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2015届毕业生 毕业论文
题 目: 基于STM32的电动摩托车无刷直流电机控
2015 年 5 月 20 日
制器的设计
摘要
电动摩托车具有零排放、低噪声等许多优点,是现代绿色环保交通工具,由于
比较方便、快捷,所以许多人选择它作为自己的出行工具，成为大中城市公共交通的补充。电动摩托车上一般用的都是无刷直流电机，所以电动摩托车控制器的质量非常重要。
本文首先介绍了无刷直流电机结构和换向原理，紧接着介绍了波脉宽调速原理直和流无刷电机的工作原理。然后做相关的电路图设计，主控芯片的选择、电流检测电路、霍尔位置传感器信号检测电路、电源转换与电压采样电路、电机驱动电路设计、刹车和调速电路设计、STM32 芯片无刷电机控制接口电路，这些电路图设计是控制器的关键部分。接着叙述了软件部分的设计，主要包括：主程序的设计、过流保护、欠压保护、电制动程序等。通过输入程序可以改变PWM波的占空比，所以电枢电压的大小也可以调节，进而调节转速。
最后采用STM32单片机为控制核心,设计了电流检测保护电路、位置信号检测电路、电源转换电路、欠压保护电路等,由于单片机成本低、功能强大、运算能力强等优点,提高了控制系统的可靠性的同时,也降低了控制成本。我们不仅完成电机控制器的设计，同时也加深了相关知识的理解和联系。
关键词： 无刷直流电机 、stm32、电路设计、
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目录
1、绪论............................................................. 3
1.1电动车的现状................................................. 3 1.2研究电动车的意义............................................. 4 1.3本论文的主要工作............................................. 4 2无刷直流电机控制系统的设计 ........................................ 5
2.1. 直流无刷电机的结构 ......................................... 5 2.2 直流无刷电机的工作原理和控制方法 ............................ 6 2.3 单片机选型 .................................................. 8 2.4 无刷直流电机选型 ........................................... 11 3系统硬件电路的设计 ............................................... 13
3.1硬件系统总体结构设计........................................ 13 3.2电源电路设计................................................ 13 3.3无刷直流电机霍尔位置传感器接口电路设计...................... 14 3.4 刹车和调速电路设计 ......................................... 15 3.5过流保护电路................................................ 16 3.6三相全桥驱动电路............................................ 17 3.7 过压、欠压保护电路 ......................................... 18 4系统软件设计 ..................................................... 19
4.1 系统整体软件设计 ........................................... 20 4.2直流无刷电机控制的软件设计.................................. 22 4.3系统各部分功能在软件中的实现................................ 24 4.4 STM32检测霍尔信号和输出PWM软件设计........................ 25 5.总结和展望....................................................... 27 致 谢 ............................................................ 29 参考文献 .......................................................... 30 附录 .............................................................. 31
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1、绪论
1.1电动车的现状
随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,机动车保有量逐渐增加,环
境污染也因此越来越严重,所以寻找低排放的技术和可再生资源称为一个重要课题。新型能源的交通工具的出现符合社会发展的需求。汽油摩托车作为现代化的交通工具,虽然有它的好处与优点，但是摩托车所产生的废气和消耗的汽油,造成了一系列问题，比如城市环境污染和能源紧缺。在这种情况下,发展电动摩托车便是一个重要的方向，它的推广应用和技术开发便是目前一个重要议程。 电动摩托车以蓄电池作为能源，它具有操作简便、舒适方便、污染小等优点。可以作为广大市民代步工具,它是很合适的绿色环保交通工具,是大中城市公共交通的补充。是一种值得推广的交通工具，得到越来越多的人的青睐,具有广阔的市场前景。
电动摩托车主要包括两个技术方面,蓄电池技术和电动机技术。
电池是电动摩托车的重要组成部分,它的发展程度高低直接决定电动摩托车的技术水平。近写些年来,电池技术发展速度相当迅速,密封免维护铅酸电池、镍氢电池、燃料电池等可谓百花齐放,在制造工艺上有了重大改进,在材料特性上取得较大的发展,在研究上出现重大突破,让人们看到了美好的前景。
电动机是电动摩托车的一个重要组成部分,目前在电动摩托车行业内,直流电机的应用范围更加广泛。主要有有刷高速电机和无刷低速电机。有刷高速电机这种电机控制系统简单、成本低、系统可靠性高,但是由于需要换向器整流子和电刷,存在着机械磨损,影响电机的使用效率。由于无刷低速电机没有电刷和传动齿轮,所以它不存在电刷的机械磨损,在运行中几乎没有噪音。所以不需要经常对电刷进行维护和替换，减少了运行成本。
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1.2研究电动车的意义
电动车的发展可以缓解大气污染，随着电池技术和电力电子技术的发展，很
多国家争先研发电动车。由于能源危机的显露，石油资源的日趋枯竭、全球温度上升、大气的严重污染，人类必须改善目前的不断恶化的生活环境，因此寻找替代能源，发展电动车是人类的必由之路。发展电动车的重大意义:促使我国能源结构得到较好的优化，虽然。我们知道电的来源多种多样，火力、水力、风力、地热、潮汐、核能都可以发电等，电动车的推广可以优化能源生产结构，发展电动车可以保障我国经济发展的能源安全，它有利于减少温室气体和其它有害气体的排放，符合可持续发展战略。推广电动车可以减少温室气体的排放量，有效缓解大气污染。发展电动车是大势所趋。
总之，发展电动车是利国利民的好事，有利于节约能源、环境保护、提高 就业率，所以发展电动车是一个具有十分重大的意义工程，也是可持续发展战略的伟大创举。
1.3本论文的主要工作
本论文考虑到电动摩托车无刷直流驱动电机的结构特点,设计硬件电路的控制系统，有刷电机和无刷电机的通电原理不一样，他们的内部构造也不相同。无刷直流电机分为带霍尔传感器和无霍尔传感器，目前很多关于无刷直流电机控制器的研究的文章，为无刷直流电机的控制奠定了理论基础，如带霍尔传感器的无刷直流电机驱动原理、电流采样原理等。
本论文中STM32 芯片不仅性能高同时它的成本与功耗比较低，STM32 能够完成复杂的PWM输出，由于它内部具有高级的定时器，例如死区时间设定、刹车功能、等都可以通过软件设定，它不需要在搭建复杂的外围电路。考察目前无刷直流电动机控制器的生产方案，设计出低成本性能优良的电动摩托车无刷直流电动机控制器，满足相关技术指标符合基本要求。对一个无刷直流电机控制器设计进行深入的分析，探究把虚拟仿真设计运用到现实产品中设计，缩短开发周期和降低开发成本，对加速电动车的推广普具有重要的意义。
在本论文中主要做以下内容，熟悉无刷直流电机控制器的工作原理。比较现
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