電動(dòng)自行車無(wú)刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)最終版

1、<p><b>　　2016屆畢業(yè)生</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　題 目: 電動(dòng)自行車無(wú)刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì) </p><p>　　院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)F

2、1205 </p><p>　　學(xué)生姓名： 余現(xiàn)飛 學(xué) 號(hào)： 201223910823 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 王秀霞 教師職稱： 講師 </p><p>　　2016 年 5 月 21 日</p><p>

3、<b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)我們生活的環(huán)境也在遭受嚴(yán)重破壞。隨著民眾 的環(huán)境保護(hù)意識(shí)和資源節(jié)約意識(shí)不斷提高，開(kāi)發(fā)應(yīng)用一種清潔、節(jié)能的新型交通工具已成為社會(huì)迫切的需要。電動(dòng)自行車的出現(xiàn)有效的解決了這一難題，極大滿足了人們的需要，已經(jīng)成為人們?nèi)粘６叹嚯x出行常用的交通工具。</p><p>　　

4、本文圍繞無(wú)刷直流電機(jī)控制技術(shù)方面的問(wèn)題，主要了解對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)、PWM脈寬調(diào)制和電機(jī)控制策略等重要方面的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一個(gè)以PIC16F72單片機(jī)為控制核心的的無(wú)刷直流控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)基本的控制功能。設(shè)計(jì)采用PIC16F72單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的控制單元，采用IR2130驅(qū)動(dòng)芯片為晶體管橋式電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的有效控制。該系統(tǒng)通過(guò)利用反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)法獲取的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸入到控制芯片，然后對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理而后輸入

5、到驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)改變驅(qū)動(dòng)電路中MOSFET管的導(dǎo)通順序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)的控制。通過(guò)欠壓和過(guò)電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制芯片和驅(qū)動(dòng)芯片的保護(hù)，使系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；控制系統(tǒng)；IR2130；PIC16F72</p><p>　　Title Design of Brushless DC Motor Controller for

6、 Electric Bicycle </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, the rapid development of social economy at the same time our living environment has also suffered serious

7、damage. With the people's awareness of environmental protection and resource conservation, the development and application of a new type of clean and energy saving vehicle has become an urgent need of the society. Th

8、e emergence of electric bicycles effectively solve this problem, greatly meet the needs of people, has become a common means of transportation for people's daily</p><p>　　This paper focuses on the techni

9、cal aspects of the brushless DC motor control, mainly to understand the important aspects of the rotor position detection, pulse width modulation (PWM) and motor control strategy, design a PIC16F72 MCU as the control cor

10、e of the brushless DC controller to realization of electric machine the basic control function. PIC16F72 microcontroller is used as the control unit of the control system, and the IR2130 driver chip is used to provide th

11、e driving signal for the tra</p><p>　　Keywords:Bushless DC motor；Control system； IR2130； PIC16F72</p><p><b>　　目 次</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p

12、>　　1.1無(wú)刷直流電機(jī)的發(fā)展概況和趨勢(shì)1</p><p>　　1.2課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)的要求與內(nèi)容1</p><p>　　2硬件器件的選擇3</p><p>　　2.1整體硬件結(jié)構(gòu)圖3</p><p>　　2.2 電機(jī)本機(jī)的選擇4</p><p

13、>　　2.3主控芯片的選擇4</p><p>　　2.4驅(qū)動(dòng)芯片的選擇5</p><p>　　2.5轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法的選擇6</p><p><b>　　3硬件電路設(shè)計(jì)7</b></p><p>　　3.1電源電路模塊7</p><p>　　3.2驅(qū)動(dòng)電路模塊7</p>

14、;<p>　　3.3電流檢測(cè)模塊8</p><p>　　3.4轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路模塊9</p><p>　　3.5欠壓檢測(cè)電路模塊10</p><p>　　3.6速度控制電路模塊10</p><p>　　3.7剎車電路模塊11</p><p>　　3.8單片機(jī)最小系統(tǒng)12</p>

15、<p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)13</b></p><p><b>　　4.1主程序13</b></p><p>　　4.2定子繞組換相子程序14</p><p><b>　　結(jié) 論15</b></p><p><b>　　致 謝16<

16、/b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)17</p><p><b>　　附錄18</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1無(wú)刷直流電機(jī)的發(fā)展概況和趨勢(shì)</p><p>　　19世紀(jì)40年代有刷直流電動(dòng)機(jī)誕生，在相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)階

