感謝電源網(wǎng)給我們提供這樣一個(gè)平臺(tái)，下面介紹一下我的畢設(shè)作品設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)要求
主要指標(biāo)：
1.對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行實(shí)物仿真搭建并通過(guò)模擬控制器采集主要參數(shù)信息
2.模擬控制器能夠?qū)?shù)據(jù)傳輸出去并在主控面板上實(shí)時(shí)顯示
3.主控制器和模擬控制可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸模式不限
4.主控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣數(shù)據(jù)的處理并顯示
5.當(dāng)電動(dòng)自行車電機(jī)失壓、負(fù)載過(guò)輕、超額定轉(zhuǎn)速后控制器執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作并讓模擬器執(zhí)行相應(yīng)機(jī)構(gòu)
下附原理圖
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在電動(dòng)自行車bldc直流電機(jī)的控制的基礎(chǔ)上，主要利用BLDC無(wú)刷直流電機(jī)建立對(duì)電動(dòng)自行車電機(jī)的仿真；通過(guò)各類傳感器、信號(hào)調(diào)理電路以及AD轉(zhuǎn)換電路等將采集量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送至模擬控制器中；模擬控制器將采集量記錄并保存在EEPROM中并通過(guò)異步串口協(xié)議將采集量傳輸至終端控制器中；終端控制器處理模擬調(diào)節(jié)器發(fā)來(lái)的信息并下達(dá)保護(hù)控制信號(hào)，完成對(duì)發(fā)電機(jī)的控制檢測(cè)顯示和保護(hù)。
搭建模型如圖所示
為保障電動(dòng)自行車電機(jī)性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與維護(hù)，因此搭建模擬電動(dòng)自行車的BLDC電機(jī)，模擬電動(dòng)自行車電機(jī)模型如下圖所示。
介紹一下電動(dòng)自行車無(wú)刷直流電機(jī)仿真采樣的硬件電路和具體實(shí)施方案
1.本系統(tǒng)需要對(duì)汽車車載三相發(fā)電機(jī)的電壓、電流以及轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集。針對(duì)此系統(tǒng)三相交流電壓的采集，可通過(guò)DL-PT202G型電壓互感器將電壓變?yōu)榈蛪嚎蓽y(cè)的范圍之內(nèi)，將電壓互感器二次側(cè)得到的電壓經(jīng)過(guò)整流橋以及電解電容的整流濾波之后輸出一個(gè)脈動(dòng)較小的直流電壓，這個(gè)直流電壓由于在0~5V可被STC12C5A60S2單片機(jī)AD采樣模塊準(zhǔn)確檢測(cè)到。
2.針對(duì)此系統(tǒng)電流的采樣，采用微電阻壓降放大的間接采樣法，主要原因是因?yàn)镾TC12C5A60S2單片機(jī)AD采樣模只識(shí)別電壓信號(hào)不識(shí)別電流等其他類型的信號(hào)。其具體做法是在系統(tǒng)主功率回路中串入一個(gè)阻值較小的康銅絲或者水泥電阻，在功率電流流向這個(gè)阻值較小的電阻時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微小的壓降，通過(guò)類似LM358之類的運(yùn)算放大器將其電壓放大再送至STC12C5A60S2單片機(jī)AD采樣模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)主回路電流的測(cè)量。
3.針對(duì)此系統(tǒng)汽車三相交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量，在考慮到安裝體積以及其他綜合因素情況之下，本次采集選用電機(jī)碼輪以及以LM393為核心的光電門檢測(cè)模塊作為檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的傳感器，通過(guò)間接測(cè)量光電門測(cè)速模塊的下降沿頻率來(lái)進(jìn)一步測(cè)出發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
總體設(shè)計(jì)方案
本系統(tǒng)利用DL-PT202G型電壓互感器作為電動(dòng)自行車電機(jī)電壓采樣傳感器，采用碼盤和基于寬電壓比較器LM393的電機(jī)測(cè)速模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的測(cè)量。保護(hù)電路采用JQC-3F(T73)5VDC型繼電器作為保護(hù)器件。顯示報(bào)警電路由液晶顯示屏LCD1604、LED發(fā)光二極管和有源蜂鳴器組成。模擬控制模塊擬采用STC12C5A60S2作為電壓調(diào)節(jié)電路的主控核心芯片并將采樣回來(lái)的電機(jī)、電壓、電流和速度參數(shù)進(jìn)行數(shù)字化處理通過(guò)異步串口通信發(fā)送給主控制器。主控制電路核心控制芯片采用PIC18F2580單片機(jī)，通過(guò)PIC18F2580單片機(jī)將采樣值進(jìn)行處理并發(fā)出相應(yīng)執(zhí)行命令給相應(yīng)被控元件。由于本系統(tǒng)需要模擬發(fā)電機(jī)以及要求負(fù)載三相相對(duì)對(duì)稱的特殊性，現(xiàn)采用A2212無(wú)刷直流電機(jī)模擬電動(dòng)自行車電機(jī)，通過(guò)簡(jiǎn)易電子負(fù)載電路實(shí)現(xiàn)負(fù)載的三相對(duì)稱要求。
