电机温度测试系统硬件设计
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器[29]。该软件的特点是：
1. 实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合，具有模拟电路仿真、数字电路仿真、各种单片机(51系列、AVR、PIG等常用的MCU)及其外围电路(如LCD、RAM、ROM、键盘、LED、A/D、D/A……)组成的系统仿真[30]。
2. 提供了多种虚拟仪器。如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等，调试非常方便。
3. 提供软件调试功能，同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil等软件。
4. 具有强大的原理图绘制功能。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验．从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用脱节的矛盾和现象[31-32]。
目录
2.1.3逆变器（控制器） 4
2.2电动汽车无刷直流电机温升分析 4
表2-1 我国电机内部的绝缘材料等级 4
图2-11 方案二的结构图 4
图2-12设计方案三结构图 5
2.5方案的论证与选择 5
3.2微控制器模块 6
表3-1 P1口功能说明 7
表3-2 P3口第二功能 7
3.3 温度采集模块 8
3.3.1 DS18B20特性及管脚介绍 8
3.3.3 DS18B20的通信协议 8
3.4数码管显示模块 9
3.5.1 IIC开始与停止 9
3.6 警报模块 9
4.1 软件开发工具的选择 11
4.2 Keil C51软件介绍及系统流程 11
4.2.1 Keil C51软件介绍 11
图4-1温度测试程序调试图 12
4.2.2系统流程 12
1）主程序 12
图4-2 主程序流程图 13
2）温度转换子程序 13
图4-3温度转换命令子程序流程图 13
3）读出温度子程序 14
图4-4读出温度子程序流程图 14
4.3 Proteus软件简介及系统仿真 14
图4-5为两点测温系统的仿真图 15
图4-6 读取ROM_ID原理图 16
目前，我国90%以上的汽车是以石化燃料作为能量来源的传统能源汽车，电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，一般采用高效率充电电池或燃料电池为动力源。由于燃料电池所需的铂比较稀缺，目前生产的电动汽车基本是采用充电电池的纯电动汽车或混合动力汽车。纯电动汽车（BEV）由电动机驱动汽车行驶。该电动机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或其他能量储存装置。大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子。纯电动车本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。其次电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，大大提高其经济效益[2]。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车的利用率要高，表1-1列出的是电动汽车与燃油汽车性能和用途的对比[3]。
2011年，国产新能源汽车产销实现了较快增长。据中汽协不完全统计，2011年汽车整车企业生产新能源汽车8368辆，比上年 有较大幅度的提高，其中：纯电动汽车5655辆、混合动力2713辆；销售新能源汽车8159辆，其中：纯电动汽车5579辆、混合动力2580辆。另 外，2011年生产代用燃料汽车3.11万辆，销售3.13万辆。目前，中国本土汽车企业在传统技术上处于劣势,而在新能源汽车技术方面具有比较优势。但是,这种优势仅仅是相对于中国传统汽车技术与世界水平的差距而言。目前世界主要国家的新能源汽车技术发展迅速, 美国在政府政策的推动下，电动车产业化进程有了很快发展。早在1993年，美国先进项目局（ARPA）就制订了混合动力电动汽车和电动汽车项目。同年9月美国三大汽车企业与政府共同提出了新一代高效节能汽车的“新一代汽车合作计划” [5]。发展至今，美国占据全球电动汽车保有量三分之一以上，已经完全市场运作而不再需要政府财政补贴。美国的替代能源和节能政策目标是在未来10年之内将汽油使用量降低20%,这样美国就能将石油的进口量削减3/4[6]。欧洲一些国家虽然在发动机上有强大的技术优势,但是考虑到节能环保，正逐步转向生物燃料的开发和应用,并计划在2030年实现交通运输燃料的1/4来自生物燃料。丰田、日产、本田等日本厂商的混合动力汽车不仅在国内热销,在国际市场上也非常畅销。
