天津工業大學生產實習報告姓名學院專業班級學號指導教師2012年月日摘要單片機控制的永磁無刷直流電動機調速系統適用于電動自行車等小功率的工作情況，并能將多余的電能回饋。該系統具有調速性能好、功率因數高、節能、體積小、重量輕等優點。本文從系統要求分析入手，將整個系統分成四個部分，分析和討論了各個部分的電路原理、控制策略、實現方法。詳細討論了系統的各種工況及信號的傳遞情況，并得到了系統各個部分在不同工況的工作狀態。系統各個部分的控制電路基于INTEL公司的控制芯片89C51單片機。根據永磁無刷直流電動機的特性實施脈寬PWM控制，并通過轉速傳感器測量轉速通過八段數碼管動態顯示轉速，通過軟硬件的配合，實現整個系統的設計要求。關鍵詞單片機，脈寬調速系統，三端式穩壓器，永磁無刷直流電動機目錄摘要I1概述12總體設計33電路設計54程序設計105PCB元件圖13參考文獻151概述11電動車的發展史電動車的發展史比燃油汽車更長，世界上第一輛機動車就是電動車。后來，由于燃油汽車技術的迅速發展，而電動車在能源技術和行駛里程的研制上長期未能取得突破，從20世紀20年代初至60代末，電動車的發展進入了一個沉寂期。進入70年代以來，由于中東石油危機的爆發以及人類對自然環境的日益關注，電動車才再度成為技術發展的熱點。近幾十年來，主要工業化國家為電動車的開發投入了大量的人力和財力，電動車的各項相關技術也取得了重大的進展。盡管電動車在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性的進展，但是電動車的美好前景仍然激勵著人們鍥而不舍地開發新型電動車，改善其性能。現代電動車的能源系統、電機驅動系統、智能化的能量管理系統、充電系統、車載空調系統和變速系統，電動車的基礎設施建設以及未來智能化的交通系統的發展。根據各類子系統的不同特點近年來，各種顯示高新技術的電動車層出不窮，日新月異。12電動車對電動機的基本要求電動車的運行與一般的工業應用不同，非常復雜。因此，對驅動系統的要求是很高的。（1）電動車用電動機應具有瞬時功率大、過載能力強、過載系數應為（34），加速性能好、使用壽命長等特點。（2）電動車用電動機應具有寬廣的調速范圍，包括恒轉矩區和恒功率區。在恒轉矩區，要求低速運行時具有大轉矩，以滿足起動和爬坡的要求；在恒功率區，要求低轉矩時具有高的速度，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。（3）電動車用電動機能夠在減速時實現再生制動，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動車具有最佳能量的利用率，這在內燃機得摩托車上是不能實現得。（4）電動車用電動機應在整個運行范圍內，應具有高得效率，以提高1次充電得續駛里程。另外，還要求電動車用電動機可靠性好，能夠在較惡劣得環境下長期工作，結構簡單并適應大批量生產，運行時噪聲低，價格便宜等。2總體設計對于電動自行車控制系統設計主要有三個方面1控制電路的設計；2傳感器選擇以及安放設計；3顯示電路的設計；4程序設計。從總的方面來考慮，傳感器的使用應該盡量減少單片機的信號處理量，但是又必須能使車行駛自如。控制電路要根據選用的電機來設計，主要考慮穩定性，抗干擾性。控制核心采用51單片機。控制上采用分時復用技術，僅用一塊單片機就實現了信號采集，電機控制和轉速顯示。如圖1所示圖1整體電路圖3電路設計控制電路主要由電源電路、電機驅動電路、單片機接口電路、顯示電路四個部分。考慮到電機的起動電流和制動時比較大，會造成電源電壓不穩定容易對單片機和傳感器的工作產生干擾，所以，電機機驅動電路和單片機以及傳感器電路用光耦隔離。電源模擬圖如圖2所示，電源有一定損耗，通過可變RV1模擬損耗的電源。圖2電源模擬圖電動車車速調節主要應用PWM電路，即數字式脈寬調制控制電路。這次采用此PWM電路，如圖3。此電路由三個個電阻，兩個NPN型三極管，一個電動機構成，通過比較器比較出的電壓高低，調節電動機的轉速。