電子負(fù)載電路通過(guò)三相全橋整流電路和濾波電路將三相交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓，通過(guò)簡(jiǎn)易負(fù)載電路調(diào)節(jié)一路負(fù)載便可實(shí)現(xiàn)三相電流的均衡調(diào)節(jié)。
模擬電子負(fù)載電路是下圖
保護(hù)電路是由JQC-3F(T73)5VDC型繼電器作為主要器件構(gòu)成的，繼電器在高壓高功率場(chǎng)合下可起到對(duì)控制回路以及單片機(jī)之間的隔離和驅(qū)動(dòng)保護(hù)，其在125V交流電壓條件下可承受10A的電流、在240V交流電壓條件下可承受7A的電流，可滿足本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的需求。
下圖保護(hù)電路
顯示模塊采用lcd1604，用法和1602類似但是比之前多了倆行
原理圖如下
報(bào)警電路采用有源蜂鳴器來(lái)作為主要報(bào)警器件，有源蜂鳴器配合一個(gè)NPN型三極管實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)控制電路與蜂鳴器電路的隔離，等效增大了單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力。值得一提是單片機(jī)I/O接口與三極管基極之間一般需要增設(shè)一個(gè)1K左右的電阻，否則基極電流過(guò)大會(huì)影響單片機(jī)的正常工作。這主要是由于單片機(jī)I/O輸出口灌電流比較弱的原因驅(qū)動(dòng)不了較大負(fù)載，這也是在單片機(jī)和有源蜂鳴器之間需要三極管的主要原因。另外在此基礎(chǔ)上加了綠、藍(lán)、紅色三路指示燈，所選LED發(fā)光二極管由于通過(guò)電流較分別在電小可用單片機(jī)直接進(jìn)行控制。報(bào)警電路如圖所示。
實(shí)物如下
掉電儲(chǔ)存模塊
AT24C02作為掉電記憶8端口芯片，有2048bit的記憶容量。其可通過(guò)端口A0、A1、A2三個(gè)電平狀態(tài)檢測(cè)引腳組合成8種地址，可以讓模擬電壓調(diào)節(jié)模塊最大識(shí)別8個(gè)AT24C02芯片。AT24C02記憶芯片通過(guò)IIC總線通信協(xié)議與模擬電壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行同步通信，其供電電源可由系統(tǒng)輔助電源模塊的5V供電。AT24C02外圍電路電路如圖所示。
控制模塊的硬件電路主要是針對(duì)通信協(xié)議選定的
STC12C5A60S2采用11.0592mhz晶振。
PIC18F2580采用22.1184mhz晶振
下圖是硬件原理圖
下圖是實(shí)物圖
通信選擇選異步串口通信主要是由于異步串口通信建立過(guò)程簡(jiǎn)便便于實(shí)施
核心：串口通信
串口通信的硬件聯(lián)調(diào)，
介于對(duì)系統(tǒng)參數(shù)采樣穩(wěn)定的要求，本系統(tǒng)采用9600bps波特率的串口通信速率，最大可傳輸76米的直線距離。硬件需要外接11.0592MHz的外部無(wú)源晶振，由于無(wú)源晶振需要起振電容，故選30pF的瓷片電容作為起振電容。由于模擬電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)部沒(méi)有專用波特率生成的寄存器，因此，需要通過(guò)軟件算法配置T1定時(shí)器和TMOD寄存器。
終端控制器主要是由PIC18F2580單片機(jī)組成，由于終端控制器僅有一個(gè)異步串口通信接口引腳，因此其終端控制器的工作僅負(fù)責(zé)對(duì)模擬電壓調(diào)節(jié)器的信號(hào)進(jìn)行處理，并控制顯示和發(fā)出控制命令。終端控制器有內(nèi)部自帶的增強(qiáng)型USART模塊，增強(qiáng)型USART的操作主要由三個(gè)寄存器控制，分別是傳輸狀態(tài)和控制寄存器、接收狀態(tài)和控制寄存器、波特率控制寄存器。EUSART串口控件將根據(jù)需要自動(dòng)將引腳從輸入端配置到輸出端。
這是當(dāng)時(shí)對(duì)串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)試照片
這是數(shù)據(jù)采樣的程序
#include#include #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define ADC_FLAG 0X10 #define VCC 220 uchar code SMGduan[]= {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F,}; //數(shù)碼管位選碼 uchar code SMGwei[] = {0xfe, 0xfd, 0xfb}; unsigned char pdata bufRxd[64]; //接收字節(jié)緩沖區(qū) /***********************延時(shí)函數(shù)*******************************/ void delay(uint z) { uint