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0引言科学技术迅速发展，人工智能系统开发研究受到广泛关注。
智能AGV小车在仓储业、制造业、危险场所和特种行业有广泛的应用前景。
譬如在一些汽车领域，如雪佛兰、丰田等汽车厂配线上有广泛的应用，经过使用了AVG作为载运工具装配线后，减少装配时间和故障率。
本系统基于AVR单片机智能AGV小车控制系统研究，能够自动识别前方道路、障碍物检测等功能。
1控制系统总体构成通过循迹传感器确定小车按照规定的轨迹行驶，光电传感器检测前方道路障碍物，超声波传感器测量小车行驶的距离，通过传感器检测到的数字信号送入单片机，单片机通过处理电机驱动实现智能小车的左右，前进，并进行前方障碍物检测和测量行驶距离，结果会显示在智能小车上。
图1系统结构框图2控制系统硬件组成与实现设计2.1系统主控制模块该芯片不仅功耗低，性能也高，运行速度快，而且拥有8位AVR 微处理器，32个8位通用工作寄存器，16KB的系统内可编程Flash，内存量大，还拥有上电复位以及可编程的掉电检测功能，支持扩展的片内调试功能，32个可编程I/O口，而且功耗小。
2.2系统电机驱动模块电机驱动芯片主要对智能AGV小车速度和方向起到一个控制的作用，速度控制采用ATmega16单片机定时中断法产生PWM方波控制速度，方向采用H桥式电路进行电机正转、反转控制。
速度和方向同时控制采用专用的电机驱动芯片，例如L298N、L297N、AQMH2407等电机驱动芯片，电路具有抗干扰能力的问题，于是我们在考虑芯片链接、驱动等问题就可以迎刃而解。
2.3系统输入模块2.3.1循迹传感器智能AGV小车的行进轨迹的检测是采用循迹传感器，采用TCRT5000反射式传感器的红外发射二极管不断发射红外线，红外接收管在发出的红外线没有被反射回来或者反射强度不够大时候，它会一直处于关闭状态，此时输出的模块为高电平，二极管会一直处于熄灭状态；红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管饱和，此时模块输出端为低电平，二极管被点亮。
摘要电动助力车在当前石油资源短缺和环境污染的加剧的情况下，作为一种理想的“绿色”代步工具，其发展收到了人们的重视。
电动助力车因其廉价、无污染、噪音低、操作简单等特点，俨然成为人们出行的优选。
目前的电动助力车大多采用直流电机作为动力，其操作性和可靠性的优劣与电机驱动系统密切相关。
本课题详细介绍了电动助力车的电机驱动原理和霍尔传感器，以及STC公司的STC12C5A60S2单片机的性能和特点，并设计以STC12C5A60S2单片机控制模块为核心，由单片机控制电机驱动和操纵系统。
该系统电机设计功能齐备、使用方便、经济实用、工作可靠、检测速度快、容易做到实时控制转速，并显示转速。
本课题的研究内容主要有一下几个方面：（1）介绍了电动助力车电机驱动的相关技术，分析利用单片机对直流电机进行控制的基本原理，分析利用传感器技术进行转速测量的方法；阐述电动助力车电机驱动系统的设计方案。
（2）完成系统的硬件电路的设计，包括电机驱动电路与转速采集电路以及调速电路的设计，单片机控制模块的设计与显示电路的设计。
（3）编写系统软件程序并对各个模块进行调试。
制作硬件样机，并进行系统性能的分析。
关键词：单片机；电机驱动；PWM调速；LCD显示；转速测量AbstractIn the case of oil resource shortages and environmental pollution, electric bicycle as a "green" means of transport is received much attention. Because of its cheap, pollution-free, low noise, easy operation and so on, electric bicycle seems to have become the preferred.At present mostly used DC motor for electric bicycle as the driving force, the quality of motor drive system operation and reliability are closely related.This subject introduces the electric bicycle motor-driven principles and infrared and hall sensors, and the performance and characteristics of Atmel STC12C5A60S2 microcontroller, designed