目    录

1 第一章  绪论 5

1.1无刷直流电机的现状 5

1.2电动自行车介绍和发展状况 5

1.3 无刷直流电机控制器概述 8

1.4本设计的主要工作 9

2 第二章 无刷电机控制系统分析 10

2.1电机的基本原理 10

2.1.1稀土永磁无刷直流电机的基本结构 10

2.1.2电机的基本工作原理 11

2.1.3三相无刷直流电机星形连接全桥驱动原理 12

2.2 电机的特性分析 14

2.2.1电机的运行特性分析 14

2.2.2机械特性和调速特性分析 16

2.2.3其他特性分析 17

2.3直流电动机的PWM调速原理 18

2.4霍尔传感器 19

2.4.1开关型霍尔集成传感器 19

2.4.2霍尔器件在无刷直流电机中的应用 19

3 第三章 无刷直流电机控制器硬件设计 20

3.1单片机选择 20

3.1.1单片机选择依据 20

3.1.2 PIC单片机特点 20

3.1.3 PIC16F72单片机的功能特性 21

3.1.4 PWM信号在PIC单片机中的处理 22

3.2硬件组成 22

3.3微控制器电路 24

3.4三相全桥逆变电路和驱动电路 27

3.4.1顶端、底端驱动电路 27

3.4.2电源电路 29

3.4.3振荡倍压电路 30

3.4.4硬件保护电路 30

3.5其他 31

3.5.1蓄电池检测方案 31

3.5.2助力信号检测方案 31

3.5.3电动自行车面板显示电路 32

4 第四章 系统软件设计 33

4.1概述 33

4.2主程序 34

4.3中断 35

4.3.1单片机中断资源 35

4.3.2定时器资源分配 36

4.3.3 MOD键(INT中断)处理模块 36

4.4 A D转换 37

4.5 PWM(脉冲宽度调制) 38

4.6位置信号和驱动信号的对应关系 39

4.7欠压保护、过流保护和堵转保护 40

4.7.1欠压和过流保护功能 40

4.7.2堵转保护功能 40

4.8面板显示模块 41

4.9数字PI速度调节 41

4.9.1概述 41

4.9.2  PID基本原理 42

4.9.3位置型PID算法程序的设计 42

4.9.4数字PI速度调节器设计 43

4.10接线模式自识别方案 44

4.10.1接线模式自识别功能的作用 44

4.10.2接线模式自识别解决方案 44

4.11编程注意的问题 47

4.11.1数据存储体的选择 48

4.11.2二程序存储体的选择 48

第五章 系统调试与运行分析 51

5.1系统软、硬件部分调试 51

5.1.1系统硬件调试 51

5.2控制器的可靠性 53

5.2.1影响控制器可靠性的因素 53

5.2.2 提高控制器可靠性的方案 53

5.3单片机系统可靠性设计 54

5.3.1接地技术 54

5.3.3抗电磁干扰技术 55

5.4实验结果分析与建议 55

5.4.1实验结果分析 55

5.4.2实验结论与建议 56

结    论 58

参考文献 59

附录A 控制器电路图 60

附录B 控制器电路板PCB图纸 61

附录C 控制器实物图 61

附录D 电动自行车和指示面板实物图 62

结    论

作为一种新能源绿色交通工具，具有零污染、高效率、低噪音特点的电动自行车必将有广阔的发展空间。本文在广泛查阅资料，深入了解无刷直流电机特性的基础上，对无刷直流电机的控制原理进行了详细的研究，设计了一款电动自行车用无刷直流电机控制器。一年来，经过多次的方案论证和软硬件设计，系统的功能和性能基本达到要求。

本文所设计的基于PIC单片机的无刷直流电机控制器具有硬件结构简单、保护功能完善、软件采用模块化设计易于用户二次开发等特点。主要实现了如下功能:

(1) 采用FIC16F72单片机作为主控芯片，加强了电动车的智能控制，实现了电动运行、定速运行和助力运行三种工作模式;

(2) 安全控制电机系统，实现了系统的自检保护、欠压保护、过流保护、堵转保护;

(3) 设计了逆变器驱动电路、硬件逻辑互锁电路和硬件过流保护电路，提高系统的可靠性;

(4) 应用数字PI控制理论实现了系统速度的闭环控制;

(5) 提出了一种电机的模式自识别设计方案.能够自动识别电机的换相角度、霍尔相位和电机输出相位.保证电机在接线错误的情况下可以进行自动纠正:

(6) 系统软件采用模块化设计，为二次开发提供了非常便利的条件。

由于时间与能力有限，本文所设计的控制系统还有待于进一步的改进，比如可采用无位置传感器的控制方法，利用软件检测电机的反电动势，从而省去位置传感器，降低硬件成本，提高可靠性;还可采用专用控制芯片和单片机相结合的方式实现无刷直流电机的控制，使系统具有更好的灵活性和稳定性。