x,y; for(x = z; x > 0; x--) for(y = 114; y > 0 ; y--); } /************************采用器初始化******************************/ void InitADC(void) { P1M1=0xff; //1^012開(kāi)啟高阻態(tài) P1M0=0x00; //其余端口當(dāng)普通端口使用 P1ASF=0Xff; //P^1 DC_V ADC_RES=0; ADC_CONTR=0X80; //1000 0000 開(kāi)電源，最低速 delay(50); } /**************************采樣函數(shù)******************************/ uint GetADC(uchar ch) { uint result=0; ADC_CONTR=0x88|ch; //選擇通道 開(kāi)始AD轉(zhuǎn)換e8 ADC最快,88,ADC最慢 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG)); //查詢ADC_FLOG是否置位1 轉(zhuǎn)換結(jié)束 ADC_CONTR&=!ADC_FLAG; //清除ADC中斷標(biāo)志 result=ADC_RES; //(ADC_RES<<2)+ADC_RESL (<<2)+ADC_RESL; aa[ss++]= ADC_RES; if(ss==6)ss=2; return(result); } /**********************定時(shí)器0初始化****************************/ void timer0Init() { EA = 1; //打開(kāi)總中斷 ET0 = 1;//打開(kāi)定時(shí)器0中斷 TR0 = 1; //啟動(dòng)定時(shí)器0 REN = 1;//允許串口接收 TMOD |= 0X01; //定時(shí)器工作模式1，16位定時(shí)模式 TH0 = 0xED; TL0 = 0xFF; //定時(shí)5ms } /***********************串口初始化*********************************/ void UARTInit() { EA = 1; //打開(kāi)總中斷 ES = 1; //打開(kāi)串口中斷 SM0 = 0; SM1 = 1;//串口工作方式1,8位UART波特率可變 } void main()//main函數(shù)自身會(huì)循環(huán) { InitADC(); //采樣初始化 timer0Init();//定時(shí)器0初始化 UARTInit();//串口初始化 bb=0; while(mode) { } } while(mode==0) { EA=0; //關(guān)總中斷 bb=0; while(sw_up==1&sw_down==1&sw_mune0==1&sw_mune1==1&sw_mune2==1)if(mode)break; if(sw_mune1==0) aa[9]=4; if(sw_mune2==0) aa[9]=5; while(sw_up==0|sw_down==0|sw_mune0==0|sw_mune1==0|sw_mune2==0)if(mode)break; if(mode)break; else EA=1; //開(kāi)總中斷 delay(300); } } /****************************串口通信中斷*****************************/ void UART() interrupt 4 { SBUF=0xff; if(TI)//判斷是否發(fā)送完成 { bb++; if(bb>=10&&aa[9]==0xff) { bb=0; delay(1000); } } if(RI==1)//判斷接收是否完成 { int nu; nu =SBUF ;//讀SBUF，讀出串口接收到的數(shù)據(jù) //第0號(hào)數(shù)據(jù)不是幀頭，跳過(guò) switch(nu) { case 1:{LED2=1;LED1=0;LED0=1;wmq=0;JDQ=0;}break; //過(guò)壓 case 2:{LED2=1;LED1=0;LED0=1;wmq=0;JDQ=0;}break; //過(guò)流 case 3:{LED2=0;LED1=1;LED0=1;wmq=1;JDQ=1;}break; //低速 case 0:{LED2=1;LED1=1;LED0=0;wmq=1;JDQ=1;}break; //正常 } RI = 0;//軟件清零接收標(biāo)志位 cc++; if(cc==1)cc=0; } }
這是終端做顯示，控制功能的程序 #include#include "pic18.h" /* PIC18系列的頭文件 */ #define MAIN_Fosc 22118400L //定義主時(shí)鐘 #define e RC5 //LCD使能IO #define rs RC3 //LCD寫數(shù)據(jù)或命令控制IO #define rw RC4 //LCD讀寫控制IO #define AT24C02_ADDR 0xa0 //AT24C02地址 #define PCF8591_ADDR 0x90 //PCF8591地址 #define VCC 500 unsigned char CXPOS; //列方向地址指針(用于CHARLCDPOS子程序) unsigned char CYPOS; //行方向地址指針(用于CHARLCDPOS子程序) unsigned char receive232[10]={0xfc,0xfc,3,4,5,6,7,8}; /* 接收數(shù)據(jù)數(shù)組 */ unsigned