电动自行车驱动控制系统设计说明
电动自行车控制系统的设计
电动自行车控制系统的设计1. 引言本文档旨在探讨电动自行车控制系统的设计。
电动自行车的控制系统在保证安全性和性能方面起着重要作用。
通过本文档，我们将介绍电动自行车控制系统的主要组成部分和设计考虑因素。
2. 主要组成部分电动自行车的控制系统主要由以下几个部分组成：2.1 电池电池是电动自行车控制系统的核心组成部分之一。
合适的电池类型和容量对于提供稳定的电力供应至关重要。
在设计过程中，需要评估不同电池类型的性能和适应性，并选择最合适的电池。
2.2 控制器电动自行车的控制器是控制系统的主要处理单元。
它负责接收来自传感器的输入，并根据预设的算法来控制电动自行车的速度、加速度和制动力度。
在设计控制器时，需要考虑控制算法的准确性和响应速度。
2.3 传感器传感器用于检测电动自行车的状态和环境信息，并将其发送给控制器。
常见的传感器包括速度传感器、电池电量传感器和制动力传感器。
在选择传感器时，需要考虑其精度和可靠性。
2.4 电机电动自行车的电机负责提供动力。
在设计电机时，需要考虑功率输出、效率和可靠性。
选择适当的电机类型和规格对于确保电动自行车的性能至关重要。
3. 设计考虑因素在设计电动自行车控制系统时，需要考虑以下因素：3.1 安全性安全性是电动自行车设计的首要考虑因素之一。
控制系统必须能够确保骑行过程中的安全性，并避免潜在的危险情况。
3.2 性能控制系统的性能直接影响电动自行车的操控和驾驶体验。
在设计过程中，需要平衡电动自行车的操控性、加速性和制动性能。
3.3 能效能效是设计控制系统时需要考虑的重要因素之一。
通过优化能量转换和利用效率，可以延长电动自行车的续航里程。
3.4 可靠性控制系统的可靠性对于电动自行车的长期使用非常重要。
设计过程中，需要选择可靠的组件和材料，以确保控制系统的稳定性和耐久性。
4. 结论本文档介绍了电动自行车控制系统的设计和相关考虑因素。
通过合理选择电池、控制器、传感器和电机，并考虑安全性、性能、能效和可靠性等因素，可以设计出高性能且安全可靠的电动自行车控制系统。
一种电动自行车控制系统的硬件设计
制系统基本上实现了电动自行车所需要的功能:调速功能、辅助刹车功能、电流检测过流保护功能、电
量显示功能。
关键词:无刷直流电动机;ATmega48 单片机;IR21367 驱动芯片
中图分类号:TB472 文献标志码:A
互作用,驱动转子旋转 [2] 。
它包括转子和定子,转子由无刷直流电动机转子
充当,定子则按一定规律安装在无刷直流电动机定子
绕组附近。 因为所用的电机是无刷直流电动机,因此
它输出的是方波信号,便于被检测。 它不仅能够检测
无刷直流电动机转子的位置,而且还能成为测速的检
测装置,其工作原理如图 2 所示。
1. 2 PWM 脉冲宽度调制调速
由控制系统要实现的功能,可以设计出控制系
图 2 霍尔位置传感器工作原理
PWM 脉冲宽度调速是指通过控制电子功率开关
管的导通时间,调整输送到电机定子绕组上的电压来
实现调速,其实质就是在一个周期 T( 单片机的脉冲
时钟周期) 内,通过调节电子功率开关管导通的时间
在 0 ~ T 内变化,从而使输出到电机定子绕组电压变
器;8 通道的 10 位 ADC,一个可编程的 UART 接口。
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第 25 期
2023 年 9 月
No. 25
Spetember,2023
江苏科技信息 ·应用技术
图 4 控制系统
图 5 电源电路
它采用 ATMEL 不易丢失、高密度的内存技术,片
一定顺序通电。 每次只有 2 个晶闸管是导通的,其
无刷电机驱动的电动自行车控制系统毕业设计(含PCB图)
毕业设计（论文）题目:无刷电机驱动的电动自行车的控制系统设计专业:数控技术班级:学号:姓名:指导老师:摘要近年来，燃油交通工具因尾气排放问题已造成城市空气的严重污染。
于是发展绿色交通工具已经成为一个重要的课题。
考虑到我国的国情，发展电动自行车具有重要的环保意义。
随着电机技术及功率器件性能的不断提高，电动自行车的控制器发展迅速。
本文设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33033为控制芯片，以功率器件MOSFET为开关器件驱动电机，实现对无刷直流电机的控制。
设计出了电路原理图、印制板电路图和电路板实物的3维效果图。
关键词：无刷直流电机MC33033 原理图印制板电路图AbstractIn recent years, transportation fuel emission problem has been caused by urban air pollution levels. So the development of green transport has become an important issue. Taking into account China's national conditions, development of electric bicycles has important environmental significance. With the motor technology and continuously improve the performance of power devices, the rapid development of electric bicycle controller. This design uses