电动自行车调速系统的设计(单片机控制)

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溃。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，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求。本文主要是让更多的人正确的认识电动自行车和对电动自行车的主要器件的保养，便与延长电动自行车的寿命。
                        
关键词：单片机、脉宽调速系统PWM、永磁无刷直流电动机、八段数码管动态显示、转速传感器，蓄电池

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.
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 Intel's 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, through hardware and software support, for the entire system design requirements. This paper is designed to allow more people to the correct understanding of electric bicycles, and electric bicycles on the main device maintenance, and would extend the life of electric bicycles.
   Key words: SCM, PWM pulse speed control system, permanent magnet brushless DC motor, the eighth of digital dynamic display, speed sensor, battery

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(3～4)，加速性能好，使用寿命长的特点。
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。  

鉴于电动车对电动机的基本要求采用永磁无刷直流电动机 。 
1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，在电动车中有着很好的应用前景。 
2 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准解耦矢量控制系统，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。  

总体规划
对于电动自行车控制系统设计主要有三个方面：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。







目  录
第一章 引言 …………………………………………………………………………1
第二章 系统要求 ……………………………………………………………………2
第三章 总体规划 ……………………………………………………………………4
第四章 电路设计 ……………………………………………………………………5
第五章 主要器件性能及原理………………………………………………………10
5、1 MCS-51单片机内部结构……………………………………………………10
5、2 A/D转换芯片 ………………………………………………………………13
5、3 永磁无刷直流电动机………………………………………………………14
5、4 三端式稳压器78L05 ………………………………………………………17
5、5 集成转速传感器KMI15-1 …………………………………………………21
5、6 译码器 ………………………………………………………………………25
5.7 电动自行车的核心蓄电池 …………………………………………………29
(优秀毕业设计:www.2bysj.cn)
5.8控制器与保护功能 …………………………………………………………30
第六章 电动自行车的维修和保养…………………………………………………33
第七章 结束语  ……………………………………………………………………34
第八章 致谢  ………………………………………………………………………35
参考文献 ……………………………………………………………………………36