with STC12C5A60S2 microcontroller control module as the core, controlled by single-chip microcomputer drive and control system for motor.Motor function of the system is complete, easy to use, economical and practical, reliable, fast, easy real-time control speed, and speed is displayed.The contents of this subject are mainly the following aspects:(1)Described motor drive for electric bicycle-related technology; described on control of DC motor by using single-chip microcomputer principle; described on electric bicycle motor driven system design.(2)Described hardware design, including motor drive circuit and speed data acquisition circuits and speed control circuit design, and design of single-chip computer control module circuit design(3)Writing system software program and debug each module, produced a hardware prototype, and analysis performance for the system.KeyWords: MCU; Motor drive; PWM speed control; LCD display; speed measurement目录摘要............................................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................................... II1绪论 (1)1.1课题背景，目的和意义 (1)1.2直流电机驱动系统的现状 (2)1.3直流电机驱动技术的发展方向 (2)1.4本章小结 (3)2 直流电机驱动系统 (4)2.1 直流电动机 (4)2.2 PWM控制技术 (4)2.2.1PWM脉宽调制技术 (4)2.2.2PWM脉宽调制原理 (5)2.3 直流电机PWM调速的基本原理 (5)2.3.1直流电机基本工作原理 (5)2.3.2PWM电机调速原理 (6)2.3.3采用PWM控制的电机调速方法 (7)2.4 直流电机调速的PID算法 (7)2.5 总体方案设计 (7)2.6 本章小结 (8)3 硬件系统设计 (9)3.1 单片机最小系统 (9)3.1.1单片机系统概述 (9)3.1.2单片机STC12C5A60S2 (9)3.1.3复位电路和时钟电路 (11)3.2 供电电路 (12)3.3 显示电路 (13)3.4 电机驱动电路 (14)3.4.1L298电机驱动模块 (15)3.4.2光电隔离保护电路 (17)3.5 转速测量模块 (18)3.6 按键控制电路 (20)3.7 本章小结 (20)4 系统软件设计 (21)4.1 主程序设计 (21)4.2 PID算法子程序 (22)4.3 LCD显示子程序 (23)4.4 本章小结 (23)5 硬件制作和调试 (23)5.1 硬件制作过程 (23)5.2 硬件调试 (24)5.3 本章小结 (25)6 结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录一基于单片机电动助力车电机驱动系统电原理图 (29)附录二基于单片机电动助力车电机驱动系统PCB图 (30)附录三基于单片机电动助力车电机驱动系统C语言源程序 (31)附录四元件清单 (35)1绪论1.1课题背景，目的和意义近年来，作为一种新型的“绿色”代步工具——电动助力车正逐渐兴起。
基于智能动力控制系统的智能助力自行车设计与实现在如今的城市生活中，自行车作为一种非常方便的交通工具，受到了越来越多人的喜爱。
但是在长时间的骑行中，人们往往会感到疲劳，尤其是在面对一些长坡或者高坡时更加困难。
因此，为了解决这个问题，我们可以利用现代科技，设计一种基于智能动力控制系统的智能助力自行车。
