天津工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告姓名學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2012年月日摘要單片機(jī)控制的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用于電動(dòng)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(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。本文從系統(tǒng)要求分析入手，將整個(gè)系統(tǒng)分成四個(gè)部分，分析和討論了各個(gè)部分的電路原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)方法。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號(hào)的傳遞情況，并得到了系統(tǒng)各個(gè)部分在不同工況的工作狀態(tài)。系統(tǒng)各個(gè)部分的控制電路基于INTEL公司的控制芯片89C51單片機(jī)。根據(jù)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)施脈寬PWM控制，并通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速通過(guò)八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速，通過(guò)軟硬件的配合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞單片機(jī)，脈寬調(diào)速系統(tǒng)，三端式穩(wěn)壓器，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)目錄摘要I1概述12總體設(shè)計(jì)33電路設(shè)計(jì)54程序設(shè)計(jì)105PCB元件圖13參考文獻(xiàn)151概述11電動(dòng)車的發(fā)展史電動(dòng)車的發(fā)展史比燃油汽車更長(zhǎng)，世界上第一輛機(jī)動(dòng)車就是電動(dòng)車。后來(lái)，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動(dòng)車在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長(zhǎng)期未能取得突破，從20世紀(jì)20年代初至60代末，電動(dòng)車的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期。進(jìn)入70年代以來(lái)，由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類對(duì)自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動(dòng)車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。近幾十年來(lái)，主要工業(yè)化國(guó)家為電動(dòng)車的開發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力，電動(dòng)車的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。盡管電動(dòng)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(jìn)展，但是電動(dòng)車的美好前景仍然激勵(lì)著人們鍥而不舍地開發(fā)新型電動(dòng)車，改善其性能?，F(xiàn)代電動(dòng)車的能源系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、智能化的能量管理系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)和變速系統(tǒng)，電動(dòng)車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及未來(lái)智能化的交通系統(tǒng)的發(fā)展。根據(jù)各類子系統(tǒng)的不同特點(diǎn)近年來(lái)，各種顯示高新技術(shù)的電動(dòng)車層出不窮，日新月異。12電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求電動(dòng)車的運(yùn)行與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。（1）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大、過(guò)載能力強(qiáng)、過(guò)載系數(shù)應(yīng)為（34），加速性能好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。（2）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)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(dòng)車用電動(dòng)機(jī)能夠在減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動(dòng)車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)得摩托車上是不能實(shí)現(xiàn)得。（4）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，應(yīng)具有高得效率，以提高1次充電得續(xù)駛里程。另外，還要求電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣得環(huán)境下長(zhǎng)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，價(jià)格便宜等。