電動自行車調速系統的設計全文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 0000H地址開始執行程序。然而，初始復位不改變RAM（包括工作寄存器R0R7）的狀態，8051的初始態如下表：特殊功能寄存器初始態特殊功能寄存器初始態ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000H8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部RAM的數據不丟失。5. 2 A/D轉換芯片 　ADC0809芯片是最常用的8位模數轉換器。 它的模數轉換原理采用逐次逼進型，芯片由單個＋5V電源供電，可以分時對8路輸入模擬量進行A／D轉換，典型的A／D轉換時間為100微妙左右。在同類型產品中，ADC0809模數轉換器的分辨率、轉換速度和價位都屬于居中位置。內部邏輯結構，如圖521所示。圖 521 ADC0809內部結構引腳功能說明：D7～D0：8位數字量輸出，A／D轉換結果。IN0～IN7：8路模擬電量輸入，可以是：0～5V或者－5V～＋5V或者－10V～+10V。+VREF：正極性參考電源。－VREF：負極性參考電源。START：啟動A／D轉換控制輸入，高電平有效。CLK：外部輸入的工作時鐘，典型頻率為500KHz。ALE：地址鎖存控制輸入，高電平開啟接收3位地址碼，低電平鎖存地址。CBA：3位地址輸入，其8個地址值分別選中8路輸入模擬量IN0～IN7之一進行模數轉換。C是高位地址，A是最低位地址。OE：數字量輸出使能控制，輸入高有效，輸出A／D轉換結果D7～D0。EOC：模數轉換狀態輸出。當模數轉換未完成時，EOC輸出低電平；當模數轉換完成時，EOC輸出高電平。EOC輸出信號可以作為中斷請求或者查詢控制。Vcc：芯片工作電源＋5V。GND：芯片接地端。5．3 永磁無刷直流電動機 稀土永磁無刷直流電動機的基本工作原理 無刷直流電動機由電動機主體和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品。動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉子的極性，在電動機內裝有位置傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速；提供保護和顯示等等。無刷直流電動機的原理簡圖如圖531所示圖 531：主電路是一個典型的電壓型交直交電路，逆變器提供等幅等頻526KHZ調制波的對稱交變矩形波。永磁體NS交替交換，使位置傳感器產生相位差120176。的U、V、W方波，結合正/反轉信號產生有效的六狀態編碼信號：10100、1001001，通過邏輯組件處理產生T1T4導通、T1T6導通、T3T6導通、T3T2導通、T5T2導通、T5T4導通，也就是說將直流母線電壓依次加在A+B、A+C、B+C、B+A、C+A、C+B上，這樣轉子每轉過一對NS極，T1T6功率管即按固定組合成六種狀態的依次導通。每種狀態下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態，定子繞組產生的磁場軸線在空間轉動60176。電角度，轉子跟隨定子磁場轉動相當于60176。電角度空間位置，轉子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導通組合，使定子繞組產生的磁場軸再前進60176。電角度，如此循環，無刷直流電動機將產生連續轉矩，拖動負載作連續旋轉。正因為無刷直流電動機的換向是自身產生的，而不是由逆變器強制換向的，所以也稱作自控式同步電動機。無刷直流電動機的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸線位置超前轉子磁場軸線位置，所以不論轉子的起始位置處在何處，電動機在啟動瞬間就會產生足夠大的啟動轉矩，因此轉子上不需另設啟動繞組。由于定子磁場軸線可視作同轉子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產生的平均電磁轉矩與繞組電流成正比，這正是他勵直流電動機的電流轉矩特性。電動機的轉矩正比于繞組平均電流：Tm=KtIav （Nm）電動機兩相繞組反電勢的差正比于電動機的角速度：ELL=Keω （V）所以電動機繞組中的平均電流為：Iav=（VmELL）/2Ra （A）其中，Vm=δVDC是加在電動機線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，δ是調制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動機的電磁轉矩：Tm=δ（VDCKt/2Ra）Kt（Keω/2Ra）Kt、Ke是電動機的結構常數，ω為電動機的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時，改變占空比δ，就可以線性地改變電動機的電磁轉矩，得到與他勵直流電動機電樞電壓控制相同的控制特性和機械特性。無刷直流電動機的轉速設定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為+5V對應的最高轉速：Vc（max）243。n max，那么，+5V以下任何電平即對應相當的轉速n，這就實現了變速設定。 當Vc設定以后，無論是負載變化、電源電壓變化，還是環境溫度變化，當轉速低于指令轉速時，反饋電壓Vfb變小，調制波的占空比δ就會變大，電樞電流變大，使電動機產生的電磁轉矩增大而產生加速度，直到電動機的實際轉速與指令轉速相等為止；反之，如果電動機實際轉速比指令轉速高時，δ減小，Tm減小，發生減速度，直至實際轉速與指令轉速相等為止。