a brushless DC motor for the control of dedicated control chip MC33033 chip, in order to power MOSFET devices as the switching device drive motor, to achieve control of the electric bike. Design a circuit diagram, PCB circuit diagrams and circuit board real 3-D renderings.Keywords：brushless DC motor MC33033 Schematic PCB circuit目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章引言 (5)1.1课题的研究背景及发展状况 (5)1.1.1当今社会的能源问题 (5)1.1.2无刷直流电机的发展过程 (5)1.1.2无刷直流电机的特点 (6)1.2电动自行车的组成部分 (7)1.3课题研究的内容 (8)第2章电动自行车的主要技术 (9)2.1电动自行车的基本性能 (9)2.2电动自行车的主要技术参数 (10)2.2.1整车主要技术参数 (10)2.2.2蓄电池主要技术参数 (10)2.2.3电动机主要技术参数 (11)2.2.4控制器主要技术参数 (11)2.3电动自行车的电机控制技术 (12)2.4无刷直流电机的结构与原理 (12)2.5无刷直流电机的调速方法 (14)2.6无刷直流电机的位置检测 (15)第3章系统元器件选择 (17)3.1控制芯片MC33033 (17)3.2功率器件MOSFET (20)3.3无刷电机驱动芯片IR2103 (22)3.4闭环无刷电机适配器MC33039 (23)3.5蓄电池的选择 (24)第4章系统电路设计 (27)4.1普通无刷电动机控制电路 (27)4.2主电路设计 (28)4.2.1电源电路设计 (28)4.2.2驱动电路设计 (28)4.2.3刹车电路设计 (29)4.2.4调速电路设计 (30)4.2.5钥匙开关设计 (31)4.2.6整体电路图 (32)第5章印制电路板设计 (34)5.1确定元件封装 (34)5.2生成网络表 (35)5.3印制电路板环境设置 (35)5.4绘制PCB板 (36)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录 1 (41)附录 2 (43)附录 3 (45)第1章引言1.1课题的研究背景及发展状况1.1.1当今社会的能源问题能源是人类社会存在和发展的物质基础。
新型电动自行车控制系统设计研究
新型电动自行车控制系统设计研究本文将针对电动自行车控制系统进行研究，设计一种新型的控制系统，旨在提高电动自行车的性能，满足用户对出行安全、稳定和便捷的需求。
一、电动自行车控制系统的现状与问题目前，电动自行车的控制系统主要包括电机控制系统、电池管理系统和整车控制系统。
电机控制系统主要控制电动自行车的动力输出，电池管理系统主要控制电池的充放电和保护，整车控制系统主要对电动自行车整车的控制和运行状态进行监测和管理。
目前的电动自行车控制系统还存在一些问题，主要表现在以下几个方面：1. 动力输出不足：部分电动自行车在爬坡或者载重时会出现动力不足的情况，影响了用户的出行体验。
2. 加速性能差：部分电动自行车在起步加速时动力响应不灵活，加速性能较差。
3. 制动系统不稳定：部分电动自行车的制动系统存在制动距离过长、制动力度不均匀等问题，影响了车辆的制动安全性。
4. 动力输出与电池管理之间的协调性不足：部分电动自行车的动力输出与电池管理系统之间的协调性不足，导致了电动自行车的续航能力不足、电池寿命较短等问题。
1. 动力输出优化：通过对电机控制系统进行优化，提高电动自行车的动力输出，使其在爬坡、载重等特殊情况下依然能够保持良好的运行状态。
新型电动自行车控制系统的实现主要包括硬件和软件两方面的研发工作。
在硬件方面，需要设计新型的控制芯片和传感器，以实现对电机、电池等部件的精准控制和监测；在软件方面，需要编写新的控制算法和参数设置，以实现电动自行车控制系统的智能化和高效化。
新型电动自行车控制系统的应用主要包括两个方面：一是将其应用于新款电动自行车产品中，提高产品的性能和竞争力；二是将其应用于现有电动自行车产品的升级改造中，提高产品的使用体验和附加值。
在应用中，还需要结合用户的实际需求和反馈，不断进行优化和改进，以确保新型电动自行车控制系统能够更好地满足用户的需求，并为环保出行做出更大的贡献。
四、总结新型电动自行车控制系统的研究和设计是一项具有重要意义的工作，它能够提高电动自行车的性能和使用体验，推动清洁能源交通的发展，为城市交通和环境问题的解决做出贡献。
电动自行车控制器的制动系统设计与性能分析
电动自行车控制器与电池管理系统的集成设计近年来，随着环保意识的增强和对交通工具便捷性的需求，电动自行车作为一种环保、经济又便捷的出行工具越来越受到人们的青睐。
为了提高电动自行车的性能，并且延长电池的使用寿命，电动自行车控制器与电池管理系统的集成设计变得尤为重要。
电动自行车控制器是电动自行车的“大脑”，它主要负责控制电动自行车的电动机的启动、制动、速度调节以及电磁刹车等功能。
电动自行车控制器的设计应该具备以下特点：首先，电动自行车控制器应具备高效能、高响应性和高可靠性。
高效能可以使电动自行车在不同路况下稳定运行加速，提供良好的使用体验；高响应性可以让骑行者在需要紧急停车或转向时得到及时的反馈；高可靠性可以保障电动自行车长时间稳定运行，减少故障率。
