電動(dòng)自行車(chē)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、目 錄 內(nèi)容摘要： 1 關(guān)鍵詞： 1 Abstract 1 Key words: 1 1.引言 2 2.系統(tǒng)要求 2 2.1電動(dòng)自行車(chē)車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求 2 2.2采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 3 3.電路設(shè)計(jì) 3 3．1電源電路和顯示電路 4 3．2控制電路 4 3.3驅(qū)動(dòng)電路及原理 5 4.主要器件性能及原理 7 4.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 7 4.2永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 7 4.3三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理 8 5.結(jié)束語(yǔ) 11 參考文獻(xiàn) 12 致 謝 13 電動(dòng)自行車(chē)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 內(nèi)容摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)被廣泛

2、應(yīng)于電動(dòng)自行車(chē)領(lǐng)域。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(chē)等小功率的工作情況。并能將多余的電能回潰。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。系統(tǒng)各部分的控制電路基于Intel公司的控制芯片8051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)了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 設(shè)計(jì) Abstract：With the development o

3、f science and technology, SCM is widely used in the field of electric bicycle. The speed control system of permanent magnet brushless DC motor controlled by single chip microcomputer can be applied to the operation of electric bicycle and other small power. And will be able to return the excess powe

4、r. The system has the advantages of good speed performance, high power factor, energy saving, small size, light weight and so on. In this paper, from the system requirements analysis, the whole system is divided into four parts, analysis and discussion of the various parts of the circuit principle,

5、control strategy, implementation method. Control circuit of each part of the system is based on the control chip of Intel company 8051. According to the permanent magnet characteristics of Brushless DC motor PWM control and the speed sensor by eight digital tube dynamic display of speed, together wi

6、th the hardware and software to achieve the design requirements of the whole system. Key words: single chip microcomputer permanent magnet brushless DC motor design 1.引言 電動(dòng)車(chē)的發(fā)展史比燃油汽車(chē)更長(zhǎng)，世界上第一輛機(jī)動(dòng)車(chē)就是電動(dòng)車(chē)。后來(lái)，由于燃油汽車(chē)技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動(dòng)車(chē)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年代末，電動(dòng)車(chē)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

7、爆發(fā)以及人類(lèi)對(duì)自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動(dòng)車(chē)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(chē)的開(kāi)發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力，電動(dòng)車(chē)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(chē)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(chē)的美好前景仍然激勵(lì)著人們鍥而不舍地開(kāi)發(fā)新型電動(dòng)車(chē)，改善其性能。 當(dāng)前能源和環(huán)境對(duì)人類(lèi)的壓力越來(lái)越大，要求盡快改善人類(lèi)生存環(huán)境的呼聲越來(lái)越高。為了適應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，世界各國(guó)的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對(duì)電動(dòng)車(chē)開(kāi)發(fā)的投資力度，加快電動(dòng)車(chē)的商品化步伐。雖然目前電動(dòng)車(chē)在能源和行駛里程方面還未能盡如人意，但已足以滿(mǎn)足人們的基本需要。從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看，在走過(guò)

8、了漫長(zhǎng)而艱難的發(fā)展歷程之后，電動(dòng)車(chē)正面臨著重大的技術(shù)突破，有望成為21世紀(jì)的重要交通工具。人類(lèi)與環(huán)境共存和全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展使人們迫切希望尋求到一種既能代替人力又低排放和有效利用資源的交通工具，電動(dòng)車(chē)是一種安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的綠色交通工具，不僅在能源、環(huán)境方面有其獨(dú)特的優(yōu)越性和競(jìng)爭(zhēng)力，因此使用電動(dòng)車(chē)無(wú)疑是一種很有希望的方案?，F(xiàn)代電動(dòng)車(chē)是融合了電力、電子、機(jī)械控制、材料科學(xué)以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品。整體的運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性等首先取決于電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。電動(dòng)車(chē)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由四個(gè)主要部分組成，即控制器、功率變換器、電動(dòng)機(jī)及傳感器。目前電動(dòng)車(chē)中使用的電動(dòng)機(jī)一般有直流電動(dòng)機(jī)、感

9、應(yīng)電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)以及永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)等。 2.系統(tǒng)要求 2.1電動(dòng)自行車(chē)車(chē)對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求 電動(dòng)自行車(chē)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。電動(dòng)車(chē)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，加速性能好，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。電動(dòng)自行車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿(mǎn)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(mǎn)足車(chē)在平坦的路面能夠高速行駛的要求。電動(dòng)自行車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在車(chē)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，使得電汽車(chē)具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)的摩托車(chē)上是不能實(shí)現(xiàn)的，電動(dòng)