2總體設(shè)計(jì)對(duì)于電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有三個(gè)方面1控制電路的設(shè)計(jì)；2傳感器選擇以及安放設(shè)計(jì)；3顯示電路的設(shè)計(jì)；4程序設(shè)計(jì)。從總的方面來(lái)考慮，傳感器的使用應(yīng)該盡量減少單片機(jī)的信號(hào)處理量，但是又必須能使車行駛自如?？刂齐娐芬鶕?jù)選用的電機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)，主要考慮穩(wěn)定性，抗干擾性?？刂坪诵牟捎?1單片機(jī)?？刂粕喜捎梅謺r(shí)復(fù)用技術(shù)，僅用一塊單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集，電機(jī)控制和轉(zhuǎn)速顯示。如圖1所示圖1整體電路圖3電路設(shè)計(jì)控制電路主要由電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)接口電路、顯示電路四個(gè)部分?？紤]到電機(jī)的起動(dòng)電流和制動(dòng)時(shí)比較大，會(huì)造成電源電壓不穩(wěn)定容易對(duì)單片機(jī)和傳感器的工作產(chǎn)生干擾，所以，電機(jī)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)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(guò)可變RV1模擬損耗的電源。圖2電源模擬圖電動(dòng)車車速調(diào)節(jié)主要應(yīng)用PWM電路，即數(shù)字式脈寬調(diào)制控制電路。這次采用此PWM電路，如圖3。此電路由三個(gè)個(gè)電阻，兩個(gè)NPN型三極管，一個(gè)電動(dòng)機(jī)構(gòu)成，通過(guò)比較器比較出的電壓高低，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖3PWM電路此電路采用LM324電壓比較器，通過(guò)電壓比較器，比較電壓，來(lái)輸出電壓，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。電路如圖所示，圖4圖4電壓比較器單片機(jī)部分，有晶振電路和復(fù)位電路。圖5復(fù)位電路圖6晶振電路本次實(shí)驗(yàn)思路1，通過(guò)可變電阻調(diào)節(jié)電源電壓2通過(guò)電壓比較器，比較是否輸出高電平3通過(guò)PWM電路控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速4通過(guò)單片機(jī)控制調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)燈滅時(shí)，電壓不足，不能提供給電動(dòng)機(jī)的電壓，需要充電；當(dāng)燈亮?xí)r，說(shuō)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(shè)計(jì)控制系統(tǒng)由單片機(jī)來(lái)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(shè)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(dòng)A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用調(diào)寬子程序調(diào)用顯示程序返回圖8單片機(jī)流程圖單片機(jī)程序INCLUDEDEFINEUINTUNSIGNEDINTDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARSBITCLKP24SBITSTP25SBITEOCP26SBITOEP27SBITPWMP30SBITLEDP20SBITPKP01VOIDDELAYMSUINTMSUCHARIWHILEMSFORI0I25，000小時(shí)。二、工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）工作原理DKZ型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一個(gè)用交流伺服電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)的位置伺服機(jī)構(gòu)，其系統(tǒng)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(jī)WF位置發(fā)送器Z減速器DFD電動(dòng)操作器C調(diào)節(jié)閥圖1電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方塊圖電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于連續(xù)調(diào)節(jié)的控制過(guò)程狀態(tài)當(dāng)輸入信號(hào)I10（或4MADC）時(shí),位置發(fā)送器反饋電流I反0或4MADC,此時(shí)伺服放大器沒(méi)有輸出電壓，交流伺服電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸穩(wěn)定在預(yù)選好的零位。當(dāng)輸入信號(hào)I10（或4MADC）時(shí)（接入極性應(yīng)與位置反饋電流極性相反）此輸入信號(hào)與系統(tǒng)本身的位置反饋電流在伺服放大器的前置級(jí)磁放大器中進(jìn)行磁勢(shì)的綜合比較，由于這二個(gè)信號(hào)大小不相等且極性相反就有誤差磁勢(shì)出現(xiàn)，從而使伺服放大器有足夠的輸出功率，驅(qū)動(dòng)交流伺服電動(dòng)機(jī)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸就朝著減少這個(gè)誤差磁勢(shì)的方向運(yùn)動(dòng)，直到輸入信號(hào)和位置反饋信號(hào)二者相等為止，此時(shí)輸出軸就穩(wěn)定在與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的位置上。