单片机控制电动车设计报告

天津工业大学生产实习报告姓名学院专业班级学号指导教师2012年月日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目录摘要I1概述12总体设计33电路设计54程序设计105PCB元件图13参考文献151概述11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。12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（34），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。流程图如图所示开始栈针初始化分配显示缓冲设置中断开CPU中断允许INT0扫描键盘按下未按下扫描扫描IN7启动A/D转换启动A/D转换调用调宽子程序调用显示程序返回图8单片机流程图单片机程序INCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARSBITCLKP24SBITSTP25SBITEOCP26SBITOEP27SBITPWMP30SBITLEDP20SBITPKP01VOIDDELAYMSUINTMSUCHARIWHILEMSFORI0I25，000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I10（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I10（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420MA或010MA。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420MADC或010MADC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、钢铁厂、化工、轻工等工业总门的调节系统中。该仪表有连续调节、远方手动控制和就地手动操作三种控制方式。该仪表适用于无腐蚀性气体、环增色温度为2570，相对温度为95的场所。产品二DZZHDZZM型自动气象站一、概述DZZH、DZZM型自动气象站，是一个坚实可靠、无移动部件、全固态化风速、风向、温度、气压四要素自动气象站。其风速、风向的测量采用“THERMALFIELDVARIATION”（热场变化）专利技术。风速、风向参数是由风吹过一个加热圆筒，而使这个圆筒周围的热场发生改变而获取。DZZH、DZZM型自动气象站能够精确、快速响应风的变化，并具有零起动风速的阈值。传感器中没有轴承或电位计，因此不会受到腐蚀或磨损的影响，同时该气象站内置自动加热系统，不会受到结冰的影响。其中DZZH型由于采用了特殊材料的外壳，并对其进行防腐处理，可用于海上平台或海洋性气候的台站。DZZM型除可用于常规气象台站使用外，还可在空气污染严重、环境极其恶劣的情况下使用。二、特点高可靠性、高精确度零起动风速阀值、无移动部件抗干扰能力强、免维护自动循环自检测三、性能可靠，终身免维护独特的结构和先进的技术保证DZZHDZZM型自动气象站具有环境适应能力强、性能稳定可靠的特点。产品终身免维护，大大减少停机时间和维护人员的工作量。四、技术参数风速测量范围0M/S70M/S精度055VM/SV为实际风速值分辨率01M/S风向测量范围0360全方位，无盲区精度50分辨率01信号输出选择RS485模式，半双工协议工作环境工作电压DC24V6V工作温度4060存储温度5595最大功率35W除冰选件48VDC，450W大气压力测量范围6000HPA1100HPA最大允许误差5HPA分辨力01HPA产品三ZRJD电动调节蝶阀一、概述ZRJD型电动调节蝶阀由3810/3410系列电动执行机构与蝶阀组合构成。3810系列电子式电动执行器，是以220V交流单相电源作为驱动电源，接受来自计算机、调节器的420MDC，或者15VDC输入信号来运转的全电子式执行机构，机内有伺服系统，无需另配伺服放大器。二、特点ZRJD型电动调节蝶阀具有功能强，体积小，性能可靠等优点。配套简单，流通能力大，特别适合于介质是粘稠，含颗粒，纤维性质的场合。它可广泛应用于食品、环保、轻工、石油、化工、教学设备、造纸、电力等行业的工业过程自动控制系统中。三、工作原理和结构ZRJD型电动调节蝶阀由3810/3410系列电动执行机构与蝶阀组合构成。3810系列电子式电动执行器，是以220V交流单相电源作为驱动电源，接受来自计算机、调节器的420MDC，或者15VDC输入信号来运转的全电子式执行机构，机内有伺服系统，无需另配伺服放大器，关键部件“控制器”采用先进的混合集成电路，并用树脂浇铸固化，经老化处理，可靠性高，防潮，防震。用电位器调整零点、行程、灵敏度方便易行；用功能开关任意选择正、反动作，选择断信号的三种状态。同时，执行器具有过载保护、温度保护及压缩弹簧保证阀门关严的三种保护功能。是一种高可靠性的产品，可与各种直行程和角行程调节阀门组成模拟量控制型电动调节阀。3410系列电动执行器是以220V交流单相电源为驱动电源，输入信号采用220V交流开关信号，电机采用交流可逆单相齿轮减速电机，开度检测采用精密导电塑料电位器，阀位输出可选择电阻或420MADC，可与各种角行程调节阀门组成开关控制型电动调节阀。蝶阀是在圆柱形的阀体通道内，安有一个圆盘状蝶形阀板，它绕着轴线作090旋转。蝶板处在0时，阀门全闭，旋转到90度时，则阀门全开。蝶阀结构简单、体积小、重量轻，操作灵活、安装方便、流通能力大等优点，旋转90即可快速启闭。蝶阀具有较好的流量控制特性，蝶阀处于完全开启位置时，只有蝶形阀板厚度是介质流经阀体时的唯一阻力，所产生的压力降较小。蝶阀与管道连接有对夹式、法兰式和对焊连接等几种。对夹式蝶阀是用双头螺栓将阀门夹接在两管道法兰之间。法兰式蝶阀是阀门上带有法兰，用螺栓将阀门两端法兰与管道上的法兰连