电动自行车控制器的设计

电动自行车控制器的设计

题目：电动自行车控制器的设计姓名：

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2013年5月18 日

毕业论文（设计）作者声明

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本毕业论文内容不涉及国家机密。

论文题目：电动自行车控制器的设计

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作者签名：（学号：

年月日

目录

摘要 (1)

引言 (2)

1.现状及存在问题 (2)

1.1电动自行车的现状 (2)

1.2无刷直流电动机的发展现状 (3)

1.3电动自行车控制器的研究现状及存在的问题 (4)

2.电动自行车控制器的设计原理及硬件电路 (5)

2.1主要元件的选取 (5)

2.2系统设计的原理依据 (9)

2.3整体硬件系统框图 (10)

2.4模块电路的设计 (12)

3. 系统软件设计 (16)

3.1软件整体设计方案 (16)

3.2子模块设计 (17)

3.3抗干扰设计 (21)

4.结果与分析 (21)

5.展望 (24)

参考文献 (25)

致谢 (27)

电动自行车控制器的设计

摘要：针对目前电动自行车控制器的结构复杂、可靠性低、难以维护以及不易升级拓展的缺点，本设计提出了基于AT89S52单片机为主控芯片的无刷直流电机控制的设计方案。由霍尔传感器采集的信号计算出转速，单片机通过PWM方式实现速度闭环控制；同时对电机相电流采样进行电流闭环控制；组成“速度-电流”双闭环控制系统。利用无刷系统电子换向的特点，根据能量回馈制动原理实现柔性电子刹车。结合高效的编程算法简化了系统结构，降低了系统成本，增强了系统性能，提升了骑行舒适度，可以满足不同应用场合的需求。

关键词：单片机；无刷直流电动机；双闭环控制；柔性电子刹车

Design of Electric Bicycle Controller

Abstract: This paper points at the disadvantages of electric bicycle controller of complicated structure, low reliability, difficult maintenance, hard to upgrade and expand currently. This design puts forward a project based on AT89S52 single chip microcomputer as the main control chip of brushless DC motor control. Speed is calculated by the signal acquisition hall sensor. The MCU accomplishes speed closed-loop control by the way of PWM, at the same time with sampling the motor phase current to complete current closed-loop control. Double closed loop control system of "speed and current" is achieved. According to the energy feedback braking principle realize flexible electronic brake by using the characteristic of electronic commutation of brushless system. Combined with the programming algorithm efficient simplifies the system structure, reduces the system cost, enhances the system performance, and enhance the ride comfort, which can meet the requirements of different application occasions.

Keywords: MCU; Brushless direct current motor; Double closed-loop control; Electric absorption braking system

引言

步入二十一世纪，是呼唤绿色环保的时代，环境保护和能源问题成为最突出的两大主题。随着工业的飞速发展，人民生活水平的提高，汽车的使用越来越普及，石油资源严重匮乏。从环境保护角度讲，石油的使用造成的大气污染不断加重。此外，石油燃烧产生的二氧化碳虽然对人体健康没有太大危害，但是造成的温室效应却破坏了大自然的生态平衡，对生态环境造成严重影响。在当前工业面临能源问题和环境问题的巨大挑战的现状下，发展清洁能源，实现能源动力系统的电气化，推动传统产业的战略转型，已经成为当前发展的目标[1]。目前，我国已出台许多优惠政策，扶持并引导电动车行业的快速健康发展。电动车的发展进入关键时期，机遇与挑战并存。这不但要求人们节约能源，更要求人们注重环境保护，以实现人与自然的和谐可持续发展。我国石油资源相对比较贫乏，尾气的排放又是目前大中城市大气污染的主要原因。为此发展电动车辆无疑是未来发展的必然趋势，也符合绿色环保的需求。

1. 现状及存在问题

1.1 电动自行车的现状

近几年来，电动车以环保、低能耗的特点，成为短距离出行的最好交通选择。电动自行车以较快的速度进入市场，逐渐取代自行车成为不可或缺的交通工具。人们环境保护意识的提高、对能源问题的关注以及高新科学技术的不断发展，也有力的促进了电动车产业的飞速发展。与发达国家相比，我国电动车的研究起步较晚，因此技术相对落后。我国有广泛的人口资源，在小城市以及乡镇大部分人都以自行车代步，电动车的市场潜力十分巨大。随着我国城乡一体化进程的推进及农村道路状况的不断改善，自行车的使用逐渐被电动车所代替，所以对电动车的需求量会逐渐增大。

目前，我国市场上电动车品种规格很多，动力多采用有刷或无刷的轮式直流电机，工作电压为24V／36V或48V，功率在150W~450W之间；蓄电池一般用的是免维护铅酸蓄电池，容量为12Ah，充电时间在3~8小时左右，充电一次行驶里程约