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)三種控制方式1當(dāng)電動(dòng)操作器切換開關(guān)放在“自動(dòng)”位置時(shí)，即處在連續(xù)調(diào)節(jié)控制狀態(tài)，其控制過(guò)程如上所述。2當(dāng)電動(dòng)操作器切換開關(guān)放在“手動(dòng)”位置時(shí)，即處在手動(dòng)遠(yuǎn)方控制狀態(tài)，操作時(shí)只要將旋轉(zhuǎn)切換開關(guān)分別拔到“開”或“關(guān)”的位置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸就可以上行或下行，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中觀察電動(dòng)操作器上的閥位開度表，到所需控制閥位開度時(shí)，立即松開切換開關(guān)即可。3當(dāng)電動(dòng)操作器切換開關(guān)放置“手動(dòng)”位置，把交流伺服電動(dòng)機(jī)端部旋鈕放在“手動(dòng)”位置時(shí)，拉出執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的手輪，搖動(dòng)手輪就可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。當(dāng)不用就地手動(dòng)操作時(shí)，千萬(wàn)要注意，把交流伺服電機(jī)端部的旋鈕放在“自動(dòng)”位置，并把手輪推進(jìn)。（二）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)二個(gè)結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立的整體構(gòu)成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為現(xiàn)場(chǎng)就地安裝式結(jié)構(gòu)，在減速器箱體上裝有交流伺服電機(jī)和位置發(fā)送器。減速器上有手動(dòng)部件、輸出軸、機(jī)械限位塊。位置發(fā)送器與減速器的聯(lián)接結(jié)構(gòu)如圖2所示，它們之間的聯(lián)接和調(diào)整是通過(guò)杠桿和彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)減速器輸出軸上下運(yùn)動(dòng)是時(shí)，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(chǎn)生軸向位移，達(dá)到改變位置發(fā)送器輸出電流大小的目的。由于傳感器芯棒移動(dòng)距離為8MM而對(duì)應(yīng)的位置反饋電流為420MA或010MA。輸出軸位移的行程和位置發(fā)送器輸出電流呈線性關(guān)系。利用杠桿支點(diǎn)距離的不同來(lái)改變行程的變化。機(jī)械限位塊則按行程不同來(lái)時(shí)行設(shè)置。圖2電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置發(fā)送器和減速器的聯(lián)接示意圖三、使用場(chǎng)合DKZ型直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以與變送器，調(diào)節(jié)器等儀表配套使用，它以電源為動(dòng)力，接受420MADC或010MADC信號(hào)，將此轉(zhuǎn)換成與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的直線位移，自動(dòng)地操縱閥門等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，完成自動(dòng)調(diào)節(jié)任務(wù)，或者配用電動(dòng)操作器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動(dòng)控制，該儀表可廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、鋼鐵廠、化工、輕工等工業(yè)總門的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。該儀表有連續(xù)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)方手動(dòng)控制和就地手動(dòng)操作三種控制方式。該儀表適用于無(wú)腐蝕性氣體、環(huán)增色溫度為2570，相對(duì)溫度為95的場(chǎng)所。產(chǎn)品二DZZHDZZM型自動(dòng)氣象站一、概述DZZH、DZZM型自動(dòng)氣象站，是一個(gè)堅(jiān)實(shí)可靠、無(wú)移動(dòng)部件、全固態(tài)化風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓四要素自動(dòng)氣象站。其風(fēng)速、風(fēng)向的測(cè)量采用“THERMALFIELDVARIATION”（熱場(chǎng)變化）專利技術(shù)。風(fēng)速、風(fēng)向參數(shù)是由風(fēng)吹過(guò)一個(gè)加熱圓筒，而使這個(gè)圓筒周圍的熱場(chǎng)發(fā)生改變而獲取。DZZH、DZZM型自動(dòng)氣象站能夠精確、快速響應(yīng)風(fēng)的變化，并具有零起動(dòng)風(fēng)速的閾值。傳感器中沒(méi)有軸承或電位計(jì)，因此不會(huì)受到腐蝕或磨損的影響，同時(shí)該氣象站內(nèi)置自動(dòng)加熱系統(tǒng)，不會(huì)受到結(jié)冰的影響。其中DZZH型由于采用了特殊材料的外殼，并對(duì)其進(jìn)行防腐處理，可用于海上平臺(tái)或海洋性氣候的臺(tái)站。