智能电动自行车调速控制系统模板.pdf

智能电动自行车调
速控制系统

1
2020年4月19日
文档仅供参考

1绪论

电动车比燃油车有更长的发展史。世界第一辆机动车就是电动车

而不是燃油车。起初燃油汽车技术快速发展，电动车却未能在能源和

行驶里程的研究上取得突破性成果。在上世纪20年代初到80年代末

这段时间里，电动车一直没有得到重视。自从进入70年代以后，中

东石油问题爆发而且人类逐渐认识到环境问题日益加重，电动车的研

究再次成为人类关注的热点。

近年来，许多国家投入了大量资金和人才到电动车开发研究领

域。因此电动车的技术发展也获得了巨大成果。虽然电动车的能源和

行驶距离方面至今还没有得到令人非常满意的突破，可是电动车的前

景依然值得人们继续不断的开发和改进相关技术。

现代社会的不断发展，石油煤炭等不可再生能源持续消耗，清洁

可再生能源的需求越加明显，电动自行车已经成为了当今世界各国急

需开发的新型交通工具。虽然智能电动自行车在能源和续航时间的开

发领域里，至今都没有取得突破性的成果，然而智能电动车光明的未

来前景依然激励着人类坚持不懈地研究新型电动自行车，不断完善和

改良其性能。二十一世纪，能源紧缺和环境污染给人类带来了巨大的

生存压力，越来越多的声音呼唤人类尽快的改进自身的自然生存环

境，减少对环境的污染，更多使用绿色能源。为了推动这一倡导的发

展，世界各国各地区的相关政府机关、学术研究领域、工业生产领域

都在加大对电动自行车开发研究的投资资金和人才派遣力度，以推进

电动自行车商品化的进度。虽然当前电动车在能源利用和行驶距离方

2
2020年4月19日
文档仅供参考
面的表现还未能达到理想程度，但已经能够满足人们出行的基本要

求。从技术不断发展的方面来看，相信在经过漫长而艰难的研究开发

历程以后，电动自行车将会获得的技术突破，有望成为二十一世纪的

重要交通工具。

在中国自行车的使用量相当大，在很长一段时期内，自行车仍将

是老百姓出行最方便常见的交通工具。近年来，人民生活水平不断提

高，一种以蓄电池为能的自行车用其轻便、安全、省时、省力、低能

耗、零排放、低噪音、有利于创造绿色人居环境等优点，赢得了越来

越受到人民群众的喜爱。在现如今的城乡大小街道上，电动自行车越

来越普及，而且大有取代传统自行车的趋势。

电动车电机的基本要求：

（1）电动车的运行，相比于一般的工业应用有所区别，相当复

杂。因此，对电动机驱动系统有很高的要求。

（2）电动车使用的电动机应具备瞬时功率大，过载能力比较

强、加速的性能比较好，使用寿命相对长的特点。

（3）电动车用电动机的调速范围应该比较宽。在恒转矩区运行

时，低速运行需要具有较大的转矩，从而能够达到起动和爬坡的需

求；在恒功率运行时，低转矩运行需要具有较高的速度，从而达到车

在平坦的路面能够高速行驶的要求。

（4）电动车使用的电机应能够在车子速度减慢时实现能量回

收，把减速的能量传输给蓄电池，提高电动车能量的利用率，在摩托

车这种情况上是不能实现的。

3
2020年4月19日
文档仅供参考

2总体方案论证

总体方案论证部分选取了两个方案进行比较，一个方案是采用

PSOC单片机来实现电动车调速系统，另一个方案则是使用STC89C52

单片机实现课题要求的方案。

2.1系统方案一

关于经过PSOC单片机来实现电动车调速系统的设计，单片机产

生PWM脉冲信号来完成信号检测、控制系统的任务。采用霍尔元件

检测电动机所在的位置信号与当前转速，用场效应管MOSFET进行功

率转换。

PSOC片上系统具有很灵活的特性，控制效果能够达到很好的程

度，而且能够增加系统的可靠性、安全性以及快速性。PSOC单片机经

过霍尔元件测出频率，经过换算以后间接得到电机转速。

电机刚开始启动时，速度变化快，电流输入信号大，得到较高的

输出占空比，电动机所得到的平均电压提高。这样能够使电动机在启

动的一段时间内拥有一个较高的启动转矩，但这是电流输入信号需要

被限制从而能够减少因启动电流太大而导致电动机损坏。该控制系统

原理框图如图2.1所示。

逻辑
功直流
速速驱
率无刷
PW

相绕组

4
2020年4月19日

电机转
文档仅供参考

图2.1调速系统框图
调速系统根据对电动自行车和蓄电池的需要，设置保护电路等其

它防护措施。在电动车运行时，经过电流中断保护电动机的方法最为

有效。

2.2系统方案二

本设计的基本思想是以STC89C52为核心器件，从而控制电动自

行车的行驶。以STC89C52为核心所组成的闭环控制系统，能够实现

速度显示，速度控制，采