其次，电动自行车控制器应具备多种控制策略和参数调节功能。
不同的路况和使用需求可能需要不同的控制策略，如速度控制、节能控制、力控控制等，因此，电动自行车控制器应具备多种控制策略的适配能力。
同时，应该提供参数调节功能，使得用户可以根据个人需求进行调整。
另外，电动自行车控制器还应具备友好的人机交互界面。
一个好的人机交互界面可以提升用户的使用体验，使其方便快捷地调整各种参数和获取运行状态。
除了电动自行车控制器，电池管理系统也是电动自行车中非常重要的一部分。
电池管理系统主要负责对电池的充放电控制和保护工作，以确保电池的使用寿命和安全性。
在电池管理系统的集成设计中，首先要考虑的是充电与放电的控制。
合适的充放电控制策略可以提高电池的充电效率和放电效率，延长电池的寿命。
此外，还需要考虑充电过程中的温度控制，合理的温度管理可以防止过热引起火灾等安全问题。
另外，电池管理系统应具备电池保护功能。
电池的过充、过放、过流等问题都可能导致电池提前衰老或损坏，因此，电池管理系统应该能够及时检测这些异常情况，并采取相应的保护措施，避免电池受损。
同时，一个好的电池管理系统还应具备智能管理功能，能根据不同的使用条件和用户需求，优化充放电策略，提高电池的使用效率。
电动自行车用开关磁阻电动机控制器设计设计说明
电动自行车用开关磁阻电动机控制器设计设计说明毕业设计说明书电动自行车开关磁阻电动机控制器学 专2015年 6 月电动自行车开关磁阻电动机控制器摘要开关磁阻电动机驱动系统（简称SRD）是随着电力电子、计算机、微电子的迅速发展而出现的一种新型机电一体化无级调速系统，它将开关磁阻电动机、电力电子技术、控制技术融合为一体不仅保持了交流异步电机的结构简单、坚固可靠和直流电动机可控性好的优点而且还具有交流调速系统和直流调速系统所无法比拟的显著特点。
论文以三相6/4极SRM为研究对象，完成了以单片机为核心组成的调速系统设计方案，系统采用PWM控制方式，选用三相全桥式功率驱动器主电路，主开关器件选用功率MOSFET，设计了以单片机AT89C51为核心的控制器，主要对电流检测、位置检测、故障保护和显示电路等外围电路进行了设计，具有过流保护功能。
同时本设计采用了模块化的编程方法，增强了程序的可读性和易操作性。
基于开关磁阻电动机的准线性动态模型,利用Protues软件,对开关磁阻电动机进行仿真。
为此系统的进一步改进打下了基础。
仿真结果达到了预期的SRD 控制效果。
本文用该设计进行了开关磁阻电机控制的模拟试验，达到了初步的实验效果，在软硬件两方面为以后开关磁阻电机控制系统这一课题的研究进行了有益的探索和实践。
关键词：开关磁阻电机；单片机；功率驱动器；调速系统Electric bicycle switched reluctance motor controllerAbstractSwitched reluctance motor drive system (SRD) with the rapid development of power electronics, computer, microelectronics and the emergence of a new Mechatronics stepless speed regulating system, it will switch reluctance motor, power electronics technology, control technology integration as a whole not only keeps the notable characteristics of the structure of AC asynchronous motor is simple, firm and reliable and the advantages of DC motor controlled but also has AC speed control system of DC speed regulating system is unable to compare. The three-phase 6 / 4 pole 7.5kW SRM as the research object, completed the single-chip microcomputer as the core component of speed control system design, system adopts PWM control mode, selection of three-phase full bridge power driver circuit, main switch selects IGBT, design the STC89C51 MCU as the core controller, mainly of current detection, position detection, fault protection and display circuit and other peripheral circuits are designed with current protection function.At the same time, this design adopts a modularized programming method, which enhances the readability and operability of the