17、段內(nèi)憑借它優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、調(diào)速范圍寬、較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)在誕生以來(lái)在電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)裝置中占據(jù)著主導(dǎo)地位，但普通的直流電動(dòng)機(jī)存在換向時(shí)電刷和換向器的強(qiáng)迫性接觸造成電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，可靠性差，經(jīng)常需要定期維護(hù)和保養(yǎng)，而且電刷和換向器接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花和噪音等缺點(diǎn)大大限制了其應(yīng)用范圍。近年來(lái)電力電子技術(shù)的發(fā)展和永磁材料性能的不斷提高使無(wú)刷直流電機(jī)的出現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。它不僅具有有刷直流電機(jī)的優(yōu)異性能而且相較于有刷直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)可靠性更強(qiáng)，更加穩(wěn)定，因

18、而獲得了更為廣泛的應(yīng)用。隨著時(shí)代的進(jìn)步，傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)由于需要安裝位置傳感器為驅(qū)動(dòng)電路提供轉(zhuǎn)向信號(hào)，給它的應(yīng)用帶來(lái)諸多不便。比如增加電機(jī)的體積和成本、降低電機(jī)運(yùn)行的可靠性、在某些特定的工作環(huán)境無(wú)法使用、影響電機(jī)運(yùn)行的性能、增加生產(chǎn)工藝的難度等。因而自無(wú)刷直流電機(jī)誕生以來(lái)，對(duì)于在沒(méi)有位置傳感器的情況下怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制研究就沒(méi)有中斷，而且現(xiàn)在已經(jīng)取得了很多成果?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)控制方式主要有用專用集成電路控制、數(shù)值信號(hào)處理

19、以及使用微處理器控制等幾種方式。現(xiàn)在可以說(shuō)針對(duì)它的控制技術(shù)已相對(duì)比較</p><p>　　1.2課題研究的目的和意義</p><p>　　電動(dòng)自行車以其便捷、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)已成為越來(lái)越多市民短途出行的代步工具，研究實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車無(wú)刷電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)自行車調(diào)速、穩(wěn)定運(yùn)行等方面有效地控制，對(duì)于人們?nèi)粘３鲂邪踩婉{駛體驗(yàn)具有重要的意義。</p><p>　　1.3

20、設(shè)計(jì)的要求與內(nèi)容</p><p>　　設(shè)計(jì)的要求：選擇電動(dòng)自行車的無(wú)刷直流電機(jī)作為此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究對(duì)象，了解認(rèn)識(shí)有關(guān)它的無(wú)位置傳感器控制技術(shù)方面的關(guān)鍵問(wèn)題，主要對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)、PWM調(diào)制方式以及電機(jī)控制策略等方面有清晰地認(rèn)識(shí)并做出設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)自行車的控制，并且具有一定的可靠性。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容:</b></p><

21、p>　?。?）了解反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法的原理，完成對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）了解IR2130驅(qū)動(dòng)芯片的功能，完成對(duì)驅(qū)動(dòng)逆變電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）完成對(duì)速度調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）完成對(duì)剎車電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）完成對(duì)過(guò)流和欠壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。</p&

22、gt;<p><b>　　2硬件器件的選擇</b></p><p>　　2.1整體硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　如下圖2.1所示，設(shè)計(jì)的無(wú)位置傳感器控制器系統(tǒng)主要由電源模塊、欠壓保護(hù)模塊、電流檢測(cè)模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)模塊構(gòu)成。電源模塊主要為PIC16F72單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)芯片IR2130提供以及其他電路提供電壓；電流檢測(cè)模塊將檢測(cè)的電流送入單片

23、機(jī)，電流過(guò)大時(shí)及時(shí)關(guān)閉PIC16F72單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片，以防燒壞控制單元和驅(qū)動(dòng)單元的芯片，使電機(jī)能夠安全有效運(yùn)行；轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路將檢測(cè)出的信號(hào)輸入到PIC16F72相應(yīng)的引腳中，經(jīng)過(guò)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換輸出控制字改變當(dāng)前的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)后輸入到驅(qū)動(dòng)模塊，通過(guò)它改變功率管的導(dǎo)通順序，實(shí)現(xiàn)定子繞組的換相；調(diào)速模塊信號(hào)輸入控制芯片相應(yīng)的引腳中，經(jīng)PIC16F72控制芯片內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊改變PWM調(diào)制脈沖的占空比，輸出相應(yīng)的功率改變電機(jī)的運(yùn)

