电子工艺与综合设计课程设计12v汽车车窗直流电机控制器的硬件设计.doc

电子工艺与综合设计 课程报告 课题名称 12V汽车直流电机控制器的 目 录摘 要 2 一汽车车窗电机工作原理分析 3 3 1.2、汽车车窗电机工作原理 4 二 5 2.1、汽车车窗电机参数分析 5 2.2、汽车车窗电机控制方法分析 5 2.3、汽车车窗电机硬件方案 6 3.1?系统设计? 7 四、汽车车窗电机控制器软件设计 10 4.1主程序流程图 10 4.2?键盘扫描流程图 11 4.3?中断程序流程图 12 参考文献 13 摘 要 本课题的主要内容是设计一汽车车窗电机工作原理分析 额定工作电压：12V。 额定负载：3 N.m 空载电流：≤2.5A 空载转速：90±10rpm 额定电流：≤8A 额定转速：65±15rpm 堵转电流：≤25A 堵转转矩：≥8.0 N.m 噪音：≤55dB 1.2、汽车车窗电机工作原理 直流电机如图3所示，绝大多数的电动机都须作连续的旋转运动的电磁力形成一种方向不变的转矩，才能构成电动机。N、S为—对固定的磁极(一般是电磁铁，也可以是永久磁铁)，两磁极 间装着一个可以转动的铁质圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈。当线圈中通入直流电流时，线圈边上受到电磁力，根据左手定则确定力的方向，这一对电磁力形成了作用于电枢的一个电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向。若电枢转动，线圈两边的位置互换，而线圈中通过的还是直流电流，则所产生的电磁转矩的方向却变为顺时针方向了，因此电枢受到一种方向交变的电磁转矩。这种交变的电磁转矩只能使电枢来回摇摆，而不能使电枢连续转动。显然，要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于，当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器由互相绝缘的铜质换向片构成，装在轴上，也和电枢绝缘，且和电枢一起旋转。换向器又与两个固定不动的由石墨制成的电刷A、B相接触。装了这种换向器以后，若将直流电压加于电刷端，直流电流经电刷流过电枢上的线圈，则产生电磁转矩，电枢在电磁转矩的作用下就旋转起来。电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由线圈边ab和cd流入，使线圈边只要处于N极下，其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向，而在S极下时，总是从电刷B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向。这样的结构，就可使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理． 图3 二 2.1、汽车车窗电机参数分析 改变励磁的恒功率调速：从直流电动机的机械特性的公式可看出，当磁通减小电动机的转速也随之提高。 由直流电机的电压平衡方程式： U = e+IR 其中I为电机线圈电流，R为线圈电阻，e为电机的反电势， e = C*Φ*ω,式中，C为电机结构常数，为一常量；Φ为线圈磁通；ω为电机转动角速度。于是将e代入电压平衡方程式中，可得： U = C*Φ*ω+ IR 经过移项之后就可得出角速度和电压的关系式： ω = （U-IR）/ C*Φ 从上式可以看出，改变外接电压U,电机回路电阻R, 磁通Φ，可改变电机转速。 2.2、汽车车窗电机控制方法分析 PWM（Pulse Width Modulation）——脉宽调制，2.3、汽车车窗电机硬件方案 采用PWM（Pulse?Width?Modulation）脉宽调制，工作原理：通过产生矩形波，改变占空比，以达到调整脉宽的目的。PWM的定义: 脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术， 广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。模拟信号的值可以连续变化，其时间和幅度的分辨率都没有限制。9V电池就是一种模拟器件，因为它的输出电压并不精确地等于9V，而是随时间发生变化，并可取任何实数值。与此类似，从电池吸收的电流也不限定在一组可能的取值范围之内。模拟信号与数字信号的区别于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之内，例如在{0V,5V}这一集合中取值。 模拟电压和电流可直接用来进行控制，如对汽车收音机的音量进行控制。在简单的模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时，电阻值变大或变小；流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。 尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题的精密模拟电