本篇文章将介绍这种自行车的设计和实现。
1. 系统原理智能助力自行车的核心是智能动力控制系统。
这个系统由三个部分组成：传感器、控制器和执行器。
传感器主要用来感知骑行者的动态信息，包括骑行速度、骑行姿态、骑行力度等等。
这些信息可以通过加速度计、陀螺仪等传感器获取。
控制器是整个系统的大脑，主要负责对传感器采集到的信息进行处理和分析，并最终给执行器发出指令。
控制器的核心是处理器，也可以加入其他的组件，例如电池管理器、光学传感器等。
执行器是系统的关键部分，它通过齿轮驱动电机，为骑行者提供必要的助力。
执行器可以是电机、永磁同步电机等，其比较常见的类型是无刷直流电机。
整个智能助力自行车的执行流程是这样的：首先传感器采集到骑行者的动态信息，然后通过控制器进行分析，最后执行器根据控制器发出的指令，为骑行者提供相应的动力支持。
此外，系统还具有一定的人性化设计，例如绑定蓝牙、自主调节等功能。
2. 系统优势智能助力自行车相对于传统自行车而言，具有以下优势：1）省力：假如骑行者需要面临较长的上坡路，智能助力自行车的智能动力控制系统可以根据骑行者的负荷大小进行自适应调整，从而化解上坡带来的疲劳感。
2）舒适：智能助力自行车的硬件上相对传统自行车更加智能化，具有人性化设计，可以为骑行者提供更加舒适的骑行体验。
3）环保：智能助力自行车是一种纯电动力源的交通工具，并且对于比传统摩托车来说，减少了很多噪音干扰，对环境也更加友好。
4）高效：智能助力自行车拥有强大的性能和效率。
骑行者可以在短时间内骑行较长的距离。
3. 实现过程实现智能助力自行车可以分为以下几个步骤：1）硬件设计：设计基于智能动力控制系统的硬件。
基于AVR电动助力车驱动系统的设计刘启新,赵伟军(南京工程学院自动化系,江苏南京 211167)摘要:以AVR单片机作为电动助力车电机驱动系统的控制芯片,介绍了电动助力车无刷直流电动机驱动系统的组成,通过调节PWM波的占空比实现电动机的速度控制。
提出了电动机在起动、过载以及非正常运行时可能会出现的过流以及电池欠电压,而采用的过流检测及保护方法,用比较器的输出控制晶体管导通来触发AVR中断,执行中断保护程序。
关键词:电动助力车;无刷直流电动机;PWM控制中图分类号:TM391 文献标识码:A 文章编号:1672-1616(2006)23-0035-03 交通车辆尾气排放使得环境污染已成为严重的世界性问题。
随着经济的发展,传统燃油车的耗油量急剧增加,能源危机问题变得日益严峻。
电动助力车作为一种绿色交通工具,既保留了非机动车的轻便,又融入机动车的方便,而且车身占用车位小,大大提高了非机动车道的通行效率,非常适合城市内短程出行,具有其他交通工具无法比拟的优势,所以电动助力车作为一种环保交通工具越来越受到人们的青睐[1,2]。
目前电动助力车的驱动电机有3类:直流有刷高速电动机、无刷直流电动机和直流有刷低速电动机。
无刷直流电动机不但具备结构简单、运行可靠、维护方便的特点,还具备运行效率高、损耗低、控制方便、调速性能好等诸多优点。
因此,越来越多的电动助力车采用无刷直流电动机作为驱动电机[3]。
1 控制系统方案无刷直流电动机(Brushless Direct Current Mo2 tor,简称BLDCM)是一种典型的机电一体化产品,它是由电动机本体、位置检测器、电子开关和控制器等组成。
位置检测器检测转子磁极的位置信号,控制器对转子位置信号进行逻辑处理并产生相应的开关信号,开关信号根据输入信号的要求,以一定的顺序触发功率开关器件,将电源按一定的逻辑关系分配给电动机定子各相绕组,使电动机产生持续不断的转矩。
因此,无刷直流控制器的设计,关键是根据位置信号确定电子开关的通断顺序和通断时间。
![毕业设计-基于avr单片机的步进电机控制设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/7a4da62049649b6649d747bd.png)
□毕业实习□毕业设计□毕业论文题目：基于A VR单片机的步进电机控制器设计年级： 2005级专业：机电一体化技术姓名：杨明学号： 20056427指导教师：王世刚日期：黑龙江大学职业技术学院制摘要介绍了步进电动机的发展史,及国内的现状和步进电动机未来的应用前景。
并且阐述了步进电动机转速、角度、转矩的控制原理。
本文阐述了一种步进电机控制器的设计方案，并绘制了原理图和PCB板图，撰写了程序源代码。
实现了对步进电动机转速、角度的控制，并完成了实物的制作。
这期间主要使用protel99se软件绘制原理图和制板，。
最后通过硬件的调试验证程序代码的实际功能，完成对控制器的设计。
关键词AVR单片机；步进电动机；控制器。