24、行速度。</p><p>　　圖2.1硬件電路結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　2.2 電機(jī)本機(jī)的選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用永磁無(wú)刷直流電機(jī)作為研究的控制對(duì)象，與其它電機(jī)相比，它性能可靠、沒(méi)有換向火花、有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，壽命長(zhǎng)、調(diào)速范圍寬、尺寸小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較低等優(yōu)點(diǎn)，并且設(shè)計(jì)控制裝置時(shí)也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)相比有比較少的勵(lì)磁消耗，能夠使電能得到

25、最大程度的利用。</p><p>　　2.3主控芯片的選擇</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用PIC16F72單片機(jī)作為控制核心。PIC16F72單片機(jī)相對(duì)于其他單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，它的指令非常簡(jiǎn)單，是哈弗總線結(jié)構(gòu)。PIC16F72單片機(jī)引腳圖如圖2.3所示，它包含有外部時(shí)鐘輸入單元，工作頻率是20MHz，128字節(jié)8位寬的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，8個(gè)中斷，帶有2K字14位寬的程序存儲(chǔ)空間，3個(gè)8位I

26、/O口以及PORTA、PORTB、PORTC。還有三個(gè)定時(shí)器模塊：TIMER0、TIMER1、TIMER2。還帶有一個(gè)CCP模塊；5路8位模數(shù)轉(zhuǎn)換可提供檢測(cè)外部電路的電壓，一個(gè)外部中斷輸入腳，可處理突發(fā)事件。在CPU方面：精簡(jiǎn)指令僅有35條；它的運(yùn)算速度是20M外部時(shí)鐘輸入，200ns指令周期；2K*14位字節(jié)的程序存儲(chǔ)空間；并且在輸出引腳與PIC16F872、PIC16C72/A兼容，它具有中斷功能其具備8級(jí)硬件堆棧；支持直接尋址、間

27、接尋址、相對(duì)尋址模式。</p><p>　　圖2.3 PIC16F72引腳圖</p><p>　　主要引腳引腳應(yīng)用如下： </p><p>　　a. 引腳1：MCLR復(fù)位/燒寫(xiě)高壓輸入兩用口 </p><p>　　b. 引腳2：模擬量輸入口：電源電壓經(jīng)分壓后的輸入口，單片機(jī)將此信號(hào)進(jìn)行A-D轉(zhuǎn)換后判斷電池電壓是否過(guò)低，如果低則切斷輸出以保護(hù)

28、電池，避免電池因過(guò)放電而損壞。正常時(shí)電壓應(yīng)在3V以上</p><p>　　c. 引腳3：模擬量輸入口：線性霍爾元件調(diào)速輸入口。 </p><p>　　d. 引腳4：模擬量輸入口，放大后的電流信號(hào)輸入口。 </p><p>　　e. 引腳5：模擬/數(shù)字量輸入口，剎車信號(hào)電壓輸入口?？梢允褂肁D轉(zhuǎn)換器判斷，或根據(jù)電平高低判斷，單片機(jī)收到該信號(hào)后切斷給電機(jī)的供電，以減少不

29、必要的損耗。</p><p>　　f. 引腳8：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源地。 </p><p>　　g. 引腳9：?jiǎn)纹瑱C(jī)外接晶振輸入腳。 </p><p>　　h. 引腳10：?jiǎn)纹瑱C(jī)外接晶振反饋輸出腳。</p><p>　　i. 引腳13：數(shù)字輸出口：PWM調(diào)制信號(hào)輸出腳。 </p><p>　　j. 引腳15、16、17：電動(dòng)機(jī)

30、轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸入口，單片機(jī)根據(jù)其信號(hào)變化輸出相應(yīng)的控制信號(hào)使電機(jī)相應(yīng)的繞組通電，實(shí)現(xiàn)定子繞組的換相。 </p><p>　　k. .引腳19：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源地。 </p><p>　　l. 引腳20：?jiǎn)纹瑱C(jī)電源正。+5V電壓輸入，上限是5.5V。</p><p>　　m. 引腳21：外部中斷輸入口，采樣電流過(guò)大時(shí)或不在其控制范圍內(nèi)時(shí)，有低電平脈沖輸入單片