DZZM型除可用于常規(guī)氣象臺(tái)站使用外，還可在空氣污染嚴(yán)重、環(huán)境極其惡劣的情況下使用。二、特點(diǎn)高可靠性、高精確度零起動(dòng)風(fēng)速閥值、無(wú)移動(dòng)部件抗干擾能力強(qiáng)、免維護(hù)自動(dòng)循環(huán)自檢測(cè)三、性能可靠，終身免維護(hù)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的技術(shù)保證DZZHDZZM型自動(dòng)氣象站具有環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。產(chǎn)品終身免維護(hù)，大大減少停機(jī)時(shí)間和維護(hù)人員的工作量。四、技術(shù)參數(shù)風(fēng)速測(cè)量范圍0M/S70M/S精度055VM/SV為實(shí)際風(fēng)速值分辨率01M/S風(fēng)向測(cè)量范圍0360全方位，無(wú)盲區(qū)精度50分辨率01信號(hào)輸出選擇RS485模式，半雙工協(xié)議工作環(huán)境工作電壓DC24V6V工作溫度4060存儲(chǔ)溫度5595最大功率35W除冰選件48VDC，450W大氣壓力測(cè)量范圍6000HPA1100HPA最大允許誤差5HPA分辨力01HPA產(chǎn)品三ZRJD電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥一、概述ZRJD型電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥由3810/3410系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與蝶閥組合構(gòu)成。3810系列電子式電動(dòng)執(zhí)行器，是以220V交流單相電源作為驅(qū)動(dòng)電源，接受來(lái)自計(jì)算機(jī)、調(diào)節(jié)器的420MDC，或者15VDC輸入信號(hào)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的全電子式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)內(nèi)有伺服系統(tǒng)，無(wú)需另配伺服放大器。二、特點(diǎn)ZRJD型電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥具有功能強(qiáng)，體積小，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。配套簡(jiǎn)單，流通能力大，特別適合于介質(zhì)是粘稠，含顆粒，纖維性質(zhì)的場(chǎng)合。它可廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)保、輕工、石油、化工、教學(xué)設(shè)備、造紙、電力等行業(yè)的工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)中。三、工作原理和結(jié)構(gòu)ZRJD型電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥由3810/3410系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與蝶閥組合構(gòu)成。3810系列電子式電動(dòng)執(zhí)行器，是以220V交流單相電源作為驅(qū)動(dòng)電源，接受來(lái)自計(jì)算機(jī)、調(diào)節(jié)器的420MDC，或者15VDC輸入信號(hào)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的全電子式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)內(nèi)有伺服系統(tǒng)，無(wú)需另配伺服放大器，關(guān)鍵部件“控制器”采用先進(jìn)的混合集成電路，并用樹脂澆鑄固化，經(jīng)老化處理，可靠性高，防潮，防震。用電位器調(diào)整零點(diǎn)、行程、靈敏度方便易行；用功能開關(guān)任意選擇正、反動(dòng)作，選擇斷信號(hào)的三種狀態(tài)。同時(shí)，執(zhí)行器具有過(guò)載保護(hù)、溫度保護(hù)及壓縮彈簧保證閥門關(guān)嚴(yán)的三種保護(hù)功能。是一種高可靠性的產(chǎn)品，可與各種直行程和角行程調(diào)節(jié)閥門組成模擬量控制型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。3410系列電動(dòng)執(zhí)行器是以220V交流單相電源為驅(qū)動(dòng)電源，輸入信號(hào)采用220V交流開關(guān)信號(hào)，電機(jī)采用交流可逆單相齒輪減速電機(jī)，開度檢測(cè)采用精密導(dǎo)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(diào)節(jié)閥門組成開關(guān)控制型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。蝶閥是在圓柱形的閥體通道內(nèi)，安有一個(gè)圓盤狀蝶形閥板，它繞著軸線作090旋轉(zhuǎn)。蝶板處在0時(shí)，閥門全閉，旋轉(zhuǎn)到90度時(shí)，則閥門全開。蝶閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，操作靈活、安裝方便、流通能力大等優(yōu)點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)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(shí)，只有蝶形閥板厚度是介質(zhì)流經(jīng)閥體時(shí)的唯一阻力，所產(chǎn)生的壓力降較小。蝶閥與管道連接有對(duì)夾式、法蘭式和對(duì)焊連接等幾種。對(duì)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