。 Pin18:时钟 XTAL2 脚，片内振荡电路的输出端。 8051 的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在 18 和 19 脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取 10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1 接地，外部时钟信号从 XTAL2 脚输入。 MCS-51 系列单片机中的 8031、 8051 及8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，右图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源 和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线 与 P3 口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明： Pin20:接地脚。 Pin40:正电源脚，正常工作或对片内 EPROM 烧写程序时，接 +5V 电源。 Pin19:时钟 XTAL1 脚，片内振荡电路的输入端。 Pin18:时钟 XTAL2 脚，片内振荡电路的输出端。 8051 的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在 18 和 19 脚外接石英晶体图 8 PDIP 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 10 (2-12MHz)和振荡电容，振 荡电容的值一般取 10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1 接地，外部时钟信号从 XTAL2 脚输入。 输入输出 (I/O)引脚， Pin39-Pin32 为 P0 输入输出脚， Pin1-Pin1 为 P1.0-P1.7 输入输出脚， Pin21-Pin28 为 P2.0-P2.7 输入输出脚， P-Pin-P3.7 输入输出脚，这些输入输出脚的功能说明将在以下内容阐述。 Pin9:RESET/Vpd 复位信号复用脚，当 8051 通电，时钟电路开始工作，在 RESET 引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后， 程序计数器 PC 指向0000H， P0-P3 输出口全部为高电平，堆栈指钟写入 07H，其它专用寄存器被清 “0”。 RESET由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器 R0-R7）的状态， 8051 的初始态如表 1： 表 1 8051 的初始态 特殊功能寄存器 初始态 特殊功能寄存器 初始态 A 00H B 00H PC 00H SP 07H 4.2 A/D 转换芯片 ADC0809 芯片是最常用的 8 位模数转换器。 它的模数转换原理采用逐次逼进型，芯片由单个 5V 电源供电，可以分时对 8 路输入模拟量进行 A D 转换，典型的 A D 转换时间为 100 微妙左右。在同类型产品中， ADC0809 模数转换器的分辨率、转换速度和价位都 属于居中位置。 内部逻辑结构，如图 9 所示 : 图 9 ADC0809 内部结构 引脚功能说明 ： 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 11 D7 D0： 8 位数字量输出， A/D 转换结果。 IN0 IN7： 8 路模拟电量输入，可以是： 0 5V 或者 5V 5V 或者 10V +10V。 +VREF：正极性参考电源。 START：启动 A/D 转换控制输入，高电平有效。 入的工作时钟，典型频率 为 500KHz。 ALE：地址锁存控制输入，高电平开启接收 3 位地址码，低电平锁存地址。 CBA： 3 位地址输入，其 8 个地址值分别选中 8 路输入模拟量 IN0 IN7 之一进行模数转换。 C 是高位地址， A 是最低位地址。 OE：数字量输出使能控制，输入高有效，输出 A/D 转换结果 D7 D0。 EOC：模数转换状态输出。当模数转换未完成时， EOC 输出低电平；当模数转换完成时，EOC 输出高电平。 EOC 输出信号可以作为中断请求或者查询控制。 Vcc：芯片工作电源 5V。 