AbstractIntroduction step enter electric motor of development history, and local present condition and step enter electric motor future of application elaborated a step to enter electric motor to turn soon, angle, turn Ju of control text elaborated a kind of step enter electrical engineering controller of design project, and drew principle diagram and PCB plank diagram, composed a procedure source a to step enter the electric motor turn soon, angle of control, and completion real object of period main usage the protel 99 se the software draw principle diagram and make plank, usage proteus softwares carry on an imitate of procedure code true with the theories of the function end experiment certificate procedure a code through an adjust of hardware of actual function, completion design controller.Key wordsA VR MCU; Stepper Motor;Controller.目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章、引言 (1) (1) (1) (1)第二章、步进电机控制系统 (2) (2) (2) (2) (3) (3)第三章、Atmega16L单片机 (4)Atmega16L主要功能 (4)Atmega16L引脚功能 (4)第四章、控制器电路图 (6)第五章、步进电动机原理与控制 (8) (8) (8)L297/L298 (8)L297芯片简介 (8)L298芯片简介 (9)L297／298步进电机控制 (9) (10)第六章、实现 (11)main主程序流程图 (11) (12)第七章、结构图 (30)结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)第一章、引言步进电机又称电动机或阶跃电动机，国外一般称为 Step motor或Stepping motor 等。
基于AVR单片机的智能小车的设计与制作O 引言自工业革命以来，随着电气的发展，人类进入了文明的新阶段。
机器人已经广泛用于工业、农业、服务业、军事、机械、交通、航天航空等领域。
智能机器人水平的不断提高，大大提高了劳动效率，减轻了劳动强度。
机器人与人类并肩作战，在征服自然，改造自然地过程中发挥着重要作用。
智能小车是集理论力学、机械结构、数字电路、模拟电路、传感器、单片机、控制理论和算法等多门学科为一体的综合系统，其内容涵盖机械、电子、自动控制原理、计算机、传感技术等多个学科和领域。
本文设计的基于ATmagel6L 的智能小车就是要求其从起跑线出发，然后通过自身自动调整向角和车速，使其自动沿着一条黑色引导线行驶。
1 智能小车的硬件设计方案本智能小车控制系统的结构如图1 所示。
其中的Atmegal6L 单片机是智能小车的控制模块，它是高性能、低功耗的8 位AVR 微处理器，采用先进的RISC 结构，具有16K 字节的系统内可编程Flash 和512 字节的EEPROM。
工作于16 MHz 时，其性能高达16 MIPS，并具有32 个可编程通用I／0 口和用于边界扫描的JTAG 接口，基本都能够满足设计要求。
电路稳压模块输入12 V 电压。
经过稳压电路后可得到9 V、5 V 两种电压，其中9 V 电压用于电机驱动模块的工作电压，5 V 电压则用于单片机的工作。
图2 所示是RPR220 光电传感模块的电路图，光电传感是由10 个RPR220 型光电对管组成。
RPR220 是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器则是一个高灵敏度的硅平面光电三极管。
L298N 的INPUT、OUTPUT 两端口用于提供稳定的电压以使电机转动。
1．1 光电传感模块图2 所示是本系统中光电传感模块的电路图。
寻线路径一般是刻在白色平面上的3 cm 的黑线，小车沿着黑线循径，当检测到白线，即二极管发出的光被白线反射回来时，光电对管中的三极管导通，比较器6 号端口输入为低电平，经过比较器后，7 号端口输出为高电平。