program.. Based on the quasi linear dynamic model of switched reluctance motor, MATLAB/SIMULINK is used to simulate the switched reluctance motor.. Further improvement of the system laid the foundation.. The simulation results achieved the expected SRD control effect. The with the design of switched reluctance motor control simulation test, the preliminary experimental results are obtained. In the aspects of software and hardware for later switched reluctance motor control system of the subject research of beneficial exploration and practice.Key words: switched reluctance motor; SCM; power driver; speed control system目录1 开关磁阻电动机概述 (1)1.1开关磁阻电动机的发展状况 (1)1.2开关磁阻电动机的组成 (2)1.3开关磁阻电动机的性能特点 (4)2 开关磁阻电动机的原理与控制 (5)2.1开关磁阻电动机的结构原理 (6)2.2开关磁阻电动机的基本方程 (7)2.3开关磁阻电动机的调速控制方式 (9)2.3.1电流斩波控制（CCC）方式 (10)2.3.2角度位置控制（APC）方式 (10)2.3.4脉宽调制控制（PWM）方式 (11)2.4开关磁阻电动机的启动与制动 (12)2.5开关磁阻电动机的转矩脉动与噪声分析 (12)3系统总体设计 (14)4.1位置信号采集系统设计 (14)4.2电流信号采集系统设计 (15)4.3调速信号采集系统设计 (17)4.4保护电路设计 (18)5 驱动系统设计 (19)5.1驱动电路设计 (19)5.2开关器件的选择 (21)6主控系统设计 (23)6.1单片机系统 (23)6.2信号逻辑处理电路 (24)6.3速度显示电路设计 (24)7 软件设计 (26)7.1主程序设计 (26)7.2 启动程序设计 (27)7.3主控模块设计 (28)7.4测速和换相程序设计 (29)7.5PI调速模块设计 (31)7.6速度显示模块设计 (32)7.7中断程序设计 (32)8 SIMULINK原理仿真 (34)8.1电机模块 (34)8.2功率驱动模块 (34)8.3 位置检测模块 (35)8.4 PI调速模块 (35)8.5 系统仿真及结论 (36)参考文献 (37)附录Ⅰ电路图 (38)附录Ⅱ程序清单 (39)1 开关磁阻电动机概述新一代的调速电机，开关磁阻电机调速系统( Switched Reluctance Drive简称SRD)是从20世纪80年代中期逐步发展起来的，开关磁阻电机具有结构简单、坚固的优点，因为其构成的SRD性能优良，所以较其他调速系统更有竞争潜力。
电动自行车控制系统设计
摘要目前电动车中使用的电动机一般有直流电动机、感应电动机、开关磁阻电动机以及永磁无刷直流电动机等。
无刷直流电机控制系统是一种新型的调速系统，具有良好的运行、控制及经济性能，有着巨大的发展潜力。
无刷直流电机是利用电子换相替代机械换相和电刷，既具有直流电动机良好的调速性能，又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，在众多领域中得到了广泛的应用。
单片机控制的调速系统是电动自行车的控制核心，与无刷直流电动机共同构成电动自行车的动力驱动系统。
永磁无刷直流电动机调速系统适用于电动自行车等小功率的工作情况，本文在对电动自行车调速系统进行深入分析的基础上，迎合市场对电动自行车的新需求，讨论并设计了价格低廉且具有转速检测、速度显示，声光报警等新型实用功能的电动自行车调速系统。
系统各个部分的控制电路基于ATMEL公司的AVR系列ATmega88单片机。
根据永磁无刷直流电动机的特性实施单极PWM脉宽调制，并通过位置传感器的输出情况控制电机换相，同时实现转速检测，并通过液晶显示器显示转速。
通过软硬件的配合，实现整个系统的设计要求。
主要工作如下:硬件部分包括电源电路、MOSFET驱动电路、转速及位置检测电路、PWM控制电路、电流检测电路、速度给定及显示电路、照明电路、保护电路等。
软件部分采用模块化结构设计，给出了各模块的程序流程图。