10、車(chē)用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程。另外還要求電動(dòng)車(chē)用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等。 2.2采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有與組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)運(yùn)行。永

11、磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)車(chē)中有著很好的應(yīng)用前景。典型的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種準(zhǔn)解耦矢量控制系統(tǒng)，由于永磁體只能產(chǎn)生固定幅值磁場(chǎng)，因而永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)非常適合于運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域。為進(jìn)一步擴(kuò)充轉(zhuǎn)速，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)也可以采用弱磁控制。 3.電路設(shè)計(jì) 控制電路主要有電源電路、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)驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)以及傳感器電路用光耦隔離。傳感器的電源直接使用24V蓄電池，單片機(jī)的電源則通過(guò)三端穩(wěn)壓器78L05將24V電源

12、轉(zhuǎn)換到5V。 3．1電源電路和顯示電路 24V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)牙器74L05輸出即為單片機(jī)所要求的+5V電源。電路中接入電容C1、C2是用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。大容量的C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器C3形成一個(gè)放電通路，防止C3的兩端電壓作用于調(diào)整管，造成調(diào)整管擊穿而損壞。顯示部分采用單片機(jī)串口通訊，以節(jié)省單片機(jī)的端口，單片機(jī)通過(guò)中斷的方式為顯示服務(wù)。直流電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為190轉(zhuǎn)每分大約需要三位數(shù)碼顯示。驅(qū)動(dòng)器采用74LS164串接510歐的限流電阻。

13、3．2控制電路 打開(kāi)系統(tǒng)電源后由電位器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，IN0-IN6線上那一路模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由ADDA-ADDC線上的地址決定。ADDC0809內(nèi)部“地址鎖存與譯碼”電路便能把IN0線上模擬電壓送入8位A/D轉(zhuǎn)換器此時(shí)，若單片機(jī)使STAR線處于高電平，則ADC0809便開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換，一旦A/D轉(zhuǎn)換完成，ADC0809一方面把A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入它的三態(tài)輸出緩沖器另一方面又使EOC線變?yōu)楦唠娖较騿纹瑱C(jī)提出中斷請(qǐng)求。單片機(jī)檢測(cè)和響應(yīng)該中斷請(qǐng)求后就通過(guò)使rd非變?yōu)榈碗娖蕉筄E線變高，以便可以從2-1-2-8引線上取走A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。單片機(jī)根據(jù) A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸出相應(yīng)的巨

14、型脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)經(jīng)74LS245放大后經(jīng)光電藕荷控制繼電器。 3.3驅(qū)動(dòng)電路及原理 電動(dòng)自行車(chē)使用24V直流電機(jī)， 對(duì)于這種小功率直流電機(jī)的調(diào)速方法一般有兩種。一種線性型：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī)。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，成本低，加速能力強(qiáng)，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距的運(yùn)行時(shí)，通過(guò)電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大。另一種脈寬調(diào)制型：脈寬調(diào)速（PULSE WIDE MODULATION——PWM）較常用的一種調(diào)速方式，這種調(diào)速方式有調(diào)速特性?xún)?yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負(fù)載沖擊，還可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無(wú)級(jí)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的

15、等優(yōu)點(diǎn)。因此決定采用PWM方式控制直流電機(jī)。永磁式直流電機(jī)脈寬調(diào)速原理：永磁式直流電動(dòng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓UD決定，電樞電壓UD越高電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，電樞電壓UD降為0V，電機(jī)就停轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的具體調(diào)速過(guò)程是：先讓它啟動(dòng)一段時(shí)間，然后切斷電源，電動(dòng)機(jī)因慣性而降速轉(zhuǎn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)速降到一定限度時(shí)使電動(dòng)機(jī)再次接通電動(dòng)機(jī)因此而再次加速。不斷的給電樞兩端送入脈動(dòng)電壓源（即脈動(dòng)信號(hào)） 就可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。如下所示： 脈沖信號(hào)： t T 轉(zhuǎn)速： VMAX VD VMAX為電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值。VMIN為電動(dòng)機(jī)的最小轉(zhuǎn)速值。VD為二者的平均值。VD=D * VMAX