`毕业设计（论文）题目电动助力车驱动与控制系统的计院别电气工程学院专业电气自动化技术班级姓名学号指导教师（职称）日期毕业设计（论文）任务书注：本任务书要求一式两份，一份打印稿交教研室，一份打印稿交学生，电子稿交院办。
摘要近年来，燃油交通工具因尾气排放问题已造成城市空气的严重污染。
随着经济的发展，传统燃油车的耗油量急剧增加，能源危机问题变得日益严重，于是发展绿色交通工具已经成为一个重要的课题，电动助力车作为一种绿色交通工具，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。
而且车身占用车位小，大大提高了非机动车辆的通行效率，非常适合城市内短程出行，所以电动助力车作为一种环保交通工具受到人们的欢迎。
本设计采用永磁无刷直流驱动电机，以MCS-51系列单片机8051为中心控制芯片，并配以适当的接口电路实现设计需要的功能任务，包括力矩测量电路、PWM脉宽调制电路，电机驱动电路等，同时，系统具有过流保护、欠压报警及欠压保护功能。
关键词：无刷直流电机；8051单片机；电动助力车AbstractIn recent years, the fuel vehicles because of emissions problems have caused the serious air pollution in cities. With the development of economy, traditional fuel vehicles fuel consumption increased sharply, the energy crisis is becoming increasingly serious, and develop green transportation has become an important issue, electric bicycle, as a green vehicle, the system has good speed, high power factor, energy saving, small size, light weight and so on. And body occupy spaces in small, greatly improving the efficiency of non-motor vehicles, ideal for short trips within the city, so electric bikes as an environmentally friendly means of transport popular.This design uses a permanent magnet brushless DC motor drive, centered around MCS-51 8051 series MCU control chips, and with appropriate interface circuit design of functionality needed tasks, including torque measurement circuit, PWM pulse width modulation circuit, motor driver circuit, while system is under voltage, over current protection, under-voltage alarm and protection functions.Keywords: Brushless DC motor; 8051 MCU; for electric bicycle1.1 设计的技术背景 (1)1.1.1国外电动助力车发展现状 (1)1.1.2 国内电动助力车发展现状.................................................................. 错误！未定义书签。
基于AVR的纯电动车无刷直流电机驱动系统刘明岗;陈鹿民【摘要】根据整车参数要求,设计一种基于AVR单片机控制的纯电动汽车无刷直流电机驱动系统.该系统以MEGA48单片机作为控制芯片,进行了电源电路设计、系统硬件保护电路设计、三相全桥逆变电路设计、逆变器驱动电路设计,利用PI控制器进行电机电流速度的双闭环控制,并采用C语言进行模块化编程和结构化编程.该系统可以实现欠压、过流和堵转保护,在系统出错情况下具有自检功能,同时具有升级空间,便于用户二次开发.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2013(021)018【总页数】4页(P169-172)【关键词】无刷直流电机;AVR单片机;电动汽车;控制系统【作者】刘明岗;陈鹿民【作者单位】郑州轻工业学院河南郑州450002;河南机电职业学院河南新郑451191;郑州轻工业学院河南郑州450002【正文语种】中文【中图分类】TP302电动汽车作为一种新能源绿色交通工具，具有零污染、高效率、低噪音特点。