关键词：无刷直流电动机；脉宽调制；ATmega88单片机；位置传感器AbstractBrushless DC motor (BLDCM) is a new type of motor that gets much popularity in the past few years. It combines the characteristics of AC motor and DC motor. Therefore, it has excellent timing capability, high efficiency, simple configuration, reliable operation, and can be controlled and maintained easily. BLDCM has been widely using in various fields. SCM control of speed control system of electric bicycle is the control core, and brushless DC motor is composed of electric bicycle drive system.permanent magnet brushless DC motor speed control system used in electric bicycles and other low-power work, Based on the electric bicycle speed control system based on the thorough analysis, to meet the new demands of market for electric bicycles, discussing and designing of low prices and with speed detection, speed display utility function, the sound and light alarm of the electric bicycle drive system.Various parts of the system control circuit based on ATMEL's A VR series ATmega88 mcu. According to the permanent magnet brushless DC motor unipolar pulse widthmodulation characteristics of PWM implementation, and through the position sensor so that the motor commutation, and indirect realization of speed testing, and through digital tube display speed, through hardware and software support, realize the whole system design requirements. The main work is as follows: the hardware part comprises a power circuit, drive circuit for MOSFET, PWM control circuit, current detection, speed and display circuit, Lighting circuit , and protection circuit . The software part adopts the module structure, draw the module flow chart of program design and introduces the software design considerations, is a kind of high performance brushless DC motor speed control system design.Keywords:Brushless DC motor ;pulse width modulation ; ATmega88 ; position sensor目录摘要 (I)Abstract (I)引言 (2)1无刷直流电动机的结构及原理 (3)2系统总体结构及工作原理 (4)3控制系统硬件电路 (5)3.1 单片机 (5)3.2 转子位置及转速检测电路 (7)3.3 转速控制方法 (8)3.4 全桥逆变及功率驱动电路 (9)3.5 电压检测及欠压保护电路 (12)3.6 电流检测及过流保护电路 (12)3.7 转速给定电路 (13)3.8 电源电路 (14)3.9 速度、报警显示电路 (15)3.10 照明电路 (16)3.11 欠压、过流报警电路 (16)3.12 刹车电路 (17)4 控制系统的软件设计 (17)4.1 系统主程序设计 (17)4.2 电子换相程序设计 (18)4.3 速度和电流控制子程序 (19)4.4 AD转换采样程序设计 (19)4.5 语音报警程序设计 (20)5.总结 (20)参考文献 (21)致谢 (22)引言随着城市外延的扩大，交通机动化的需求不断增加，交通工具便利与否左右着人们的活动空间。
电动自行车调速系统设计说明
目录第一章引言 (1)第二章系统要求 (2)第三章总体规划 (4)第四章电路设计 (5)第五章主要器件性能与原理 (10)5、1 MCS-51单片机部结构 (10)5、2A/D转换芯片 (13)5、3永磁无刷直流电动机 (14)5、4三端式稳压器78L05 (17)5、5 集成转速传感器KMI15-1 (21)5、6 译码器 (25)5.7 电动自行车的核心蓄电池 (29)5.8控制器与保护功能 (30)第六章电动自行车的维修和保养 (33)第七章结束语 (34)第八章致 (35)参考文献 (36)摘要单片机控制的永磁无刷直流电动机调速系统适用于电动自行车等小功率的工作情况。
并能将多余的电能回溃。
该系统具有调速性能好、功率因数高、节能、体积小、重量轻等优点。