16、式中D=t/T稱(chēng)為占空比。D越大VD就越大反之亦然。平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比D之間的關(guān)系如圖： VD（平均速度） 0 0.5 1 D（占空比） 由圖可知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線性關(guān)系，但可以近似的看成是線性關(guān)系。因此電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速VD就可以有占空比D加以控制。PWM調(diào)速分為雙向式和單向式兩種。雙向式:在一個(gè)脈沖周期內(nèi)(T=Ta＋Tb)，T1和T3導(dǎo)通的時(shí)間為T(mén)a，T2和T4導(dǎo)通的時(shí)間為T(mén)b，這樣在Ta這段時(shí)間內(nèi)，電機(jī)通過(guò)的是正向電流，在Tb這段時(shí)間內(nèi)為反相電流。當(dāng)Ta=Tb時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)，Ta>Tb時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)， Ta

17、的電路更雙向式相同。不同的是，在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，Tb這段時(shí)間內(nèi)不通過(guò)反向電流，電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，Ta內(nèi)不通過(guò)正向電流。其調(diào)速原理基本與雙向式相同。單向式與雙向式相比，三極管的開(kāi)關(guān)頻率少一半，比較不容易發(fā)生上下三極管導(dǎo)通而造成電源短路的情況,故可靠性有所提高，但控制性能比雙向式稍差，外特性、低速性能也不如雙向式好。 4.主要器件性能及原理 4.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128

18、個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶(hù)定義的字型表。8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。8051共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中

19、斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 4.2永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

20、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱(chēng)星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào)，用來(lái)控制“逆變橋”各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號(hào)，用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場(chǎng)軸線位置超前轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動(dòng)

21、機(jī)在啟動(dòng)瞬間就會(huì)產(chǎn)生足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動(dòng)繞組。由于定子磁場(chǎng)軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比。 4.3三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理 三端式穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。在集成穩(wěn)壓器中，常常采用許多恒流源，當(dāng)輸入電壓V1接通后，這些恒流源難以自行導(dǎo)通，以致輸出電壓較難建立。因此，必須用啟動(dòng)電路給恒流源的BJT T4、T5提供基極電流。啟動(dòng)電路由T1、T2、DZ1組成。當(dāng)輸入電壓V1高于穩(wěn)壓管DZ1的穩(wěn)定電壓時(shí)，有電流通過(guò)T1、T2，使T3基極電位上升而導(dǎo)通，同時(shí)恒流源T4

22、、T5也工作。T4的集電極電流通過(guò)DZ2以建立起正常工作電壓，當(dāng)DZ2達(dá)到和DZ1相等的穩(wěn)壓值，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)，電路啟動(dòng)完畢。與此同時(shí)，T2因發(fā)射結(jié)電壓為零而截止，切斷了啟動(dòng)電路與放大電路的聯(lián)系，從而保證T2左邊出現(xiàn)的紋波與噪聲不致影響基準(zhǔn)電壓源。 上圖是應(yīng)用78L05輸出固定電壓VO的典型電路圖。正常工作時(shí)，輸入、輸出電壓差應(yīng)大于2～3V。電路中接入電容C1、C2是用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償?shù)?，可防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩并抑制電路引入的高頻干擾。C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，給輸出電容器C3形成一個(gè)放電通路，防止

23、C3的兩端電壓作用于調(diào)整管的be結(jié)，造成調(diào)整管be結(jié)擊穿而損壞。 三端穩(wěn)壓器的參數(shù)如下： 參 數(shù) 單位 7805 輸出電壓范圍 V 4.8~5.2 最大輸入電壓 V 35 最大輸出電流 A 1.5 △V0(I0變化引起) mV 100(I0=5mA~1.5A) △V0(Vi變化引起) mV 50(Vi=7~25V) △V0(溫度變化引起) mV/℃ 0.6(I0=500mA) 器件壓降(Vi-V0) V 2~2.5(I0=lA) 偏置電流 mA 6 輸出電阻 mΩ 17 輸出噪聲電壓(10~100kHz) μV 40 集成轉(zhuǎn)

24、速傳感器具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)的分立式轉(zhuǎn)速傳感器的升級(jí)換代產(chǎn)品。下面是KMI15系列磁阻式集成轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理與典型應(yīng)用。轉(zhuǎn)速屬于常規(guī)電測(cè)參數(shù)。測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)經(jīng)常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進(jìn)行非接觸性測(cè)量，傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼、線圈等分立元件構(gòu)成的，亦可用耳塞機(jī)改裝而成。但這種傳感器存在一些缺點(diǎn)：第一，靈敏度低，傳感器與轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的最大間隙（亦稱(chēng)磁感應(yīng)距離）只有零點(diǎn)幾毫米；第二，在測(cè)量高速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時(shí)，因安裝不牢固或受機(jī)械振動(dòng)，容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差；第三，這種傳感器所產(chǎn)生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號(hào)，因此，需要經(jīng)過(guò)放大、