动力系统作为解决电动汽车基本性能的重要因素，是电动汽车的关键问题之一[1]。
目前，国外纯电动汽车驱动控制系统技术成熟，研发与生产制造积极性高，研制方式多样，驱动控制器的研制趋于标准化；而国内纯电动汽车驱动控制系统基础数据库不完善，产品过度依赖于二次开发，不利于产业化，可靠性与稳定性差，驱动控制器通用性、复用性差[2]。
根据开发电动汽车的要求和市场调研的结果，我们开发出了一套基于AVR芯片的永磁无刷直流电机的控制系统，该系统具有电路简单、性能安全、成本低等优点，有利于纯电动汽车产业化。
1 系统总体设计以我院与某新能源汽车公司开发的纯电动汽车为载体，结合控制系统的具体参数要求，对无刷直流电机的控制原理进行了详细分析，依据无刷直流电机特性，针对电动汽车的控制需求，进行了无刷直流电机控制系统的设计。
技术指标如下：系统正常工作电压72 V，最低工作电压65 V，最大工作电流180 A，最大输出功率18 kW。
基于AVR 电动助力车驱动系统的设计刘启新,赵伟军(南京工程学院自动化系,江苏南京 211167)摘要:以AVR 单片机作为电动助力车电机驱动系统的控制芯片,介绍了电动助力车无刷直流电动机驱动系统的组成,通过调节PWM 波的占空比实现电动机的速度控制。
提出了电动机在起动、过载以及非正常运行时可能会出现的过流以及电池欠电压,而采用的过流检测及保护方法,用比较器的输出控制晶体管导通来触发AVR 中断,执行中断保护程序。
关键词:电动助力车;无刷直流电动机;PWM 控制中图分类号:TM391 文献标识码:A 文章编号:1672-1616(2006)23-0035-03 交通车辆尾气排放使得环境污染已成为严重的世界性问题。
随着经济的发展,传统燃油车的耗油量急剧增加,能源危机问题变得日益严峻。
电动助力车作为一种绿色交通工具,既保留了非机动车的轻便,又融入机动车的方便,而且车身占用车位小,大大提高了非机动车道的通行效率,非常适合城市内短程出行,具有其他交通工具无法比拟的优势,所以电动助力车作为一种环保交通工具越来越受到人们的青睐[1,2]。
目前电动助力车的驱动电机有3类:直流有刷高速电动机、无刷直流电动机和直流有刷低速电动机。
无刷直流电动机不但具备结构简单、运行可靠、维护方便的特点,还具备运行效率高、损耗低、控制方便、调速性能好等诸多优点。
因此,越来越多的电动助力车采用无刷直流电动机作为驱动电机[3]。
1 控制系统方案无刷直流电动机(Brushless Direct Current Mo 2tor ,简称BLDCM )是一种典型的机电一体化产品,它是由电动机本体、位置检测器、电子开关和控制器等组成。
位置检测器检测转子磁极的位置信号,控制器对转子位置信号进行逻辑处理并产生相应的开关信号,开关信号根据输入信号的要求,以一定的顺序触发功率开关器件,将电源按一定的逻辑关系分配给电动机定子各相绕组,使电动机产生持续不断的转矩。
因此,无刷直流控制器的设计,关键是根据位置信号确定电子开关的通断顺序和通断时间。
AVR 单片机具有高速度和低功耗;具备高度保密功能,Flash 具有多重密码锁死功能,无法对其进行解剖,有利于保护设计成果;内置看门狗,防止程序飞走,具有较强的抗干扰性能;有8位和16位计数器/定时器,提供PWM 控制[4]。
因此AVR 单片机适合作为电动助力车的控制系统CPU 。
图1是采用AVR 单片机组成的电动助力车无刷直流电动机的原理图。
图1 单片机控制无刷直流电动机原理图2 控制器主要硬件电路的设计2.1 控制器主电路的设计控制器主电路如图2所示。
电源电压为36V图2 控制器主电路图收稿日期:2006-09-11作者简介:刘启新(1957-),女,江苏镇江人,南京工程学院副教授,主要从事电机拖动与电机控制的研究工作。
直流,采用三相桥逆变器,主电路的电子开关管采用二二导通的控制方式,即在任一瞬间使两个N 沟道MOSFET 开关管同时导通,这种工作方式称作两相导通星形三相六状态方式。
在二二导通方式下,开关管的导通顺序应为:V T 1,V T 2→V T 2,V T 3→V T 3,V T 4→V T 4,V T 5→V T 5,V T 6→V T 6,V T 1。
在这种工作方式下,每个周期共有6种导通状态,每隔60°电角度工作状态改变一次,每个开关管导通120°电角度。
可使电动机产生最大的转矩。
2.2 驱动电路的设计为了驱动6个N 沟道MOSFET ,设计了专门的驱动电路,驱动电路图如图3所示。