本文从系统要求分析入手，将整个系统分成四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理、控制策略、实现方法。
详细讨论了系统的各种工况与信号的传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况的工作状态。
系统各部分的控制电路基于Intel公司的控制芯片8051单片机。
根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽PWM控制，并通过转速传感器测量转速通过八段数码管动态显示转速，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求。
本文主要是让更多的人正确的认识电动自行车和对电动自行车的主要器件的保养，便与延长电动自行车的寿命。
关键词：单片机、脉宽调速系统PWM、永磁无刷直流电动机、八段数码管动态显示、转速传感器，蓄电池AbstractSCM control of permanent magnet brushless DC motor speed control system applicable to electric bicycles, and other low-power work. Redundant power and can return to collapse. The system has good speed performance, high power factor, energy saving, small size, light weight, and other advantages.This paper analyzes the requirements from the system, the whole system will be divided into four parts, analysis and discussion of the various parts of the circuit of the control strategy, implementation method. Discussed in detail the status of the various systems and signal transduction, and have the system in different parts of the state the status of the work. Part of the system control circuit based on Intel's 8051 chip microcontroller. According to the permanent magnet brushless DC motor control of the PWM pulse width, speed sensor and passed through eighth speed digital dynamic display of speed, through hardware and software support, for the entire system design requirements. This paper isdesigned to allow more people to the correct understanding of electric bicycles, and electric bicycles on the main device maintenance, and would extend the life of electric bicycles.Key words: SCM, PWM pulse speed control system, permanent magnet brushless DC motor, the eighth of digital dynamic display, speed sensor, battery第一章引言电动车的发展史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是电动车。
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目录1、概述 (1)1.1 电动自行车驱动控制系统设计的意义 (1)1.2 研究现状综述 (1)1.3 研究方法 (2)1.3.1直流电机调速原理 (2)1.3.2直流调速系统实现方式 (3)2、系统总体方案论证 (4)2.1 系统方案比较与选择 (4)2.2 系统方案描述 (4)3、硬件电路的模块设计 (5)3.1控制电路设计 (5)3.2信号处理电路设计 (6)3.3驱动电路方案及参数描述 (7)3.3.1 IR2110驱动电路中IGBT抗干扰设计 (8)3.3.2 IR2110功率驱动介绍 (9)3.3.3 H桥驱动电路原理 (10)3.4 稳压电源设计 (10)3.5 光电测速电路 (11)4、系统软件设计 (12)4.1电动机驱动和速度控制程序设计 (13)4.2PWM调速与测速程序设计 (15)4.2.1 PCA捕获模式 (15)4.2.2 PCA脉宽调节模式 (16)4.2.3 PWM调制信号接收模块 (17)5.系统调试 (19)6、结束语 (20)参考文献 (21)致 (22)附录1 原理图 (23)附录2 PCB图 (24)附录3 程序清单 (25)1、定时器程序 (25)2、延时程序 (26)3、LCD显示程序 (26)4、PWM程序 (30)5、电动机调速程序 (32)6、主程序 (35)电动自行车驱动控制系统设计1、概 述1.1 研究现状综述20世纪70年代以来，直流电机传动经历了重大的技术、装备变革。
