基于STM32单片机的电动自行车无刷直流电动机控制器设计毕业论文

 2021-04-15 12:04

摘 要

作为新时代的绿色出行交通工具,电动自行车有着诸多优点,例如:零排放,低噪声等。因为电动自行车出行比较方便,操作简单,所以电动自行车成为了很多人出行的首要选择,它也成为大中城市公共公交的补充。因此,我国的可持续发展战略,电动自行车的大力推广具有很好的经济和环保意义。

本文介绍以STM32单片机为核心的无刷直流电机控制器设计。采用了国产的驱动芯片JY01作为电机的驱动芯片,以简化电机的PWM调速控制。并且采用了DAC0832作为A/D转换模块芯片。

本文首先介绍了本课题的研究背景与意义,针对国内外电动车发展现状进行分析,紧接着介绍了电动自行车各组成部分,并对各部分工作原理进行分析,然后根据实际需求做相关的电路设计,控制器的关键部分有:主控芯片的选择,刹车和调速电路设计,驱动电路设计。接着根据电动自行车控制器的各模块的软件,进行研究与分析,设计出各模块的具体电路原理图和软件控制流程图。

关键词:无刷直流电机;STM32;电路设计;

Design of Brushless DC Motor Controller for Electric Vehicle Based on STM32 Single Chip Microcomputer

Abstract

Electric bicycle has zero emissions, low noise and many other advantages.It is a modern green transportation.Due to the convenient, high-speed, so many people choose it as their travel tools. Electric bicycle also gradually become a supplement of urban public transit.Therefore, the development of electric bicycle has a good social meaning and economic benefits.

This paper introduces the STM32 micro controller as the core of the brush-less dc motor controller design.we use domestic chip JY01 as motor driver chips, to simplify the PWM speed regulation control of the machine.And adopted the DAC0832 chip as D/A conversion module.  

This paper first introduces the research background and significance of this topic, the current situation of the development of electric bicycles in our country and abroad, then introduces the electric bicycle and the working principle of each part of each component.After that ,show the relevant circuit design.The choice of main control chip, braking and speed control circuit design, driver circuit design, the circuit diagram design are the key parts of the controller.At the end of this paper,it introduces the research on the software part of the electric bicycle controller module and the analysis of the circuit principle diagram is given for each module and the software control flow chart.

Keywords:Brushless Direct Current Motor ,STM32,Circuit desgin.

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的意义 1

1.1.1绿色的交通工具 1

1.1.2我国具有庞大的市场与需求 1

1.2 电动自行车的现状 2

1.2.1我国的电动自行车的现状 2

1.2.2国外电动自行车的的现状 2

第二章 无刷直流电机控制系统的组成和原理 4

2.1 无刷直流电机的工作原理 4

2.2 控制器的组成及原理 5

第三章 系统硬件电路设计 7

3.1 单片机选型 7

3.2 主芯片最小系统 8

3.3 电源电路 9

3.4三相逆变电路及其驱动模块 10

3.4.1三相逆变电路 10

3.4.2 霍尔位置信号检测模块 11

3.4.3 驱动模块 12

3.4.4 欠压过流保护模块 13

3.5 数模转换模块 13

3.6 刹车输入电路 14

3.7手把电压检测电路 15

第四章 系统软件设计 16

4.2 中断服务程序 17

4.3 速度控制 18

4.4 AD采样程序设计 20

4.5 欠压保护程序 21

总结 23

致谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1 课题研究的意义

随着社会的不断发展,环境保护和节约能源的问题已经越来越受到重视,为了解决燃油车对环境造成的严重污染,并解决与环境日益冲突的能源危机问题,许多国家正在开发新的绿色环保的交通工具。电动自行车就是典型的具有展露意义的研究方向。电动自行车作为人类解决环境污染和节约能源的重要手段之一,加上关键的二次电池的技术“瓶颈”的巨大突破,加之电动机,充电器和控制器近年来的飞速发展,电动车也在不断的发展,产品逐渐走向成熟,并且步入了实用化阶段。因此,大力发展电动自行车,符合我国现阶段国情,符合可持续发展理念,在环境保护为主题的21世纪,具有战略意义。

1.1.1绿色的交通工具

绿色的概念主要体现在一下几点:

  1. 电动自行车行驶的过程中,不会产生废气,基本不会产生大气污染的问题。随着电力来源的多样化,可以有效降低大气污染,缓解气候变暖问题。
  2. 噪声极小。现阶段的社会城市中,噪声污染已经成为不可回避的问题之一。而电动自行车由于使用的是无刷直流电机,噪声相比原来的燃油摩托或者汽车,显著减小,因而可以有效缓解城市中的噪声污染问题
  3. 高效率:现代的无刷直流电动机的能量利用效率要大远高于传统的燃油机,其综合节电率可达20%~60%。对能量的利用率大大提升。

因此,大力发展电动自行车,符合我国现阶段国情,符合可持续发展理念,在环境保护为主题的21世纪,具有战略意义。

1.1.2我国具有庞大的市场与需求

我国对电动车的发展具有特殊的有利的条件。其中,市场在其中有着不可或缺的作用。我国是世界上人口最多的国家,自行车的市场也是相当巨大的。我国目前的自行车数量大概为5亿多辆,其中电动车的比率不高,但是因为基数高,也具有相当大的规模。

1.2 电动自行车的现状

1.2.1我国的电动自行车的现状

我国的电动车的发展起步并不早,可以说是较晚,相比与欧美国家以及日本,开始时具有很大差距。但是在上世纪90年代中期时,我国开始了电动车研发的高潮时段。首先集中在北京,伤害,广东等地。经过短短几年,在90年代后期时,规模已经基本覆盖了全国主要的经济发达的地区。经过十几年的发展,我国已经初步形成了以一大批具有创新势力和较大规模的国产品牌电动自行车[2]。纵观我国的电动车发展史,基本可以分为以下三个阶段:

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