电路中采用高压集成驱动器IR2103驱动同一桥臂上的两个电子开关管,避免了产生同一桥臂上两个电子开关管直通的危害。
图3 三相桥式主电路驱动电路的原理图2.3 PWM 信号的产生PWM 的作用是对电动机进行调速,PWM 波形是单片机通过软件编程实现的。
本文设计应用单片机输出PWM 信号。
在电动机正常工作情况下,通过改变PWM 的占空比来改变电动机的转速。
当电动机发生过流或电源电压太低时,PWM 信号被关断,电动机惯性滑行,起到保护作用。
2.4 检测电路的设计2.4.1 过流检测电路的设计为了防止电动机起动、过流、过载或异常运行时,大电流对控制电路、功率逆变器和电动机本体造成损害,设计了过电流检测电路。
在主电路上串联一个采样电阻,将采样电阻两端电压与设定的电压进行比较来检测主电路电流是否过流,过流信号送至单片机的中断引脚,执行过流保护子程序。
图4为过流检测电路,电动机正常工作情况下,比较器U3输出为低电平,三极管Q 7截止,三极管Q 7的集电极为高电平(电动机正常工作时的状态)。
如电动机负载突然增大,通过电动机绕组的电流增大,那么采样值就增大,如果它增大到一定值(大于其本身的1.8倍),则比较器U3输出为高电平,三极管导通,集电极为低电平,触发单片机中断,执行过电流保护子程序,使电动助力车停转。
2.4.2 位置检测电路的设计图4 过流检测电路 位置检测由霍尔传感器完成,霍尔传感器输出的信号要整形,本设计选用集成施密特触发器芯片74HC14对输出波形整形,整形后的输出波形如图5所示。
每相位置信号互差60°电角度。
图5 位置传感器输出波形图2.4.3 电池电压检测电路的设计电池电压检测电路与过电流保护电路的设计类似,只是为了和过电流保护一致,在U3的后面加上反相器,电池电压正常情况下,经过降压处理的电池电压高于比较电压,比较器U3输出为高电平,经反相后,三极管的基极没有电压不会导通。
如电池电压降低,检测电压小于比较电压,则比较器U3输出为低电平,经反相,三极管导通,触发单片机中断,执行中断保护子程序,使电动助力车停转,同时发出报警信号。
3 控制器软件设计思想系统软件主要完成系统控制功能[5],其主程序主要完成AVR 单片机的初始化、信号读入、信号处理、报警等功能,其程序流程图如图6所示。
当电源接通后,首先完成AVR 单片机的初始化处理,然后读入刹把信号,根据刹把信号,起动电动机至对应的转速。
再顺序读入相应的信号,如不需调速,就将巡航信号开关合上,让助力车以恒速运行。
若电源电压信号低于2.7V ,发出报警信号。
图6 系统主程序流程图4 实验及分析本文对250W 、36V 电压、额定转速为2000r/min 的样机进行实验。
由LabV IEW 软件和PCI6024E数据采集板设计波形测试仪,给定信号选用5V 直流电压。
实验过程中,首先调节PWM波形,当给定转速信号变化,PWM 占空比变化。
图7是测试仪测量的PWM 波形,第1个波形是给定信号为额定值的75%时PWM 的波形,第2个波形是给定信号为额定值的50%时PWM 的波形,可以看出PWM 信号的占空比与给定信号成正比。
给定信号与电动机的转速的测量数据见表1。
从实验数据看出,无刷直流电动机的转速与给定信号成正比变化,可以满足电动助力车的控制要求。
图7 PWM 波形表1 系统给定信号与无刷直流电动机转速测量数据给定信号/V 53 1.50转速/(r ・min -1)200011956035 结束语本文设计的基于AVR 电动助力车驱动系统,充分利用了AVR 单片机的丰富的片内资源,便捷的PWM 功能。
PWM 的信号由软件实现,简化了硬件结构,节省了硬件资源。
系统总体设计遵循了可靠、简单、实用的原则。
实验表明,本文设计的系统具有很好的实用性。
参考文献:[1] 郑 吉,李学普.无刷直流电动机控制技术综述[J ].微机电,2002,32(3):11-131[2] 丁志刚.无刷直流电动机的研究和发展进展[J ].微机电,2003,33(1):29-301[3] 张 琛.直流无刷电动机原理及应用(第2版)[M ].北京:机械工业出版社,20041[4] 丁化成,耿德根,李君凯.AVR 单片机应用设计[M ].北京:北京航空航天大学出版社,20021[5] Eagle lee.AVR 单片机C 语言开发入门指导[M ].沈 文,詹卫前译.北京:清华大学出版社,20031Control System Design B ased on AVR for Electrical Bicycle DrivenL IU Qi -xin ,ZHAO Wei -jun(Nanjing Institute of Technology ,Jiangsu Nanjing ,210013,China )(下转第40页)V′M,继续步骤6;若V i<V′M,转入步骤7。
步骤7:进行匀减速度段进给控制。