整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进[1]。
同时，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成为控制的电路的发展方向。
使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用围不断扩大。
直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代[1]。
早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低[2]。
随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。
由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。
所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。
直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。
采用微处理器控制，使整个调速系统的数字化程度，智能化程度有很大改观；采用微处理器控制，使调速系统在结构上简单化，可靠性提高，操作维护变得简捷，电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。
现阶段，我国还没有自主的全数字化直流调速控制装置生产商，而国外先进的控制器价格昂贵，且技术转让受限，为此研究及更好的使用国外先进的控制器，吸收国外先进的数字化直流电机调速装置的优点，具有重要的实际意义和重大的经济价值。
1.2 研究方法1.2.1直流电机调速原理直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。
不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。
但是对于直流电动机的转速有以下公式：T C C R C U n c r c φφ内-= 其中：U —电压；R —励磁绕组本身的电阻；f —每极磁通(Wb)；Cc —电势常数；Cr —转矩常量[3]。
由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。
磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制[4]，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差[5]。
所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。
图1-1 直流电机的工作原理图电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。
传统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低、平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大[6]。
随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法。
如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制(PWM)调压等等。
调压调速法具有平滑度高，能耗少，精度高等优点。
在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM)应用更为广泛。
脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。
图1-2 电枢电压占空比和平均电压的关系图根据图1-2，如果电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，占空比为D= t1/T，则电机的平均速度为：D*Vmax=V *D，可见只要改变占空比D，就可以得到不同的电机速度，从而达到调速的目的[7]。
1.2.2直流调速系统实现方式（1）基于晶闸管作为主电路的调速系统晶闸管的调速系统是采用分离元件设计的调速系统占用的空间大，控制角难于调整，且模拟器件的固有缺陷如：温漂、零漂电压等，导致电机的调速无法达到满意的结果。
晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难，性能较差，自动化控制程度差，调速过程较为复杂，不利于工业生产和小功率电路中采用。
另一问题是当晶闸管导通角很小时，系统的功率因素很低，并产生较大的谐波电流，从而引起电网电压波动殃及同电网中的用电设备，造成“电力公害”。
（2）基于PWM为主控电路的调速系统与传统的直流调速技术相比较，PWM(脉宽调制技术)直流调速系统具有较大的优越性：主电路线路简单，需要的功率元件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；低速性能好，稳速精度高，因而调速围宽；系统频带宽，快速响应性能好，动态抗干扰能力强；主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率高。
