基于STM32的电动摩托车无刷直流电机控制器的设计-毕业论文

2015届毕业生

毕业论文

题目: 基于STM32的电动摩托车无刷直流电机控制器的设计

2015 年5月20日

摘要

电动摩托车具有零排放、低噪声等许多优点,是现代绿色环保交通工具,由于比较方便、快捷,所以许多人选择它作为自己的出行工具，成为大中城市公共交通的补充。电动摩托车上一般用的都是无刷直流电机，所以电动摩托车控制器的质量非常重要。

本文首先介绍了无刷直流电机结构和换向原理，紧接着介绍了波脉宽调速原理直和流无刷电机的工作原理。然后做相关的电路图设计，主控芯片的选择、电流检测电路、霍尔位置传感器信号检测电路、电源转换与电压采样电路、电机驱动电路设计、刹车和调速电路设计、STM32 芯片无刷电机控制接口电路，这些电路图设计是控制器的关键部分。接着叙述了软件部分的设计，主要包括：主程序的设计、过流保护、欠压保护、电制动程序等。通过输入程序可以改变PWM波的占空比，所以电枢电压的大小也可以调节，进而调节转速。

最后采用STM32单片机为控制核心,设计了电流检测保护电路、位置信号检测电路、电源转换电路、欠压保护电路等,由于单片机成本低、功能强大、运算能力强等优点,提高了控制系统的可靠性的同时,也降低了控制成本。我们不仅完成电机控制器的设计，同时也加深了相关知识的理解和联系。

关键词：无刷直流电机、stm32、电路设计、

目录

1、绪论 (3)

1.1电动车的现状 (3)

1.2研究电动车的意义 (4)

1.3本论文的主要工作 (4)

2无刷直流电机控制系统的设计 (5)

2.1. 直流无刷电机的结构 (5)

2.2 直流无刷电机的工作原理和控制方法 (6)

2.3 单片机选型 (8)

2.4 无刷直流电机选型 (11)

3系统硬件电路的设计 (13)

3.1硬件系统总体结构设计 (13)

3.2电源电路设计 (13)

3.3无刷直流电机霍尔位置传感器接口电路设计 (14)

3.4 刹车和调速电路设计 (15)

3.5过流保护电路 (16)

3.6三相全桥驱动电路 (17)

3.7 过压、欠压保护电路 (18)

4系统软件设计 (19)

4.1 系统整体软件设计 (20)

4.2直流无刷电机控制的软件设计 (22)

4.3系统各部分功能在软件中的实现 (24)

4.4 STM32检测霍尔信号和输出PWM软件设计 (25)

5.总结和展望 (27)

致谢 (29)

参考文献 (30)

附录 (31)

1、绪论

1.1电动车的现状

随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,机动车保有量逐渐增加,环境污染也因此越来越严重,所以寻找低排放的技术和可再生资源称为一个重要课题。新型能源的交通工具的出现符合社会发展的需求。汽油摩托车作为现代化的交通工具,虽然有它的好处与优点，但是摩托车所产生的废气和消耗的汽油,造成了一系列问题，比如城市环境污染和能源紧缺。在这种情况下,发展电动摩托车便是一个重要的方向，它的推广应用和技术开发便是目前一个重要议程。

电动摩托车以蓄电池作为能源，它具有操作简便、舒适方便、污染小等优点。可以作为广大市民代步工具,它是很合适的绿色环保交通工具,是大中城市公共交通的补充。是一种值得推广的交通工具，得到越来越多的人的青睐,具有广阔的市场前景。

电动摩托车主要包括两个技术方面,蓄电池技术和电动机技术。

电池是电动摩托车的重要组成部分,它的发展程度高低直接决定电动摩托车的技术水平。近写些年来,电池技术发展速度相当迅速,密封免维护铅酸电池、镍氢电池、燃料电池等可谓百花齐放,在制造工艺上有了重大改进,在材料特性上取得较大的发展,在研究上出现重大突破,让人们看到了美好的前景。

电动机是电动摩托车的一个重要组成部分,目前在电动摩托车行业内,直流电机的应用范围更加广泛。主要有有刷高速电机和无刷低速电机。有刷高速电机这种电机控制系统简单、成本低、系统可靠性高,但是由于需要换向器整流子和电刷,存在着机械磨损,影响电机的使用效率。由于无刷低速电机没有电刷和传动齿轮,所以它不存在电刷的机械磨损,在运行中几乎没有噪音。所以不需要经常对电刷进行维护和替换，减少了运行成本。

1.2研究电动车的意义

电动车的发展可以缓解大气污染，随着电池技术和电力电子技术的发展，很多国家争先研发电动车。由于能源危机的显露，石油资源的日趋枯竭、全球温度上升、大气的严重污染，人类必须改善目前的不断恶化的生活环境，因此寻找替代能源，发展电动车是人类的必由之路。发展电动车的重大意义:促使我国能源结构得到较好的优化，虽然。我们知道电的来源多种多样，火力、水力、风力、地热、潮汐、核能都可以发电等，电动车的推广可以优化能源生产结构，发展电动车可以保障我国经济发展的能源安全，它有利于减少温室气体和其它有害气体的排放，符合可持续发展战略。推广电动车可以减少温室气体的排放量，有效缓解大气污染。发展电动车是大势所趋。

总之，发展电动车是利国利民的好事，有利于节约能源、环境保护、提高就业率，所以发展电动车是一个具有十分重大的意义工程，也是可持续发展战略的伟大创举。

1.3本论文的主要工作

本论文考虑到电动摩托车无刷直流驱动电机的结构特点,设计硬件电路的控制系统，有刷电机和无刷电机的通电原理不一样，他们的内部构造也不相同。无刷直流电机分为带霍尔传感器和无霍尔传感器，目前很多关于无刷直流电机控制器的研究的文章，为无刷直流电机的控制奠定了理论基础，如带霍尔传感器的无刷直流电机驱动原理、电流采样原理等。

本论文中STM32 芯片不仅性能高同时它的成本与功耗比较低，STM32 能够完成复杂的PWM输出，由于它内部具有高级的定时器，例如死区时间设定、刹车功能、等都可以通过软件设定，它不需要在搭建复杂的外围电路。考察目前无刷直流电动机控制器的生产方案，设计出低成本性能优良的电动摩托车无刷直流电动机控制器，满足相关技术指标符合基本要求。对一个无刷直流电机控制器设计进行深入的分析，探究把虚拟仿真设计运用到现实产品中设计，缩短开发周期和降低开发成本，对加速电动车的推广普具有重要的意义。

在本论文中主要做以下内容，熟悉无刷直流电机控制器的工作原理。比较现