若V i> V′L,继续步骤7;若V i<V′L,转入步骤8。
步骤8:进行减减速度段进给控制。
若V i> V E,继续步骤8;若ΔS=0或V i≤V E,S曲线自动加减速结束。
3 应用实例以数据采样插补的圆弧加工控制为例,介绍实现S曲线加减速控制的过程。
数据采样插补以弦代替弧,会产生弓高误差,为保证加工精度,要根据圆弧半径和加工精度,限制最大进给速度。
设加工精度e r为0.001mm,插补采样周期T c 为2ms,圆弧半径R为500mm,进给速度V C为300mm/s,最大进给加速度A max为1000mm/s2,进给加加速度J为5000mm/s3。
最大允许加工速度[1]V max=8×e r×RT c=8×10-3×5002×10-3=1000(mm/s)>V C由前面算法求得T1=A maxJ=10005000=012(s),令T1=T3=T5=T7=T,从而V L=12J T2=12×5000×0122=100(mm/s)V M=V C-12J T2=300-12×5000×0122=200mm/s 减速区曲线与加速区曲线类似,不同之处在于数据采样插补用小线段拟合圆弧时的剩余量要均匀处理,否则,会影响加工速度。
该圆弧的S加减速曲线如图2所示。
图2 S加减速曲线应用实例4 结 论本文对S曲线加减速控制方法的研究,为高速高精度数控系统的研制提供了理论支撑,解决了电动机加速和减速时的冲击问题。
从该研究可以看出,S曲线加减速过程除受加速度A、加加速度J和加工速度V C影响外,还与加工轮廓的长短有关。
对于短距离轮廓显然不能实现完整的S曲线加减速过程,本文用设置降速区距离来控制加减速过程,是一种有效和实用的方法。
在加工过程中,切削速度若不断变化,对于非直线轮廓实现实时的S曲线加减速控制,降速区的距离计算是复杂的,需研究新的控制方法。
参考文献:[1] 朱晓春,吴 祥,任 浩,等.数控技术[M].北京:机械工业出版社,20061[2] 赵 巍,王太勇,万淑敏.基于NURBS曲线的加减速控制方法研究[J].中国机械工程,2006,17(1):1-31 Study on the Accelaration/Decelaration Control Method for S-curveZHU Xiao-chun,QU Bo,SUN Lai-ye,WAN G Mu-lan(Nanjing Institute of Technology,Jiangsu Nanjing,211167,China)Abstract:Due to deficiency of S curve acceleration/deceleration control at present,it researches a new control strategy,the control arithmetic and method of real time control.With the application example,it gives the detail on the arithmetic and control method.The results show that the arithmetic and control method for real2 izing high-speed and high-precision is right and useful.K ey w ords:S-curve;Accelaration/Decelaration;Control Method;CNC System(上接第37页)Abstract:It introduces the motor-driven system of the electrical bicycle.Based on the AVR single chip, through modulating the duty-ratio of PWM wave,the speed of the electrical bicycle can be well controlled. The research is focused on the phenomenon of overcurrent,overload and abnormal operation of the motor dur2 ing begining.It puts forward the method of overcurrent detecting and protecting.The experimental results show that the method has good ability.K ey w ords:Electric Bicycle;Brushless Direct Current Motor;PWM Control。