char send232[10]={0xfc,0xfc,3,4,5,6,7,8}; /* 發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)組 */ unsigned char receive_count=0; /* 接收數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)計(jì)數(shù) */ unsigned char send_count=1; /* 發(fā)送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)計(jì)數(shù) */ unsigned char *pointer; /* 發(fā)送數(shù)據(jù)指針 */ unsigned char i; /* 程序中用到的循環(huán)變量 */ unsigned char SciReceiveFlag; /* =1，接收到8個(gè)數(shù)據(jù) */ unsigned char Send_Mode=1; /* 不為0，中斷方式發(fā)送;=0，非中斷方式發(fā)送 */ //#define key RC0 typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint; //------變量定義 uchar nu[6]={34,06,52,44,66,66,} ; uchar aa[11]; //數(shù)字量接收數(shù)組 uchar aa1[11]; //數(shù)字量溢出標(biāo)志位 uchar bc[9];uchar xc=0; //={34,06,52,44,66,66,44,66,66,} uchar a=0; uchar bb=0; char web[] = {"Ua"}; uchar U[] = {"****Voltage*****"}; uchar Uv[] = {"V"}; uchar Ua[] = {"Ua="}; uchar Ub[] = {"Ub="}; uchar Uc[] = {"Uc="}; int iu; int result=0x38; int Ucc=500; int Scc=200; int Icc=500; int xz; int pd; void WriteDataLCD(unsigned char WDLCD) { PORTB = WDLCD; RC3 = 1; RC4 = 0; RC5 = 0; //若晶振速度太高可以在這后加小的延時(shí) RC5 = 0; //延時(shí) RC3 = 1; }*/ void sciinitial() /* 串行通訊初始化子程序 */ { TXSTA=0x04; /* 選擇異步高速方式傳輸8位數(shù)據(jù) */ RCSTA=0x80; /* 允許串行口工作使能 */ TRISC=TRISC|0X80; /* ：將RC7(RX)設(shè)置為輸入方式 */ TRISC=TRISC&0Xbf; /* RC6(TX)設(shè)置為輸出 */ SPBRG=143; /* 4M晶振且波特率為9600時(shí),SPBRG設(shè)置值為25 */ PIR1=0x00; /* 清中斷標(biāo)志 */ PIE1=PIE1|0x20; /* 允許串行通訊接口接收中斷使能 */ RCIP=0; /* 設(shè)置SCI接收中斷為低優(yōu)先級(jí)中斷 */ CREN=1; /* 允許串口連續(xù)接收數(shù)據(jù) */ if(0==Send_Mode) TXEN=1; /* Send_Mode=0，非中斷方式發(fā)送，串口發(fā)送數(shù)據(jù)使能 */ else /* Send_Mode=1，中斷方式發(fā)送 */ { PIE1=PIE1|0x10; /* 允許中斷發(fā)送 */ TXIP=0; /* 發(fā)送低優(yōu)先級(jí)中斷 */ } } void interrupt low_priority LOW_ISR() /* 低優(yōu)先級(jí)中斷子程序 */ { if(RCIF==1) /* RS232接收中斷 */ { RCIF=0; /* 清中斷標(biāo)志 */ receive232[receive_count]=RCREG; send232[receive_count]=RCREG; /* 接收數(shù)據(jù)存放到發(fā)送緩沖數(shù)組 */ receive_count++; /* 接收計(jì)數(shù)器加1 */ if(receive232[0]==0xfc&&receive232[1]==0xfc);//前兩位是否為0xfc else {receive_count=0;return;}//不是則重新加載數(shù)據(jù) if(receive_count==10) /* 如果已經(jīng)接收到8個(gè)數(shù)據(jù) */ { receive_count=0; /* 接收計(jì)數(shù)器清0 */ SciReceiveFlag=1; /* 置接收到8個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)志 */ } } else if((0!