31、機(jī)后產(chǎn)生中斷。</p><p>　　n. 引腳23-28：數(shù)字輸出口，是功率管的邏輯開(kāi)關(guān)。</p><p>　　2.4驅(qū)動(dòng)芯片的選擇</p><p>　　設(shè)計(jì)采用的驅(qū)動(dòng)電路芯片選擇專用功率晶體管驅(qū)動(dòng)芯片IR2130。驅(qū)動(dòng)芯片IR2130的引腳圖如圖2.4所示。</p><p><b>　　主要引腳功能:</b></

32、p><p>　?。?）引腳1：VCC是電壓輸入端。</p><p>　　（2）引腳2、3、4：HIN1、HIN2、HIN3是單片機(jī)控制上橋的輸入信號(hào)，</p><p>　?。?）引腳5、6、7：LIN1、LIN2、LIN3單片機(jī)控制下橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào),</p><p>　?。?）引腳8：FALUT處理電機(jī)運(yùn)行中的突發(fā)事件,</p>&l

33、t;p>　?。?）引腳9：ITRIP是電流檢測(cè)輸入端口,VSS是電源地，</p><p>　?。?）引腳27、23、19：HO1、HO2、HO3驅(qū)動(dòng)逆變橋上臂功率管，</p><p>　?。?）引腳16、15、14：LO1、LO2、LO3驅(qū)動(dòng)逆變橋下臂功率管。</p><p>　　圖2.4 IR2130的引腳圖</p><p>　　2.

34、5轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法的選擇</p><p>　　現(xiàn)在市場(chǎng)上有關(guān)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的方法主要有利用編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、霍爾元件、以及反電動(dòng)勢(shì)法，本次設(shè)計(jì)采用比較流行的反電動(dòng)勢(shì)法來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的檢測(cè)。</p><p><b>　　3硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1電源電路模塊</b></p>&

35、lt;p>　　圖3.1 電源電路原理圖</p><p>　　電源電路輸出三路電壓：第一路為電池的電壓，輸出電壓為+48V，主要為逆變器供電，驅(qū)動(dòng)功率晶體管橋式電路；第二路輸出+13.5V電壓，主要供給MOSFET作開(kāi)通電壓用，其電壓轉(zhuǎn)換是通過(guò)LM317電壓穩(wěn)壓器與R3、R4組合實(shí)現(xiàn)的，輸出電壓計(jì)算方法如下式：</p><p>　　Vout=1.25*((R3+R4)/R3)

36、 （3.1）</p><p>　　通過(guò)計(jì)算可得，第二路電源電壓約為13.5V。驅(qū)動(dòng)電路的電壓基本上在10V~20V之間就可以控制MOSFET的正常開(kāi)關(guān)。在輸入端串接R1分壓使LM317的輸入和輸出電壓過(guò)大防止燒壞芯片，R2電阻的的接入一方面爭(zhēng)取了更多的電流用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，另一方面分擔(dān)了LM317的部分功耗。第三路輸出電壓由78L05芯片提供為5V，主要為P

37、IC16F72單片機(jī)及A/D轉(zhuǎn)換模塊提供基準(zhǔn)值，對(duì)電壓精度的要求比較高，要求其波動(dòng)電壓范圍穩(wěn)定在4.8~5.2V之間，7805芯片能滿足這個(gè)要求。</p><p><b>　　3.2驅(qū)動(dòng)電路模塊</b></p><p>　　IR2130芯片提供逆變橋中晶體管導(dǎo)通所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，IR2130驅(qū)動(dòng)逆變器輸出端連接三相全橋逆變電路，后與電機(jī)連接。PIC16F72將經(jīng)過(guò)計(jì)算輸

38、出六個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別輸入到輸入到IR2130的2、3、4、5、6、7引腳中。以B相驅(qū)動(dòng)單元為例，自舉電容C11儲(chǔ)存的能量經(jīng)引腳VB2、HO2加到逆變器上橋功率管Q2的柵極，負(fù)極接在Q2的源極，形成回路，流過(guò)的電流使Q2柵源極之間電壓為+13.5V，此時(shí)Q2導(dǎo)通。48V電壓就加到B相繞組上。引腳15輸出高電平時(shí)，經(jīng)電阻R20加到功率管Q4的柵極，Q4飽和導(dǎo)通，此時(shí)Q2截止，Q4導(dǎo)通后，飽和管壓降不大，經(jīng)電阻RS接地，電流從B相繞組中經(jīng)Q4