电动汽车的三大关键技术是电池、电机和电控系统领域，我国政府着眼长远，部署超前，早在“九五”期间，电动汽车已列入国家重大科技产业工程， “十一五”期间 电动汽车列入国家863计划。在自主创新过程中，坚持政府支持，发展核心技术及关键部件的革新，通过产学研紧密合作，我国电动汽车自主创新取得了重大进 展，尤其是高性能动力电池发展迅速。我国自主研制的容量为6Ah-100Ah的镍氢和锂离子动力电池系列产品，能量密度和功率密度接近国际水平，同时突破了安全技术瓶颈，在世界上首次规模应用于城市公交大客车。
1….2在此背景下，电动汽车得以迅猛发展。
电动汽车一般采用高效率充电电池或燃料电池为动力源，其装载于汽车内，给予电机动力驱使汽车轴轮行驶。由于燃料电池所需的铂比较稀缺，近几年，汽车市场上的电动汽车基本采用混合动力汽车和纯电动汽车，其中纯电动汽车是由电机驱动促使汽车行驶，电动汽车带有车载可续充电蓄电池和能量储存装置。目前，绝大部分汽车都是电机驱动，有的车辆的电动机在发动机舱内，有的电动机的转子则以四个车轮作为依附点。纯电动汽车相对传统的能源汽车不会排放大量有害气体和污染物。并且电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，对于用户而言，降低了购买燃料的经济成本，减少燃油的尾气排放。 [2]。有关研究指出，相同数量的原油经过初步的炼制，用于电厂的发电后产生的电能充入电动汽车电池，与相同数量的原油炼制成汽油燃料，其利用率要高出许多。表1-1列出的是电动汽车与燃油汽车性能和用途的对比[3]。
，只相当于燃油车1/3至1/4的消费价格，且电能储备输出的动力非常强劲，加速性能良好，电动汽车系统主要包括电力驱动子系统、主能源子系统、和辅助控制子系统。电力驱动子系统包括功率转换器、电动机、电子控制器和机械传动装置；主能源子系统由主电源、充电系统和能量管理系统构成；控制器根据霍尔传感器感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，主要用来控制汽车的转弯。
电动汽车可分为燃料电池电动汽车、纯电动汽车和混合动力电动汽车，无论是哪种类型，电机和它的控制系统是每一种电动汽车都不可或缺的重要组成部分
可分为直流电机、同步电机和异步电机；按工作电源种类划分：可分为交流电机和直流电机。在这里重点介绍交流电机和直流电机结构组成。
交流电机分为三相异步电机和单相异步电机。单相异步电机通过电容移相作用，将单相交流电分离出另一相相位差90度的交流电。将这两相交流电分别送入两组或四组电机线圈绕组，就在电机内形成旋转的磁场，旋转磁场在电机转子内产生感应电流，感应电流产生的磁场与旋转磁场方向相反，被旋转磁场推拉进入旋转状态，由于转子必须切割磁力线才能产生感应电流，因此转子转速必须低于旋转磁转速，故称异步电机。三相异步电机不必通过电容移相，本身就有相差120度的三相交流电，故产生的旋转磁场更均匀，效率更高。
相对于永磁式有刷直流电机，无刷直流电机的最大特点是无刷，采用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷，具有无换向火花、起动转矩大、构造牢固简单、过载能力强、体积小、维护方便等优点。缺点是有转矩脉动，电流损耗比较大[9]。
无刷直流电机的位置传感器按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流，确定的位置处产生位置传感信号，该信号经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换，目前无刷直流电动机，基本采用的是霍尔传感器用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。
本文通过发展电动汽车的必要性和紧迫性，分析世界主要电动汽车制造国家电动汽车发展现状，提出电动汽车将是未来汽车产业的发展趋势，
2.1.3逆变器（控制器）
逆变器实现的是两个功能，有实现换向逻辑和逆变驱动。直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生洛伦磁力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦磁力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。逆变器的功能是将位置传感器检测到的转子位置信号进行处理，按一定的逻辑代码输出，去控制末级功率开关管的导通与断开。有别于普通的逆变器，BLDCM的电机输入电流的频率与电机转速始终保持同步，输出频率是由转子位置检测信号来决定的，逆变器输出和电机之间不会产生失步和振荡。
2.2电动汽车无刷直流电机温升分析
电动汽车电机各结构件温度加热,使其温度升高，当温升突然增大或超过最高工作温度时,是电机异常运行和发生故障的重要信号[10]。因此,正确分析温升的原因并预测温升对于电机故障的及时处理,对电机以及生产系统安全、可靠和稳定运行具有重要意义。
根据电机内部的绝缘材料不同，所允许的最高温度也有所不同。国际电工学会规定绝缘材料分为七个等级[11]。而我国用在电机中的绝缘材料选取其中五个等级。