圖3PWM電路此電路采用LM324電壓比較器，通過電壓比較器，比較電壓，來輸出電壓，調節電動機轉速。電路如圖所示，圖4圖4電壓比較器單片機部分，有晶振電路和復位電路。圖5復位電路圖6晶振電路本次實驗思路1，通過可變電阻調節電源電壓2通過電壓比較器，比較是否輸出高電平3通過PWM電路控制電動機的轉速4通過單片機控制調速系統，當燈滅時，電壓不足，不能提供給電動機的電壓，需要充電；當燈亮時，說明電源電壓足夠，可以提供電能。整體的電路模擬圖如圖所示圖7電路模擬圖4程序設計控制系統由單片機來控制和采集。流程圖如圖所示開始棧針初始化分配顯示緩沖設置中斷開CPU中斷允許INT0掃描鍵盤按下未按下掃描掃描IN7啟動A/D轉換啟動A/D轉換調用調寬子程序調用顯示程序返回圖8單片機流程圖單片機程序INCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARSBITCLKP24SBITSTP25SBITEOCP26SBITOEP27SBITPWMP30SBITLEDP20SBITPKP01VOIDDELAYMSUINTMSUCHARIWHILEMSFORI0I25，000小時。二、工作原理和結構特點（一）工作原理DKZ型電動執行機構是一個用交流伺服電動機為原動機的位置伺服機構，其系統方塊圖如圖1所示。工作原理FC伺服放大器SD單相伺服電機WF位置發送器Z減速器DFD電動操作器C調節閥圖1電動執行機構系統方塊圖電動執行機構處于連續調節的控制過程狀態當輸入信號I10（或4MADC）時,位置發送器反饋電流I反0或4MADC,此時伺服放大器沒有輸出電壓，交流伺服電動機停轉，執行機構輸出軸穩定在預選好的零位。當輸入信號I10（或4MADC）時（接入極性應與位置反饋電流極性相反）此輸入信號與系統本身的位置反饋電流在伺服放大器的前置級磁放大器中進行磁勢的綜合比較，由于這二個信號大小不相等且極性相反就有誤差磁勢出現，從而使伺服放大器有足夠的輸出功率，驅動交流伺服電動機，執行機構輸出軸就朝著減少這個誤差磁勢的方向運動，直到輸入信號和位置反饋信號二者相等為止，此時輸出軸就穩定在與輸入信號相對應的位置上。電動執行機構三種控制方式1當電動操作器切換開關放在“自動”位置時，即處在連續調節控制狀態，其控制過程如上所述。2當電動操作器切換開關放在“手動”位置時，即處在手動遠方控制狀態，操作時只要將旋轉切換開關分別拔到“開”或“關”的位置，執行機構輸出軸就可以上行或下行，在運動過程中觀察電動操作器上的閥位開度表，到所需控制閥位開度時，立即松開切換開關即可。3當電動操作器切換開關放置“手動”位置，把交流伺服電動機端部旋鈕放在“手動”位置時，拉出執行機構上的手輪，搖動手輪就可以實現手動操作。當不用就地手動操作時，千萬要注意，把交流伺服電機端部的旋鈕放在“自動”位置，并把手輪推進。（二）結構特點電動執行機構由伺服放大器和執行機構二個結構上相互獨立的整體構成。執行機構為現場就地安裝式結構，在減速器箱體上裝有交流伺服電機和位置發送器。減速器上有手動部件、輸出軸、機械限位塊。位置發送器與減速器的聯接結構如圖2所示，它們之間的聯接和調整是通過杠桿和彈簧來實現的。當減速器輸出軸上下運動是時，杠桿一端依靠彈簧的拉力緊壓在輸出軸的端面上，因而傳感器芯棒產生軸向位移，達到改變位置發送器輸出電流大小的目的。由于傳感器芯棒移動距離為8MM而對應的位置反饋電流為420MA或010MA。輸出軸位移的行程和位置發送器輸出電流呈線性關系。利用杠桿支點距離的不同來改變行程的變化。機械限位塊則按行程不同來時行設置。圖2電動執行機構位置發送器和減速器的聯接示意圖三、使用場合DKZ型直行程電動執行機構可以與變送器，調節器等儀表配套使用，它以電源為動力，接受420MADC或010MADC信號，將此轉換成與輸入信號相對應的直線位移，自動地操縱閥門等調節機構，完成自動調節任務，或者配用電動操作器實現遠方手動控制，該儀表可廣泛應用于發電廠、鋼鐵廠、化工、輕工等工業總門的調節系統中。