光电驱动电动车的研究单片机控制系统论文2

编号本科生毕业设计PWM可调直流稳压电源控制电源PWMadjustableDCregulatedcontrolpowersupply学生姓名罗海洋专业电气工程及其自动化学号1034226指导教师邢春香分院电子工程分院2014年月长春理工大学光电信息学院毕业设计摘要本论文主要是研究光电驱动电动车的构造、电动车控制系统的主要原理以及实现方法。在光电转换的前提下，实现脉宽PWM控制；通过回馈制动的控制方式，接收电动车下坡、减速以及停车的机械能量，馈送蓄电池，以节约电能。综合采用AT89C2051单片机芯片控制系统，使控制更加合理。系统各部分的控制电路基于Intel公司的控制芯片AT89C2051单片机。通过转速传感器测量转速，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求。近些年来，单片机已经逐渐深入于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。单片机未来的发展无限广阔，可应用的领域极其宽泛，学好单片机对于我们来说无论是对未来就业还是知识储备的扩充都有极其深远的影响。关键词：单片机，直流电机，传感器，脉宽调速，回馈制动长春理工大学光电信息学院毕业设计ABSTRACTThisarticlefromtherequirementsofthephotoelectriccontrolsystemforelectricvehicledrivetoproceed.Analysisanddiscussionofthevariouspartsofthesystemcircuitandmethod.Photoelectricconversionintheco-ordination,inaccordancewiththecharacteristicsofPermanentmagnetbrushlessDCmotor,tocontroltheimplementationofPWMpulsewidth,basedontheDetectionofthelocationoftheHallsensor,Throughfeedbackcontrolofthebrake,ToReceivethemechanicalenergyoftheelectriccares’sdownhill、SlowdownandstopFeedbatteriestosavepower，Acombinationofsingle-chipmicrocomputerchipcontrolsystemAT89C2051，Morerationalofcontrol.Keywords:Microcontroller,DCmotors,Sensors,PWM,Backbrake长春理工大学光电信息学院毕业设计I目录1绪论..............................................................11.1电动自行车发展现况............................................11.2电动自行车的改进..............................................22系统硬件电路设计..................................................22.1电动车总体结构框图............................................22.2总体电路设计..................................................33无刷直流电动机....................................................33.1无刷直流电动机的工作原理......................................43.2无刷电机的结构................................................43.2.1供电电源..................................................43.2.2位置传感器................................................54PWM控制技术......................................................54.1PWM技术的原理................................................54.1.1PWM波的产生...............................................64.2PWM波的调速原理..............................................64.3PWM波的调速方法..............................................65回馈制动.........................................................75.1回馈制动的控制原理............................................75.2回馈制动的实现原理............................................76AT89C2051芯片介绍................................................96.1概述..........................................................96.2主要功能特性：................................................96.3AT89C2051引脚功能说明：.....................................106.4定时器.......................................................116.4.1定时器概述...............................................116.4.2定时器的控制..............................................116.5两种低功耗模式...............................................136.5.1空闲模式.................................................136.5.2掉电模式..................................................136.6振荡器.......................................................136.6.1振荡器连接端..............................................13长春理工大学光电信息学院毕业设计II6.6.2振荡器特征................................................137程序设计........................................................147.1程序流程图...................................................147.2中断程序流程图...............................................158结束语..........................................................16致谢..........................................................17参考文献..........................................................18附录一电路总图...................................................19附录二控制程序...................................................20长春理工大学光电信息学院毕业设计11绪论电动自行车作为一种有效替代燃油车的绿色交通工具，拥有节能、环保、便捷三大优点，在减轻或消除城市环境污染方面将发挥着越来越大的作用。电动自行车控制器是最关键的部分。目前，电动自行车所采用的控制器电路原理基本相同或接近。电动自行车在正常运行过程中，控制器可以通过信号采集与处理，将运行速度、电压状况等提供给显示部分。现在的电动自行车电机主要分有刷和无刷两大类。其中无刷直流电机的发展前景较好。有刷和无刷直流电机大都采用脉宽调制的PWM控制方法调速，只是选用驱动电路、集成电路、功率管和某些相关功能上的差别，并都具有过流保护功能。本课题主要研究电动车的再生制动，即电动车的驱动电机运行在再生发电状态时,既可以提供制动力,又可以给电池充电回收车体动能,从而延长电动车续驶里程。同时采用以单片机为核心的控制器，其控制精度高，调试简单，可进行功能扩展，有助于控制器向智能化方向发展。1.1电动自行车发展现况电动自行车为人们的出行和缓解交通压力做出了巨大贡献，电动自行车轻便、快捷、适应了现代人追求环保、效率、安全的需要，得到了人们的认可。1998年我国电动自行车年产量约6万辆，1999年产量翻番达13万辆，据估算到2006年我国的电动自行车的数量已达到2100万辆。电动自行车的电机经过十多年的发展，曾经有变频电机、开关磁阻电机、有刷直流电机、无刷电机等多种驱动方案。目前较为成熟的有两大类:一类是带减速齿轮的有刷电机，有盘式结构和圆柱结构两种；另一类是不带减速齿轮的直接驱动无刷直流电机。现在电动车所使用的电机大多数采用有刷电机，其特点是体积小,功率大。根据实践经验,控制器的损坏,大多是由于驱动管损坏而引起其他元器件损坏。因此，控制器的好坏主要取决于功率驱动管的负载能力。电动自行车用电机功率大多是在150～180W之间，采用36V/48V电池供电，额定电流在4.5～5A。电动自行车用电池为铅酸蓄电池，电池过充电和过放电均会缩短电池寿命。大电流放电还会损坏驱动管，以至于损坏控制器，因此控制器必须有防止过充电保护。控制器设计应确保电机工作在额定电流范围内，允许有一定的过载能力和大电流自动保护功能，以保护电池和功率驱动器件。使用刹车时，控制器要禁止输出。为了防止过放电，控制器要对供电电压随时进行检测，一旦低于阀值(一般为标称长春理工大学光电信息学院毕业设计2电压的0.85)关闭控制器输出。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，但已足以满足人们的基本需要。1.2电动自行车的改进太阳能是可再生能源，太阳能发电是21世纪发展的总趋势。太阳能光电池是对光有响应并能将光能转换成电力的器件。光伏效应的实质是：光子能量转换成电能的过程。采用光电驱动的电动车，有利于太阳能的广泛开发和利用，省去麻烦的充电环节，做到对无限资源可持续利用和对环境的零污染，是未来电动自行车的发展趋向。直流无刷电机具有明显的优势，它既具有直流电动机运行效率高、调速性能好又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的优点。目前电动自行车采用的直流无刷电机都是三相电机，用电子换向取代了机械换向，电角度有60°和120°两种。由于电机具有可逆性，电动机在特定的条件下可以转变成发电机运行，因此可以通过回馈制动，回收制动能量对电池进行充电，提高电动车的行驶里程。采用回馈制动，可接收电动车下坡、减速、停车时的能量