39、到地。電阻RS檢測(cè)的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)電路處理送到芯片的管腳9、13中，如果電路中電流過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致IR2130輸出的信號(hào)全部是低電平，使功率晶體管關(guān)斷，電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)法換向。</p><p>　　圖3.2逆變橋驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　3.3電流檢測(cè)模塊</b></p><p>　　利用采樣電阻RS將測(cè)得電壓換算成電流。采樣電流進(jìn)入到下面電

40、路中進(jìn)行比較和放大處理。驅(qū)動(dòng)電路地端RS與系統(tǒng)地相連。采樣電流經(jīng)過(guò) LM358比較器輸出UIA，后控制芯片的21引腳連接，作為中斷請(qǐng)求信號(hào)。U1A 作為比較器，腳3用作基準(zhǔn)電壓的輸入，基準(zhǔn)電壓值設(shè)定是0.3V。腳1在正常工作情況下是高電平，當(dāng)電流增大時(shí)，腳2上電壓大于腳3的0.3V，這時(shí)腳1變成低電平，控制器會(huì)發(fā)出停止運(yùn)行的指令，保護(hù)電機(jī)。U2A作為放大器將檢測(cè)電流從腳3輸入，經(jīng)過(guò)放大后送人單片機(jī)引腳4中。電流檢測(cè)電路如圖3.3所示。&

41、lt;/p><p>　　圖3.3電流檢測(cè)和過(guò)流保護(hù)電路</p><p>　　3.4轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路模塊</p><p>　　反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路先將從電機(jī)中獲得電壓信號(hào)用電阻分壓的原理降壓，然后采用無(wú)源濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波，消除一些反電動(dòng)勢(shì)干擾信號(hào)的影響，將濾波后得到的電壓與給定電壓通過(guò)LM399電壓比較器獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào),將它送到到控制芯片的15、16、17的引腳中。

42、以A相為例，Ua首先經(jīng)過(guò)R31和R32進(jìn)行分壓得到Uao,同時(shí)有R31、R32和C14組成的低通濾波器濾去了一些反電動(dòng)勢(shì)電壓的低頻干擾，得到的Uao與給定電壓進(jìn)入LM339比較器獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)PA,同理B相和C相獲得轉(zhuǎn)子位置信號(hào)PB，PC。后將獲得的轉(zhuǎn)子信號(hào)分別輸入到輸入到單片機(jī)。A相反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 A相反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路</p><p>　　

43、3.5欠壓檢測(cè)電路模塊</p><p>　　電源電壓檢測(cè)信號(hào)處理部分圖 3.5 所示，電壓檢測(cè)的基本實(shí)現(xiàn)方式是利用電阻的分壓原理使進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換的電壓值能處在5V以內(nèi)，電壓過(guò)低時(shí)給出欠壓信號(hào)，輸出截止，防止電池由于過(guò)放而損壞。這種保護(hù)功能能夠有效的提高無(wú)刷直流電機(jī)控制器的運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)能夠應(yīng)對(duì)多種突發(fā)狀況，使得它的適用范圍更加廣泛。</p><p>　　圖3-5 電壓檢測(cè)電路&

44、lt;/p><p>　　3.6速度控制電路模塊</p><p>　　速度調(diào)節(jié)電路圖如圖3.6所示，本次設(shè)計(jì)采用當(dāng)前比較常用霍爾轉(zhuǎn)把實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)速度的調(diào)節(jié)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，成本較低?；魻栟D(zhuǎn)把通過(guò)內(nèi)部的線性霍爾傳感器來(lái)感應(yīng)周圍磁場(chǎng)的強(qiáng)度進(jìn)而輸出電壓。一般輸出電壓在1.0V-4.5V。電路圖如3.6所示?；魻栟D(zhuǎn)將感應(yīng)到的電壓值輸入到單片機(jī)模擬信號(hào)輸入引腳3中，由PIC16F72控制芯片將接受的

45、信號(hào)用A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后輸出控制信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)PWM脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。J2主要用來(lái)限制電動(dòng)機(jī)的速度,防止由于進(jìn)入單片機(jī)的電流信號(hào)過(guò)大，燒毀電機(jī)。</p><p>　　圖3.6速度調(diào)節(jié)電路</p><p><b>　　3.7剎車電路模塊</b></p><p>　　剎車電路的設(shè)計(jì)使用電動(dòng)車剎閘上的位置傳感器來(lái)完成