25、整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號(hào)，才能送給數(shù)字轉(zhuǎn)速儀或數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量轉(zhuǎn)速，而且外圍電路比較復(fù)雜；第四，它無(wú)法測(cè)量非常低（接近于零）的轉(zhuǎn)速，因?yàn)檫@時(shí)磁阻式傳感器可能檢測(cè)不到轉(zhuǎn)速信號(hào)。目前，轉(zhuǎn)速傳感器正朝著高靈敏度、高可靠性和全集成化的方向發(fā)展。ＫＭＩ１５－１芯片內(nèi)含高性能磁鋼、“磁敏電阻”傳感器和ＩＣ。它利用ＩＣ來(lái)完成信號(hào)變換功能，其輸出的電流信號(hào)頻率與被測(cè)轉(zhuǎn)速成正比，電流信號(hào)的變化幅度為７ｍＡ～１４ｍＡ。由于其外圍電路比較簡(jiǎn)單，因而很容易配二次儀表測(cè)量轉(zhuǎn)速。ＫＭＩ１５－１器件的測(cè)量范圍寬，靈敏度高，它的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率范圍是０～２５ｋＨｚ，而且即使在轉(zhuǎn)動(dòng)頻率接近于零時(shí)，它也能夠進(jìn)行測(cè)量。傳感器與齒

26、輪的最大磁感應(yīng)距離為２．９ｍｍ（典型值），由于與齒輪相距較遠(yuǎn)，因此使用比較安全。該傳感器抗干擾能力強(qiáng)，同時(shí)具有方向性，它對(duì)軸向振動(dòng)不敏感。另外，芯片內(nèi)部還有電磁干擾（ＥＭＩ）濾波器、電壓控制器以及恒流源，從而保證了其工作特性不受外界因素的影響。ＫＭＩ１５－１的體積較小，其最大外形尺寸為８６２１ｍｍ，能可靠固定在齒輪附近。ＫＭＩ１５采用＋１２Ｖ電源供電（典型值），最高不超過(guò)１６Ｖ。工作溫度范圍寬達(dá)－４０～＋８５℃。KMI15-1型集成轉(zhuǎn)速傳感器的外形如圖１所示，它的兩個(gè)引腳分別為ＵCC（接＋12V電源端）和Ｕ－（方波電流信號(hào)輸出端）。為使信號(hào)變換器ＩＣ處于較低的環(huán)境溫度中，設(shè)計(jì)時(shí)專(zhuān)門(mén)將ＩＣ與傳感

27、元件分開(kāi)，以改善傳感器的高溫工作性能。其內(nèi)部主要包括以下六部分：“磁敏電阻傳感器”；前置放大器A1；施密特觸發(fā)器；開(kāi)關(guān)控制式電流源；恒流源；電壓控制器。實(shí)際上，該傳感器是由4只“磁敏電阻”構(gòu)成的一個(gè)橋路，可固定在靠近齒輪的地方。當(dāng)齒輪沿Ｙ軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于氣隙處的磁力線發(fā)生變化，磁路中的磁阻也隨之改變，從而可在傳感器上產(chǎn)生電信號(hào)。此外，該傳感器具有很強(qiáng)的方向性，它對(duì)沿Ｙ軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體十分敏感，而對(duì)沿Ｚ軸方向的振動(dòng)或抖動(dòng)量很不敏感。這正是測(cè)量轉(zhuǎn)速所需要的。工作時(shí)，傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)首先通過(guò)ＥＭＩ濾波器濾除高頻電磁干擾，然后經(jīng)過(guò)前置放大器，再利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形以獲得控制信號(hào)ＵＫ，并將其加到開(kāi)關(guān)

28、控制式電流源的控制端。KMI15-1的輸出電流信號(hào)ＩCC是由兩個(gè)電流疊加而成的，一個(gè)是由恒流源提供的7ｍA恒定電流ＩH，另一個(gè)是由開(kāi)關(guān)控制式電流源輸出的可變電流1K。 5.結(jié)束語(yǔ) 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間，應(yīng)充分考慮抗干擾性能的要求，避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。因此設(shè)計(jì)時(shí)從抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能等方面采取各種措施來(lái)提高系統(tǒng)性能。在抗干擾設(shè)計(jì)中，軟件抗干擾是被動(dòng)措施，而硬件抗干擾是主動(dòng)措施，只要認(rèn)真分析系統(tǒng)所處環(huán)境的干擾來(lái)源以及傳播途徑，采用兩者相結(jié)合的方法，就能保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。 參考文獻(xiàn) [1]李胤昌,鄭日榮.

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