=Send_Mode)&&(TXIF==1)) /* 中斷發(fā)送數(shù)據(jù)方式且為發(fā)送中斷 */ { if(send_count==1) /* 已經(jīng)發(fā)送完8個(gè)數(shù) */ { TXEN=0; /* 發(fā)送不使能 */ return; } else { TXREG=pd; /* 發(fā)送當(dāng)前應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送指針加1 */ send_count++; /* 發(fā)送計(jì)數(shù)器加1 */ } } } void init() { TRISC3=0;TRISB=0x00; TRISA=0xFF; TRISC4=0; TRISC5=0; PORTB=0x00;//LATA=0xFF; RCSTA=0X90; } void UartInit(void)//初始化函數(shù) { INTCONbits.GIEL = 1; //使能外設(shè)中斷 } void lcdwc(unsigned char c) //送控制字到液晶顯示控制器子程序 { lcdwaitidle(); //HD44780液晶顯示控制器忙檢測(cè) RC3=0; //RS=0 RW=0 E=高電平 RC4=0; PORTB=c; RC5=1; RC5=0; } //------------------------------------------------------------------------------- //子程序名稱:void lcdwd(unsigned char d). //功能:送數(shù)據(jù)到液晶顯示控制器. //修改日期:2009.08.12 //修改人:chujianjun@sunman.cn,tanchao@sunman.cn //------------------------------------------------------------------------------- void lcdwd(unsigned char d) //送控制字到液晶顯示控制器子程序 { lcdwaitidle(); //HD44780液晶顯示控制器忙檢測(cè) RC3=1; //RS=1 RW=0 E=高電平 RC4=0; PORTB=d; RC5=1; RC5=0; } //------------------------------------------------------------------------------- //子程序名稱:unsigned char lcdrd(void). //功能:讀數(shù)據(jù)到液晶顯示控制器. //------------------------------------------------------------------------------- unsigned char lcdrd(void) //讀數(shù)據(jù)子程序 { unsigned char d; lcdwaitidle(); //HD44780液晶顯示控制器忙檢測(cè) PORTB=0xff; RC3=1; //RS=1 RW=1 E=高電平 RC4=1; RC5=1; d=PORTB; RC5=0; return d; } //------------------------------------------------------------------------------- //子程序名稱:void lcdwaitidle(void). //功能:忙檢測(cè). //------------------------------------------------------------------------------- void lcdwaitidle(void) //忙檢測(cè)子程序 { unsigned char i; PORTB=0xff; RC3=0; //RS=0 RW=1 E=高電平 RC4=1; RC5=1; for(i=0;i<20;i++) if((PORTB&0x80) == 0) break; //D7=0 表示LCD控制器空閑,則退出檢測(cè) RC5=0; } void Delay_Ms(unsigned int ms) { unsigned int i; do{ i = MAIN_Fosc / 96000; while(--i) ; //96T per loop }while(--ms); } void delay() { int i; for (i=0;i<5000;i++); } void DisplayOneChar(unsigned char X, unsigned char Y, unsigned char DData) { X&=0X0f; //X位置范圍(0到15) Y&=0X03; //Y位置范圍(0到1) if(Y==0) //(第一行)X: 第0----15個(gè)字符 lcdwc(X|0x80); // DDRAM: 0----0FH else if (Y==1) //(第二行)X: 第0----15個(gè)字符 lcdwc(X|0xC0); // DDRAM: 40----4FH else if (Y==2) //(第三行)X: 第0----15個(gè)字符 lcdwc(X|0x90); // DDRAM: 10----1FH else //(第四行)X: 第0----15個(gè)字符 lcdwc(X|0xD0); lcdwd(DData); }
這是當(dāng)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)采樣電路和電子負(fù)載
仿真系統(tǒng)搭建
當(dāng)時(shí)搭建的顯示仿真
通過(guò)查閱大量資料，最終確定了以PIC18F2580單片機(jī)為核心的汽車發(fā)電機(jī)智能控制系統(tǒng)的實(shí)施方案。由于之前對(duì)PIC18F2580單片機(jī)了解接觸的較少，為研究其使用方法以及實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)顯示和數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)終端控制器的顯示以及數(shù)據(jù)傳輸做了如下仿真。圖為PIC18F2580單片機(jī)顯示仿真圖，
圖為數(shù)據(jù)傳輸結(jié)果。
系統(tǒng)調(diào)試下載工具‘
楠楠好棒！