46、，按下剎車開(kāi)關(guān)時(shí)，位置傳感器元器件將感應(yīng)到的剎車信號(hào)輸入到主控芯片內(nèi)，然后芯片將收到位置信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化處理，斷開(kāi)對(duì)電機(jī)的功率輸入，使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。剎車電路圖如圖3.7所示，電子低電位閘把正常工作時(shí)為高電平，剎車時(shí)跳變?yōu)榈碗娖?；電子高電位閘把正常工作時(shí)為低電平，剎車時(shí)跳變成高電平。</p><p><b>　　圖3.7剎車電路</b></p><p>　　3.8單片機(jī)

47、最小系統(tǒng)</p><p>　　如下圖3.8所示的電路為PIC16F72單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由晶振電路，復(fù)位電路構(gòu)成。</p><p>　　圖3.8單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)由主程序、定子繞組換相子程序構(gòu)成。主程序和

48、子程序共同完成對(duì)電機(jī)的控制。</p><p><b>　　4.1主程序</b></p><p>　　圖4.1主程序流程圖</p><p>　　主程序流程圖如上圖4.1所示。上電后先對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理，完成對(duì)輸入輸出口、脈沖寬度調(diào)制、A/D轉(zhuǎn)換、定時(shí)器單元的初始值設(shè)置，而后對(duì)欠電壓保護(hù)電路信號(hào)、過(guò)電流保護(hù)電路信號(hào)、剎車信號(hào)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路

49、信號(hào)、電流檢測(cè)電路信號(hào)和逆變橋的電流信號(hào)進(jìn)行掃描處理，并將掃描的信號(hào)輸入到單片機(jī)進(jìn)行模擬信號(hào)處理，當(dāng)檢測(cè)為欠電壓、過(guò)電流或有剎車信號(hào)時(shí)單片機(jī)中斷輸出功率使電機(jī)停止運(yùn)行，反之單片機(jī)不間斷地掃描轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)和電路的電流信號(hào)通過(guò)對(duì)這些信號(hào)的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速的控制。</p><p>　　4.2定子繞組換相程序</p><p>　　PIC16F72單片機(jī)通過(guò)接收到的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路檢

50、測(cè)的信號(hào)與之前接收到的信號(hào)值比較，然后輸出處理后的驅(qū)動(dòng)信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片IR2130,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變橋電路中相對(duì)應(yīng)的功率管的控制，改變流過(guò)電機(jī)繞組電流的方向。電路檢測(cè)電路將電流信號(hào)送到IR2130管腳的9、13中電流較大時(shí)，驅(qū)動(dòng)芯片關(guān)斷。定子繞組換相流程圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2定子繞組換相流程圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b><

51、/p><p>　　歷時(shí)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)學(xué)習(xí)生涯的一次檢驗(yàn)，將課本上學(xué)到的東西應(yīng)用到實(shí)際中。在設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)不知該從哪入手，為此我在圖書(shū)館、網(wǎng)絡(luò)上查閱與此設(shè)計(jì)相關(guān)的一些資料，了解直流無(wú)刷電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)、無(wú)位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法以及相關(guān)控制芯片和驅(qū)動(dòng)芯片的功能。而后經(jīng)過(guò)與老師和室友的討論，確定了初步的設(shè)計(jì)方案。在完成設(shè)計(jì)的過(guò)程中不斷解決出現(xiàn)的問(wèn)題，最后在導(dǎo)師和同學(xué)的幫助下完成了此次

52、設(shè)計(jì)，但也存在不足之處。比如硬件方面：由于缺乏這方面的實(shí)踐，對(duì)于單片機(jī)參數(shù)還不能完全了解，造成選擇上有些錯(cuò)誤。軟件方面：受個(gè)人能力有限，僅實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)所列的幾個(gè)模塊功能，不能全面反映實(shí)際運(yùn)用功能。</p><p>　　通過(guò)此次設(shè)計(jì)我收獲了很多。首先，能較原來(lái)更加熟練地使用Protel軟件繪電路原理圖，對(duì)PIC16F72單片機(jī)有了初步的了解，能簡(jiǎn)單的使用它對(duì)無(wú)刷電機(jī)直流電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)把速度調(diào)節(jié)、逆變橋驅(qū)動(dòng)、剎車斷電功