GND：芯片接地端。 4.3 电流检测单元 4.3.1 霍尔电流传感器的测量原理 图 10 为霍尔电流传感器原理电路图，它是根据磁场平衡原理工作的。具体工作过程为：流过主回路的电流 IP在导线周围产生一个强的磁场，这一磁场被聚磁环聚集并感应霍尔器件，使霍尔器件有一电压信号输出。这一信号被放大嚣放大并使相应的功率管导通，从而获得一补偿电流 IS补偿电流 IS流过绕在聚磁环上的多匝副边线圈时所产生的磁场与主电流所产生的磁场方向相反，因而产生补偿作用，使磁场减少，霍尔电压也随着减少，最后当 IS所产生的磁场与 IP所产生的磁场相等时，补偿电流 IS将不再变化。 图 10 霍尔 电流传感器原理电路图 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 12 此时， NPIP NSIS 公式（ 1） 式中， NP 为原边线圈匝数； IP 为原边电流； NS 为副边线圈匝数； IS 为副边电流。 主回路电流 IP 的任何变化都会破坏磁场的平衡，一旦磁场失去平衡，霍尔器件就有电压信号输出，相应地就有补偿电流 IS 流过副边线圈进行补偿。从宏观来看，副边补偿电流IS 的安匝数在任何时刻都与主电流 IP 的安匝数相 等。由式 (1)可知，如果已知 NP、 NS，在测得 IS 的条件下即可求得原边电流 IP。 4.3.2 电流检测电路 对于两相导通三相六状态无刷直流电动机，任一时刻，只有两相绕组导通，电流从一相绕组流进，从另一相绕组流出，电流大小与直流侧电流大小相等。这样，只要在直流侧串联一个采样电阻就可以检测导通相的相电流。常见的无刷直流电动机的电流检测方法有：电阻法，霍尔电流传感器法，电流互感器法。这三种方法的对比如表 2 所示。 表 2 电阻法，霍尔电流传感器法，电流互感器法三种方法对比 在本 系统中采用霍尔电流传感器测量母线电流。与普通互感器相比，霍尔电流传感器有如下特点 【 9】 ； (1)霍尔电流传感器可以测量任意波形的电流，它的副边电流的波形可以不失真地反映原边电流的波形，而普通互感器只适用于测量 50Hz的正弦波。 (2)霍尔电流传感器的原边和副边之间完全绝缘，绝缘电压一般为 212kV，特殊要求可达2050kV。 精确度 好 好 中等 温度影响 小 大 小 费用 最低 最高 中等 隔离程度 不隔离 隔离 隔离 大电流检测能力 差 好 好 直 流偏置问题 存在 无 无 存在饱和 /滞后 无 有 有 耗能情况 高 低 低 是否接入电路中 是 否 否 直流 /交流检测 都可以 都可以 交流检测 电流检测方法 电阻法 霍尔电流传感器法 电流互感器法 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 13 (3)抗外磁场能力强。 (4)工作频带宽，在 0 100kHz频率范围内精度为 l，在 05kHz范围内为 0 5 。 (5)过载能力强，当原边电流过载时，模块可自动饱和，即使过载电流 是额定电流的 20倍，LEM模块也不会损坏。 (6)线性度好，优于 0 1 。 (7)动态响应时间小于 lus，跟踪速度高于 50A us。 4.4 速度给定单元 转把是控制电动小车车速的转换器件，是控制器的信号输入部件。电动小车上使用的转把根据传感器种类常见的有霍尔元件式转把和光电式转把两种，目前采用霍尔式转把的电动小车占多数。 电动小车的转把有 3根引线，分别是电源（ +5V）、地线和转把信号线（线性连续变化信号）。下面介绍霍尔元件式转把的构成。 4.4.1 霍尔转把结构 转把由固定的转把座和 霍尔元件、可动转柄和产生磁场强度均匀变化的磁钢构成。如图 11所示。转把的霍尔元件由三根引线输出送到控制器中。 4.4.2 霍尔转把的信号特征 霍尔转把输出电压的大小，取决于霍尔元件周围的磁场强度。转动转把，转把可动手柄上的磁铁跟着转动，即改变了霍尔元件周围的磁场强度，霍尔元件输出电压随之改变，也就是改变了霍尔转把的输出电压。 图 11转把外形构造 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 14 霍尔转把最常用的是以下两种信号转把： 14.2V 变化的正向转把和 4.21V变化的反向转把。其中绝大多数是正向转把，其他输出电压变化范围的转把，目 前市场中很少存在，为非标准产品，只存在早期生产的电动小车中。 4.4.3光电式转把 光电式转把有两种结构。一种是光电传感器位于转把中；另一种是光电传感器位于控制器中，转把手柄通过钢丝带动控制器内光电传感器内部的遮光板位移，光电管产生控制信号。