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毕业设计基于单片机的电动自行车控制系统设计完整版.doc
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[毕业设计]基于单片机的电
动自行车控制系统设计【完
整版】
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摘 要
随着现代社会的不断进步,环境和能源问题越来越受到人们的重视。由于
燃油车辆的废气造成的环境污染、噪声污染以及石油资源的危机,无污染、低
噪声和节能的电动交通工具已经成为世界各国研制开发的热点。电动自行车作
为最简单的电动车辆近几年在世界各地尤其是亚洲地区取得了巨大进展。
电动自行车的运行,与一般的工业应用不同,对驱动系统的要求较高,要
求电动自行车车用电动机可靠性好,能够在较恶劣环境下长期工作。直流无刷
电机采用逆变器驱动,进行电子换向,具有没有换向火花、抗干扰性强、运行
可靠、维护简便、使用寿命长等优点,电动自行车一般采用永磁无刷直流电机
作为驱动电机。
电动自行车控制系统的设计对电动自行车运行起着非常重要的作用。利用
单片机为控制核心的电机控制器比以往用模拟电路、数字电路、专用芯片所做
成的控制器,在功能和整体性能上都有很大提高。本文所设计电动自行车控制
系统以 ATMEL 公司的 AT89C2051 单片机作为控制核心,由霍尔调速手柄、由 A/D
转换器、刹车装置、电机驱动电路和欠压、过流保护电路等组成。通过硬件和
软件的综合设计,设有欠压保护、过流保护、刹车断电等多种保护功能。
关键词:电动自行车; 永磁无刷直流电机; 控制系统; 过流保护
Abstract
With the constant advancement of modern society, the environment and energy
issues more and more people's attention. As fuel vehicle emissions caused by
environmental pollution, noise pollution and oil resources of the crisis, non-polluting,
low noise and the electric energy-saving modes of transport has become the world's
hot spots developed countries. Electric bicycles as the most simple of electric
vehicles in recent years around the world especially in the Asian region has made
tremendous progress.
The operation of electric bicycles and general industrial applications different,
the drive system of higher demand for electric bicycle motor vehicle reliability, and
in a harsh environment of long-term work. Brushless DC motor drive inverter used
for the conduct of electronic switch, with no change to spark strong anti-interference,
reliable operation, maintenance is simple, long life and other advantages of using
permanent magnet electric bicycles in general as BLDCM Electric drives.
Electric Bicycle control system designed to run electric bicycles played a very
important role. SCM used for the control of the motor controller core than ever
before with analog circuits, digital circuits, ASIC caused by controllers, the functions
and overall performance has greatly improved. In this paper, designed by Electric
Bicycle control system to ATMEL's AT89C2051 SCM control as the core, from Hall
governor handles, from A / D converter, brakes, motor-driven and under-voltage
circuit, overcurrent protection circuits, and other groups 10%. Through the integrated
hardware and software design, with under-voltage protection, overcurrent protection,
brake power and other protection.
Key words: Electric bicycles; Eermanent magnet brushless DC motor;
Control system; Overcurrent protection
目 录
1 绪论 ..........................................................................................................................1
1.1 课题的背景和意义 .............................................1
1.2 国内外电动车研究现状 .........................................2
1.3 电动自行车的结构 .............................................6
1.4 电动自行车驱动控制的相关技术 .................................8
1.4.1 电动机 ...................................................9
1.4.2 电池 .....................................................9
1.4.3 驱动及控制系统 ..........................................10
1.5 本文内容结构 ................................................11
2 永磁无刷直流电机结构与工作原理 ....................................................................12
2.1 永磁无刷直流电机的结构 ......................................12
永磁无刷直流电机驱动系统构成 .................................13
2.1.2 电机本体 ................................................14
2.1.3 转子位置传感器 ..........................................15
2.1.4 逆变器电路 ..............................................17
2.2 永磁无刷直流电机的运行原理 ..................................19
2.2.1 根本运行原理 ............................................19
2.2.2 永磁无刷直流电机的数学模型 ..............................20
2.3 永磁无刷直流电机的 PWM 控制 ..................................26
2.3.1 PWM 控制技术原理简介 .....................................26
2.3.3 PWM 调制与电机转速 .......................................27
3 控制系统硬件电路设计 ........................................................................................29
3.1 控制系统系统硬件结构框图 ....................................29
3.2 AT89C2051 单片机简介 .........................................29
3.3 单元电路设计 ................................................31
3.3.1 电源电路 ................................................31
3.3.2 单片机时钟及复位电路 ....................................32
3.3.3 霍尔调速手柄电路 ........................................33
3.3.4 刹车电路 ................................................34
3.3.5 欠压保护电路 ............................................35
3.4 系统过流保护电路 ............................................36
3.5 电动机驱动电路 ..............................................37
3.6 系统总体电路图 ..............................................39
4 控制系统软件设计 ................................................................................................41
4.1 软件设计中应考虑的问题 ......................................41
4.2 软件结构框图 ................................................41
4.2.1 主程序框图 ..............................................41
4.2.2 中断效劳程序框图 ........................................43
5 总结与展望 ............................................................................................................44
5.1 控制系统总结 ................................................44
5.2 未来的展望 ..................................................44
致 谢 ........................................................................................................................45
参考文献 ....................................................................................................................46
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