53、能等基本功能的應(yīng)用。同時(shí)也認(rèn)識(shí)到自己在軟件編程方面的不足，在今后的學(xué)習(xí)中增強(qiáng)這方面學(xué)習(xí)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　轉(zhuǎn)眼之間，我的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束，在這里我要感謝學(xué)院及老師對(duì)我的教育，讓我在這四年中得到學(xué)習(xí)成長(zhǎng)，愉快度過(guò)了四年美好的大學(xué)時(shí)光。</p><p>　　在我的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)完成過(guò)程中，首先要特

54、別感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師王秀霞老師。在畢業(yè)設(shè)計(jì)之初，她指導(dǎo)我如何進(jìn)行參考資料的選擇，認(rèn)真負(fù)責(zé)地對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)題報(bào)告和外文譯文作出批改和指正。畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中王老師細(xì)致的解答我遇到的問(wèn)題并對(duì)遇到問(wèn)題進(jìn)行專業(yè)的講解，讓我準(zhǔn)確把握設(shè)計(jì)的方向，讓　　　　　　　我少走了很多彎路。而且在畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū)編寫(xiě)方面也給出了指導(dǎo)意見(jiàn)，對(duì)我畢業(yè)論文后期的順利完成有很大的幫助。</p><p>　　最后謝謝我的同學(xué)特別是室友，在流程圖繪

55、制和電路圖繪制方面給予我的幫助，再次感謝。</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)　　　　　　　　　　　　　　　　　</p><p>　　[1] 張?。绷鳠o(wú)刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012 </p><p>　　[2] 王曉明．電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M]．北京航空航天大學(xué)出版社，2002 </p><p>　　[

56、3] 王璐，劉峰，王金磊．無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制方法的研究[J]．電機(jī)設(shè)計(jì)，</p><p>　　2008(2)， 10-12 </p><p>　　[4] 夏長(zhǎng)亮．無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)[M]．北京：科學(xué)出版社，2009．25 </p><p>　　[5] 廖無(wú)限，劉天磊．無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[J]．株洲工學(xué)院學(xué)報(bào)，</p>&

57、lt;p>　　2005，15-19(1)：</p><p>　　[6] 王敏，周順榮．無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制策略綜述[J]．中小型電機(jī)，</p><p><b>　　2012</b></p><p>　　[7] 羅隆福，楊艷．BLDCM無(wú)位置傳感器換相檢測(cè)和開(kāi)環(huán)起動(dòng)的軟件實(shí)現(xiàn)[J]． 微特電機(jī)，2002，30(3)：39-

58、41．</p><p>　　[8］ 何信龍，李雪銀．PICl6C7X入門(mén)與應(yīng)用范例[M]．北京：清華大學(xué)出版社，　　 2006</p><p>　　[9] 張明蜂．PIC單片機(jī)入門(mén)與實(shí)踐[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，</p><p><b>　　2004</b></p><p>　　[10] 李榮正，劉啟中，陳

59、學(xué)中．PIC單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]．北京：北京航空　　 航天大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[11] 胡文靜.永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展及展望[J].微特電機(jī)，2002.35（4）：　　　 34～38</p><p>　　[12] 王緒偉，費(fèi)樹(shù)岷，胡繼峰. 基于MC33035的永磁無(wú)刷直流電機(jī)控制器的設(shè)</p><p><b>　　計(jì)[J]．&

60、lt;/b></p><p>　　[13] 蔡耀成．無(wú)刷直流電機(jī)中的霍爾位置傳感器[J]．微特電機(jī)，1999．27（5）：</p><p><b>　　23～25</b></p><p>　　[14] J．W．SHAO．An Improved Microcontroller-based Sensorless Brushless

61、 DC Motor Drive Automotive Applications. IEEE, 2005：278-356 </p><p>　　[15] S．B．Ozturk，H．A．Toliyat．Direct Torque Control of Brushless DC Mtor with Non-sinusoidal Back-EMF．IEEE，2007(1)：165-171．</p>

62、<p>　　[16] J．GUNHEE．M．G．Kim．A Bipolar-Starting and Unipolar-Running </p><p>　　Method to Drive a Hard Disk Drive Spindle Motor at High Speed With Large Starting Torque．IEEE，2005(41)：109-136 </