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多用途
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单片机
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多用途喷药小车的调速装置设计
30页 15000字数+说明书+开题报告+任务书+外文翻译+文献综述
任务书.doc
外文翻译--机械设计.doc
多用途喷药小车的调速装置设计开题报告.doc
多用途喷药小车的调速装置设计说明书.doc
封面.doc
文献综述.doc
评阅书.doc
诚信承诺书.doc
目 录
1绪论1
1.1本课题的研究背景和意义1
1.2控制理论的概念1
1.3电动机控制技术的发展2
1.3.1电力电子器件的发展2
1.3.2微机控制电动机技术的发展2
1.3.3微机控制电动机的特点2
1.4本课题的主要任务3
2喷药小车电动机的研究3
2.1电动车对电动机的基本要求4
2.2永磁无刷直流电动机特性分析4
2.2.1无刷直流电动机的结构4
2.2.2永磁无刷直流电动机的基本性能5
2.2.3永磁无刷直流电动机的控制系统5
2.2.4 直流无刷电机的运行原理5
2.2.5永磁无刷直流电动机的不足7
3总体设计布局7
4电动小车调速系统的硬件设计7
4.1 MCS-51单片机内部结构7
4.3电流检测单元11
4.3.1霍尔电流传感器的测量原理11
4.3.2电流检测电路12
4.4速度给定单元13
4.4.1霍尔转把结构13
4.4.2霍尔转把的信号特征13
4.5速度检测单元14
4.5.1霍尔位置检测电路14
4.5.2集成转速传感器15
4.5.3集成型速度传感器的性能特点16
4.6译码器16
4.7.1 Intel8279可编程键盘／显示器接口简介17
4.7.2 蓄电池的容量显示18
4.8控制器保护功能欠压检测电路18
5电动小车控制器软件设计19
5.1系统软件设计的基本要求19
5.2系统主程序结构20
5.2.1主程序流程20
5.2.2定时中断服务程序流程20
5.2.3 AD中断服务程序流程21
5.3电机控制程序设计21
5.3.1 速度调节程序21
5.3.2 电流调节程序22
5.4 软件抗干扰设计22
结论24
致 谢25
参考文献26
摘 要
采用单片机控制永磁无刷直流电动机的调速系统适用于电动小车等小功率的工作况。并且可以将多余的电能进行回溃。该调速控制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。比较适合生活生产的使用实际需要。
本文从小车调速系统要求分析入手，将整个系统分成了四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略以及实现的方法。详细的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与电量，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求，达到设计目的。
关键词：单片机； 脉宽调速系统； 电动机； 传感器； 蓄电池
- 内容简介：
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中国地质大学长城学院本科毕业设计文献综述系 别： 工程技术系 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 李荣柱 学 号： 05208313 2012年1月20日多用途喷药车调速装置设计文献综述一、研究目的与意义电动车在上世纪 60 年代就开始研制，然而生不逢时，并未出现大规模的实际应用。上世纪 90 年代，在环保和节能潮流的推动下，电动车再次展现出新的生机。电动车的出现和普及，缓解了城市的交通压力，给人们的出行带来了极大的方便，具有良好的社会意义。（1）为人们提供一种灵活机动的出行交通工具随着改革开放的深入，几乎所有城市都在规划市政蓝图，市区范围迅速向农村伸展，城市的交通压力越来越大；同时农村“村村通公路”政策的实施，使人们的出行里程明显增加。因此合适的交通工具的出现反映了这种市场需求， 90年代初燃油助力车的火爆旺销现象就是这种供求关系的证明。（2）节能环保，缓解能源紧张问题能源紧张、环境污染、大气污染已是全球性的问题，而我国尤为严重，人口占世界 20%，石油储藏量仅占 1.8%，目前社会经济高速发展，对石油能源需求很大，电动车“以电代油”，是未来交通的发展方向。（3）电动车产业潜在市场巨大中国发展电动车具有独特的有利条件。其中，一个非常重要的因素是市场。中国人口众多，具有世界最庞大的自行车市场。目前自行车拥有量为 4 亿多辆，如把 10%的自行车换成电动自行车，就需 4000 万辆电动自行车，以每辆均价 500元计算，这是一个巨大的市场。农用领域电动车并未出现规模性的发展。然而我国是一个农业大国，如若在此领域进行发展研究，将有利于我国农业的健康稳定的发展。通过设计，可以对其进行实物样品生产，进行实践。达到对喷药小车的动力调节，实现对不同人群的不同速度要求。满足生产实际的需要。实现速度控制及小车速度显示等电力系统的设计。目的在于了解电控调速的发展现状，主要是类似电动自行车、电动三轮车的控制电路调速机理。了解其调速的电路的运行过程与原理，方便设计时注意问题的所在点，使得设计更简单有效。本设计的意义在于控制喷药小车的运行速度，以便适合喷药要求、使用人群的速度要求。 二、电动小车关键技术的研究现状电动小车核心技术包括二个方面：电机与传动、控制器与控制技术、电池等，涉及电气、电力电子、控制、机械等多学科。