1. 研究目的与意义（文献综述）

随着汽车制造行业的快速发展，近几年来全球汽车总量在不断增长。根据我国公安部交管局统计数据：截止至2016年底，我国机动车保有量高达2.9亿辆。传统汽车行业的高速发展不仅消耗了大量不可再生资源，而且导致环境问题日益严峻。在全球石油资源短缺和环境污染日益严重的背景下，电动汽车与传统汽车相比，更有利于环境保护，可有效减少汽车行业对石油等不可再生资源的依赖。同时电动汽车续航里程的突破和充电桩的建设，使得电动汽车行业迎来发展的机会，因此电动汽车行业目前成为各国政府和各大企业争相发展的重心。

在电动车的研发和发展方面，美国开始最早、普及率最高，该行业在美国政府的推动下有了快速发展。2012年，美国电动车行业出现了一匹黑马tesla，它推出了tasla model s，这辆车是第一款真正意义上的电动轿车，大大超过当前纯电动车的续航能力，可以与传统汽车的性能和参数相媲美媲美，有非常广阔的应用范围和较高的推广价值。

在我国，轻型的电动交通工具不仅可以满足城市中低收入居民的出行代步需求，而且也可以满足农村居民的生产生活需求，不断降低的价格和不断提高的性能为轻型电动车赢得了实实在在的市场。自上世纪80年代以来，我国一些高等院校和企业机构开始研发电动汽车，掀起了一股电动汽车的研究高潮，其中一些单位研发的电动车都达到了较高的水平。目前我国已经进入开发整车电动汽车的新领域，并朝着产业化方向发展。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究（设计）的基本内容

本设计的目标是采用单片机实现直流电机的速度检测和PWM调压输出。本设计的基本内容是：查阅国内外相关文献，了解直流电机的调速原理；完成单片机的软件和硬件设计；根据电源电压48V，最大工作电流100A等因素选择主电路MOS管及驱动元件。本设计整体框图如图1所示。

图1 系统整体框图
本设计采用速度传感器检测电机的速度，采用霍尔元件对电机电流进行检测，采用电压分压方法对电机电压进行检测，单片机通过对电机的速度、电流和电压等信号进行处理，对电机进行电流、电压保护，同时输出PWM波，对电机驱动进行控制，电机驱动可控制电机的运行速度。

2.2拟采用的技术方案及措施
本设计的主控制器采用STC公司生产的STC12C5A60S2，该单片机自带60K FLASH ROM，可以使用串口对程序进行烧写，可大大缩短开发时间。同时STC12C5A60S2单片机自身可以产生两路PWM，对其寄存器进行设置，即可以对电机的速度进行控制。
本设计的主电路驱动元件采用IR2110驱动模块，它自身允许驱动信号的电压上升率达±50V/us，可以很大的减小开关损耗。同时，因为IR2110使用自举法实现了高压浮动栅极双通道驱动，所以它可以驱动500V以内的同一相桥臂的上下两个开关器件，可节省成本、减小装置体积。
在供电电压为48V的大电流电机控制系统中，采用MOS管比采用IGBT的损耗要小，电源做功的效率更高，可有效减小系统体积。因此，主电路采用IR公司生产的IRF2807 MOS管。本驱动电路采用将IRF2807并联使用的方法，使其沟道电阻大幅减少，增大其通态电流，减小开关时间，提高工作效率。
本设计采用电流可逆斩波电路对直流电机进行控制，电流可逆斩波电路电路图如图2所示，波形如图3所示。

图2 电流可逆斩波电路

图3 电流可逆斩波电路波形
电流可逆斩波电路在本设计中工作于降升压斩波方式，一个周期内交替地作为降压斩波电路和升压斩波电路工作。电流可逆斩波电路中VT1、VT2基极都加有控制脉冲，二者交替导通关断，具体工作过程如下： 当VT1基极控制脉冲Ub1为高电平（此时Ub2为低电平）时，电源E经VT1、L、R为直流电动机M供电，电动机运转；当Ub1变为低电平后，VT1关断，流过L的电流突然减小，L产生左负右正的电动势，经R、VD2为电动机继续提供电流。当L的能量释放完毕，电动势减小为0时，让VT2基极的控制脉冲Ub2为高电平，VT2导通，惯性运转的电动机两端的反电动势（上正下负）经R、L、VT2回路产生电流，L因电流通过而储存能量；当VT2的控制脉冲为低电平时，VT2关断，流过L的电流突然减小，L产生左正右负电动势，该电动势与电动机产生的上正下负的反电动势叠加，通过VD1对电源E充电。当L与电动机叠加电动势低于电源E时，VD1关断，这时如果又让VT1基极脉冲变为高电平，电源E又经VT1为电动机提供电压。以后重复上述过程。
电流可逆斩波电路工作在降升压斩波方式，实际就是让直流电动机工作在运行和制动状态，当降压斩波时间长、升压斩波时间短时，电动机平均供电电压高，电动机运转速度快；反之，电动机运转速度慢。
电流可逆斩波电路可以缩短再生制动的时间。再生制动可以为电动汽车提供很好的辅助制动通过功能，并且通过点击发电达到节约能源、延长电动汽车续驶里程的目的，合理得控制再生制动，使之与机械制动很好的协同工作，使电动汽车具有很好的制动性能和节能性能。

3. 研究计划与安排

第一周 查阅相关文献资料，了解国内外研究现状，明确研究内容；
第二周 熟悉掌握基本理论，查阅相关英文文献；
第三周 提交设计方案，完成开题报告，完成英文文献翻译；
第四周 提交开题报告；
第五周 完善系统总体方案设计；
第六周 学习Altium Designer的使用；
第七周 学习驱动电路和主电路原理；
第八周 完成电路图纸设计、电路板设计；
第九周 对系统应用程序进行设计；
第十周 完善系统应用程序的设计；
第十一周 对整个系统进行综合调试；
第十二周 完善综合调试参数；
第十三周 准备毕业论文相关数据及材料；
第十四周 完成论文初稿；
第十五周 完成并提交毕业设计论文，准备论文答辩；
第十六周 论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

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