可以說，無刷直流電動機在允許的電壓波動范圍內，在允許的過載能力以下，其穩態轉速與指令轉速相差在1%左右，并可以實現在調速范圍內恒轉矩運行。由于無刷直流電動機的勵磁來源于永磁體，所以不象異步機那樣需要從電網吸取勵磁電流；由于轉子中無交變磁通，其轉子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動機高10%左右，一般來說，無刷直流電動機的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動機高12%20%。電動機采用無錫市日馳電機有限公司生產的永磁無刷直流電動機型號額定電壓（V）額定轉速（r/min)額定功率（W）效率（%）SWX00624190140745．4 三端式穩壓器78L05三端式穩壓器78L05的工作原理 圖 541電路如圖541所示，三端式穩壓器由啟動電路、基準電壓電路、取樣比較放大電路、調整電路和保護電路等部分組成。下面對各部分電路作簡單介紹。 在集成穩壓器中，常常采用許多恒流源，當輸入電壓V1接通后，這些恒流源難以自行導通，以致輸出電壓較難建立。因此，必須用啟動電路給恒流源的BJT TT5提供基極電流。啟動電路由TTDZ1組成。當輸入電壓V1高于穩壓管DZ1的穩定電壓時，有電流通過TT2，使T3基極電位上升而導通，同時恒流源TT5也工作。T4的集電極電流通過DZ2以建立起正常工作電壓，當DZ2達到和DZ1相等的穩壓值，整個電路進入正常工作狀態，電路啟動完畢。與此同時，T2因發射結電壓為零而截止，切斷了啟動電路與放大電路的聯系，從而保證T2左邊出現的紋波與噪聲不致影響基準電壓源。 基準電壓電路由TDZTRR3及DD2組成，電路中的基準電壓為式中VZ2為DZ2的穩定電壓，VBE為TDD2發射結（DD2為由發射結構成的二極管）的正向電壓值。在電路設計和工藝上使具有正溫度系數的RRDZ2與具有負溫度系數的TDD2發射結互相補償，可使基準電壓VREF基本上不隨溫度變化。同時，對穩壓管DZ2采用恒流源供電，從而保證基準電壓不受輸入電壓波動的影響。 這部分電路由T4～T11組成，其中TT11組成復合調整管；R1R13組成取樣電路；TT8和T6組成帶恒流源的差分式放大電路；TT5組成的電流源作為它的有源負載。TR9的作用說明如下：如果沒有TR9，恒流源管T5的電流IC5=IC8+IB10，當調整管滿載時IB10最大，而IC8最小；而當負載開路時IO=0，IB10也趨于零，這時IC5幾乎全部流入T8，使得IC8的變化范圍大，這對比較放大電路來說是不允許的，為此接入由TR9級成的緩沖電路。當IO減小時，IB10減小，IC8增大，待IC8增大到 ，則T9導通起分流作用。這樣就減輕了T8的過多負擔使IC8的變化范圍縮小。 減流式保護電路由T1R1R1R14和DZDZ4組成，R11為檢流電阻。保護的目的主要是使調整管（主要是T11）能在安全區以內工作，特別要注意使它的功耗不超過額定值PCM。首先考慮一種簡單的情況。假設圖1中的DZDZ4和R14不存在，R15兩端短路。這時，如果穩壓電路工作正常，即PCPCM并且輸出電流IO在額定值以內，流過R11的電流使 =IOR11，T12截止。當輸出電流急劇增加，例如輸出端短路時，輸出電流超過極限值（IO(CL)=PCM/VI=）時，即當 ，使T12管導通。由于它的分流作用，減小了T10的基極電流，從而限制了輸出電流。這種簡單限流保護電路的不足之處是只能將輸出電流限制在額定值以內。由于調整管的耗散功率PCM=ICVCE，只有既考慮通過它的電流和它的管壓降VCE值，又使PCPCM，才能全面地進行保護。圖1中DZDZ4和R1R15所構成的支路就是為實現上述保護目的而設置的。電路中如果（VI–IOR11–VO）（VZ3+ VZ4），則DZDZ4擊穿，導致T12管發射結承受正向電壓而導通。VBE12的值為經整理后得顯然，（VI –VO）越大，即調整管的VCE值越大，則IO越小，從而使調整管的功耗限制在允許范圍內。由于IO的減小，故上述保護稱為減流式保護。 過熱保護電路電路由DZTT14和T13組成。在常溫時，T1T13是截止的，對電路工作沒有影響。當某種原因（過載或環境溫升）使芯片溫度上升到某一極限值時，R3上的壓降隨DZ2的工作電壓升高而升高，而T14的發射結電壓VBE14下降，導致T14導通，T13也隨之導通。調整管T10的基極電流IB10被T13分流，輸出電流IO下降，從而達到過熱保護的目的。電路中R10的作用是給T10管的ICEO10和T11管的ICBO11一條分流通路，以改善溫度穩定性。值得指出的是：當出現故障時，上述幾種保護電路是互相關聯的。圖 542三端穩壓器的典型接法圖542是應用78L05輸出固定電壓VO的典型電路圖。正常工作時，輸入、輸出電壓差應大于2～3V。電路中接入電容CC2是用來實現頻率補償的，可防止穩壓器產生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。C3是電解電容，以減小穩壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護二極管，當輸入端意外短路時，給輸出電容器C3一個放電通路，防止C3兩端電壓作用于調整管的be結，造成調整管be結擊穿而損壞。三端穩壓器的參數參 數單位7805輸出電壓范圍V~最大輸入電壓V35最大輸出電流A△V0(I0變化引起)mV100(I0=5mA~)△V0(Vi變化引起)mV50(Vi=7~25V)△V0(溫度變化引起)mV/℃177。(I0