目前，我国对电动车的研究已经进入实用阶段，具有相对成熟的技术，可靠的驱动和控制，以及高比能量的电池。在目前农业喷药类机械设备中，需要机械传动的种类中大致分为两种传动方式，一种是大功率的内燃机通过齿轮等机械零件传动进行动力输出，另一种就是电动机作为原动机输出动力。于是，就有两种对其输出动力进行变化的调速装置，一种为机械式的通过减速器等进行纯机械式的变速，另一种就是通过改变电动机的电流、电压来改变电动机转速，从而实现变速，后者，也就是本文所要讨论与研究的内容。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。国际上，例如美国属于大平原的地理结构。其农业的发展非常顺利，种植与养育均采用大型机械，农用播种，喷药，洒水，收割，各类机械生产应用已成为规模式的发展。大型机械的应用为其大面积种植提供方便，减少了人力的使用。我国地理结构复杂，平原，山丘，梯田等复杂的地理结构为我过农业的发展起到了制约的作用。所以发展小型、便捷的小型机械成为目前我国农用机械发展的一个大趋势。多用途喷药电动车的研究就是为了适应这种复杂条件而开展的。既可以适应不同地理结构，还可以省力，会是农民进行农业生产的好帮手。三、控制器现状及研究控制器是电动小车的大脑，其主要作用是控制电机转速、提高电机效率以及在一定的情况下保护电机和电池。无刷直流电机的控制器目前有三大类。一是采用专用集成电路制作的控制器，一是采用通用单片机制作；一是采用专用数字信号处理器(DsP)制作。有刷直流电机由于采用机械换向，不需要位置传感器反馈电机位置信息，所以控制器相对简单，价格也相对便宜。有刷直流电机控制器主要由专用集成芯片制作。无刷直流电动机是通过控制器正常运行并实现各种调速伺服功能，它主要完成以下几个功能：（1）对转子位置检测器输出的信号、PWM 调制信号、刹车信号等进行逻辑综合，为驱动电路提供各开关管的斩波信号和选通信号，实现电机的正反转和停车控制。（2）产生 PWM 调制信号，使电机的电枢电压随给定速度信号而自动变化，实现电机开环调速。（3）对电机进行速度闭环和电流闭环调节，使系统具有较好的动、静态性能。（4）实现短路、过流、欠电压等故障保护功能。蓄电池输入电路电机控制器电 动机图 1 电动小车控制系统图电动小车控制系统图，图 1为电动小控制系统图，主要包括电源电路、控制电路、功率驱动电路以及检测反馈电路。电源电路将蓄电池的提供电压经过转换，为控制电路和功率驱动电路提供工作电压；控制电路接受外部信号，控制电机运行，同时实现控制算法；功率驱动电路将控制电路输出的控制信号进行功率放大，驱动电机运行；检测反馈电路采集电机运行的各种参数，供控制电路使用。 电动小车控制器的主要形式有：分立元件加少量集成电路构成的模拟控制系统、基于专用集成电路的控制系统、以微型计算机技术为核心的数模混合控制系统和全数字控制系统。模拟控制系统由于模拟电路中不可避免的存在参数漂移和参数不一致等问题，加上线路复杂、调试不便等因素，使电机的可靠性和性能受到影响，在电动小车控制器中已经不采用了。微机控制电动机的特点与连续控制相比较，电动机数字控制有如下主要特点：(1)控制系统集成度高，硬件电路单一，可靠性高，可重复性好。(2)一台微机可以为多个控制回路服务，完成较多的控制功能。(3)对于不同的控制算法和要求，一般不必改变系统的硬件，只需按新的控制算法编制新程序即可。(4)借助一些人机界面设备可实现对系统运行状态的监控、预警、故障诊断等功能；借助处理器的通讯功能可实现与上位机的通讯；借助现场总线技术可实现底层控制设备的联网，因而能方便地实现高复杂度的多机协同工作。(5)计算机运算速度快，精度高，具有逻辑判断能力，且具有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制规律，以达到较高的控制质量。(6)数字量的运算不会出现模拟电路中的零点漂移问题，容易保证足够的控制精度。由于微机控制电动机有上述特点，所以微机控制电动机的理论及应用得到迅速地发展，成为运动控制系统的发展方向之一。四、总结对于电动小车控制系统设计主要有四个方面：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，但是又必须能使小车行驶自如。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。电动小车因其轻便灵活、节能环保而得到广泛应用，给农民进行农业生产带来了极大方便；随着电动车的大面积普及，电动车产业在近十几年也得到长足的发展，各厂商都不惜投入巨资开发新型产品，抢占市场。电动小车以无刷直流电动机为驱动动力，实质为一个电力传动系统，其控制大脑就是电动小车控制器，控制器的性能好坏直接关系到整车的性能。参考文献1 张飞我国电动自行车发展状况及管理对策研究：郑州大学硕士学位论文.郑州：郑州大学，2006，9-112 Hongxing Wu，Shukang Chen A controller of brushless DC motor for electricvehicle. IEEE transactions on Mag，2005，4(1)：509-5133 Luk P CK，Lee C K，KwoK N M Development of a low cost software packagefor the design of a brushless DC motor controller.Procedding fromelectrotechnial conference. 1994，1306-13094 陈清电动车的现状和趋势，20035 胡宝兴基于DSP的电动自行车用无刷直流电机控制系统的研究学位论文 20056 曹建平电动自行车调速
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