基于单片机类由软件来实现PWM：在PWM 调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压Ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D 的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。
改变占空比D的值有三种方法：A、定宽调频法：保持t1不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变[7]。
（图1-2）B、调宽调频法：保持t 不变，只改变t1 ，这样使周期(或频率)也随之改变[7]。
（图1-2）C、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变t1 和t[7]。
（图1-2）前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率)，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。
利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式来实现脉宽的自由调整，此种方式可简化硬件电路，操作性强等优点。
1.3 电动自行车驱动控制系统设计意义现在电气传动的主要方向之一是电机调速系统采用微处理器实现数字化控制，电动自行车驱动控制系统系统通常采用直流调速技术，经过二十几年的发展，已达到一个很高的技术水平。
特别是采用了微处理器及其他先进电力电子技术，使数字式直流调速装置在精度的准确性、控制性能的优良性和抗干扰的性能有很大的提高和发展，在国外得到广泛的应用。
数字化直流调速装置作为目前最新控制水平的传动方式显示了强大优势。
全数字化直流调速系统不断升级换代，为工程应用和工业生产提供了优越的条件。
2、系统总体方案论证2.1 系统方案比较与选择方案一：采用专用PWM集成芯片、IR2110 功率驱动芯片构成整个系统的核心，现在市场上已经有很多种型号，如Tl公司的TL494芯片，东芝公司的ZSK313I芯片等。
这些芯片除了有PWM信号发生功能外，还有“死区”调节功能、过流过压保护功能等。
这种专用PWM集成芯片可以减轻单片机的负担，工作更可靠，但其价格相对较高，难于控制工业成本不宜采用。
方案二：采用MC51单片机、功率集成电路芯片L298构成直流调速装置。
L298是双H高电压大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等电感性负载。
其驱动电压为46V，直流电流总和为4A。
该方案总体上是具有可行性，但是L298的驱动电压和电流较小，不利于工业生产应用，无法满足工业生产实践电压、大电流的直流电机调速。
方案三：采用STC12C5A60S2增强型单片机、IR2110功率驱动芯片构成整个系统的核心实现对直流电机的调速。
STC12C5A60S2具有两个定时器T0和T1[9]。
通过控制定时器初值T0和T1，从而可以实现从任意端口输出不同占空比的脉冲波形。
STC12C5A60S2控制简单，价格廉价，且利用STC12C5A60S2构成单片机最小应用系统，可缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本。
IR2110是专门的MOSFET 管和IGBT的驱动芯片，带有自举电路和隔离作用，有利于和单片机联机工作，且IGBT 的工作电流可达50A，电压可达1200V[10]，适合工业生产应用。
综合上述三种方案，本设计采用方案三作为整个系统的设计思路。
2.2 系统构成本系统以STC12C5A60S2为控制核心，配以4键盘和LCD液晶显示屏，通过STC12C5A60S2部PCA计数器对主干驱动电路进行速度采集，并通过A/D转换进行速度显示。
同时将STC12C5A60S2产生的PWM信号经过逻辑延迟电路后加载到以IR2110为驱动核心，IGBT构成的H桥主干驱动电路上实现对直流电机的控制和调速。
框图如下图2-1图2-1 系统整体框图3、驱动控制系统硬件电路设计3.1控制电路本系统采用STC12C5A60S2控制输出数据，产生PWM 信号，送到驱动电路，驱动直流电机，直流电机通过测速电路，将速度数据通过PCA 送回单片机，在LCD 液晶显示屏上显示占空比和电机转速的变化，并依据按键电路下达的指令对数据进行处理，实现对电机速度和转向的控制，达到直流电机调速的目的。
图3-1控制电路框图STC12C5A60S2 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗和超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传主控芯片 PWM 信号的产生与放大 直流电机测速 发电机 PCA 捕捉模式 A/D 转换 主控芯片STC12C5A60S2统8051，但速度快8-12倍。
部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)，适用于电机控制，强干扰场合。
STC12C5A60S2系列单片机有2路可编程计数器阵列PCA/PWM，即P1.3与P1.4口(通过AUXR1寄存器可以设置PCA/PWM从P1口切换到P4口）。