該儀表有連續調節、遠方手動控制和就地手動操作三種控制方式。該儀表適用于無腐蝕性氣體、環增色溫度為2570，相對溫度為95的場所。產品二DZZHDZZM型自動氣象站一、概述DZZH、DZZM型自動氣象站，是一個堅實可靠、無移動部件、全固態化風速、風向、溫度、氣壓四要素自動氣象站。其風速、風向的測量采用“THERMALFIELDVARIATION”（熱場變化）專利技術。風速、風向參數是由風吹過一個加熱圓筒，而使這個圓筒周圍的熱場發生改變而獲取。DZZH、DZZM型自動氣象站能夠精確、快速響應風的變化，并具有零起動風速的閾值。傳感器中沒有軸承或電位計，因此不會受到腐蝕或磨損的影響，同時該氣象站內置自動加熱系統，不會受到結冰的影響。其中DZZH型由于采用了特殊材料的外殼，并對其進行防腐處理，可用于海上平臺或海洋性氣候的臺站。DZZM型除可用于常規氣象臺站使用外，還可在空氣污染嚴重、環境極其惡劣的情況下使用。二、特點高可靠性、高精確度零起動風速閥值、無移動部件抗干擾能力強、免維護自動循環自檢測三、性能可靠，終身免維護獨特的結構和先進的技術保證DZZHDZZM型自動氣象站具有環境適應能力強、性能穩定可靠的特點。產品終身免維護，大大減少停機時間和維護人員的工作量。四、技術參數風速測量范圍0M/S70M/S精度055VM/SV為實際風速值分辨率01M/S風向測量范圍0360全方位，無盲區精度50分辨率01信號輸出選擇RS485模式，半雙工協議工作環境工作電壓DC24V6V工作溫度4060存儲溫度5595最大功率35W除冰選件48VDC，450W大氣壓力測量范圍6000HPA1100HPA最大允許誤差5HPA分辨力01HPA產品三ZRJD電動調節蝶閥一、概述ZRJD型電動調節蝶閥由3810/3410系列電動執行機構與蝶閥組合構成。3810系列電子式電動執行器，是以220V交流單相電源作為驅動電源，接受來自計算機、調節器的420MDC，或者15VDC輸入信號來運轉的全電子式執行機構，機內有伺服系統，無需另配伺服放大器。二、特點ZRJD型電動調節蝶閥具有功能強，體積小，性能可靠等優點。配套簡單，流通能力大，特別適合于介質是粘稠，含顆粒，纖維性質的場合。它可廣泛應用于食品、環保、輕工、石油、化工、教學設備、造紙、電力等行業的工業過程自動控制系統中。三、工作原理和結構ZRJD型電動調節蝶閥由3810/3410系列電動執行機構與蝶閥組合構成。3810系列電子式電動執行器，是以220V交流單相電源作為驅動電源，接受來自計算機、調節器的420MDC，或者15VDC輸入信號來運轉的全電子式執行機構，機內有伺服系統，無需另配伺服放大器，關鍵部件“控制器”采用先進的混合集成電路，并用樹脂澆鑄固化，經老化處理，可靠性高，防潮，防震。用電位器調整零點、行程、靈敏度方便易行；用功能開關任意選擇正、反動作，選擇斷信號的三種狀態。同時，執行器具有過載保護、溫度保護及壓縮彈簧保證閥門關嚴的三種保護功能。是一種高可靠性的產品，可與各種直行程和角行程調節閥門組成模擬量控制型電動調節閥。3410系列電動執行器是以220V交流單相電源為驅動電源，輸入信號采用220V交流開關信號，電機采用交流可逆單相齒輪減速電機，開度檢測采用精密導電塑料電位器，閥位輸出可選擇電阻或420MADC，可與各種角行程調節閥門組成開關控制型電動調節閥。蝶閥是在圓柱形的閥體通道內，安有一個圓盤狀蝶形閥板，它繞著軸線作090旋轉。蝶板處在0時，閥門全閉，旋轉到90度時，則閥門全開。蝶閥結構簡單、體積小、重量輕，操作靈活、安裝方便、流通能力大等優點，旋轉90即可快速啟閉。蝶閥具有較好的流量控制特性，蝶閥處于完全開啟位置時，只有蝶形閥板厚度是介質流經閥體時的唯一阻力，所產生的壓力降較小。蝶閥與管道連接有對夾式、法蘭式和對焊連接等幾種。對夾式蝶閥是用雙頭螺栓將閥門夾接在兩管道法蘭之間。法蘭式蝶閥是閥門上帶有法蘭，用螺栓將閥門兩端法蘭與管道上的法蘭連