摘 要

在当下飞速发展的社会中，人们的生活质量在不断的提高，同时对于健身的意识也在逐渐的增强，而有氧运动在这方面更受大多数人的青睐，进行跑步锻炼的人越来越多。因此对于跑步机这个设备的研究，满足了大众室内锻炼身体的需求。

本论文主要针对电动跑步机调速系统的设计来进行研究的，先由国内外相关文献的研究为基础，对目前跑步机的研究现状作了介绍。并对跑步机目前的社会需求做了分析，接下来对于跑步机的核心部件无刷直流电机速度控制的硬件和软件方面做了介绍，硬件方面设计出以AVR单片机中的ATmega88芯片为主控芯片的速度控制系统，并且该系统中电子换相及驱动电路中用到了芯片IR2130，硬件主要包括了电源电路、转子位置检测电路、驱动电路及保护电路。软件方面由主程序和速度调节及电子换相子程序构成。硬件软件两方面的配合，达到了设计的目标，最后也对最后的设计的系统提出了一些再次改进的建议。这也对以后相关于电动跑步机的深入研究打下了基础，具有很大的实用价值。

关键词：电动跑步机；速度控制系统；单片机

Abstract

In the current rapid development of society, people's quality of life in continuous improvement, also for fitness consciousness also gradually strengthened and aerobic exercise in this regard by most people of all ages, running exercise more and more people. So for the treadmill this equipment, to meet the needs of the public indoor physical exercise.

This thesis mainly for electric treadmill speed control system design to study, first to the domestic and foreign literature on the basis of the current status and development of the treadmill are introduced in this paper. And analyzes the social needs of the treadmill, the next, the core components of the treadmill no brush DC motor speed control of the hardware and software is introduced, the hardware design to AVR MCU Atmega88 chip as the main control chip speed control system, and the system in electron exchange phase and drive circuit used in the chip IR2130. The hardware includes the power supply circuit, rotor position detection circuit, drive circuit and protection circuit. The software is composed of the main program, the speed regulation and the electronic commutation subroutine. Two aspects of hardware and software to achieve the goal of the design, and finally to the final design of the system put forward some suggestions to improve again. This is also the basis for further research on the electric treadmill, which is of great practical value.

Key words: BLDCM；Speed control；SCM

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的及意义 1

1.1.1 课题设计的目的 1

1.1.2 课题设计的意义 2

1.2 电动跑步机的研究现状与前景 2

1.3 研究的基本内容及主要技术措施 3

1.3.1 课题研究的基本内容 3

1.3.2 采用的技术方案及措施 4

第2章 电动跑步机调速系统的总体设计 5

2.1 电动跑步机的需求分析 5

2.2 电动跑步机的运行模式 5

2.3 无刷直流电机的工作原理 6

2.3.1 无刷直流电动机概述 6

2.3.2 电机调速原理 7

2.3.3 电机调速方式的选择 7

2.4 无刷直流电动机的驱动 8

2.5 跑步机上位机与调速系统的通讯 9

2.6 本章小结 9

第3章 电动跑步机调速系统的硬件电路设计 10

3.1 电动跑步机调速系统的总体设计方案 10

3.1.1 电机控制单片机概述 11

3.1.2 ATmega88芯片的主控电路 12

3.2 电源电路 13

3.2.1 电源方案的分析 13

3.2.2 电源电路的总体设计 14

3.3 霍尔位置信号采集电路 17

3.4 驱动电路 18

3.4.1 功率驱动电路 18

3.4.2 逆变电路 21

3.5 保护电路 22

3.5.1 过流保护电路 22

3.5.2 过压欠压保护电路 22

3.6 本章小结 23

第4章 电动跑步机调速控制系统的程序设计 24

4.1 系统软件程序的方案及设计 24

4.2 跑步机调速系统各模块软件总体设计 24

4.2.1 跑步机调速系统主程序 24

4.2.2 电子换向子程序 25

4.2.3 速度调节子程序 27

4.2.4 PWM脉冲检测子程序 28

4.3 本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1总结 30

5.2展望 30

参考文献 32

致 谢 33

附录 系统硬件电路图 34

第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.1.1 课题设计的目的

当下社会发展迅速，人们的健康意识也在加强，特别是对于一些从事脑力劳动的群体，对于运动的缺乏更为严重，同时这也促使他们对运动的需求越发提高，而有氧运动在这方面更受大多数人的青睐，进行跑步锻炼的人越来越多。而对于跑步机这个设备，不仅满足了大众室内锻炼身体的需求，并且跑步这项运动是受大家广泛认可的，不仅在医学界还是运动界都对此有高度评价，同时从科学的角度去看跑步机的锻炼，相比地面上少了一个蹬伸的动作，因此在运动下来之后会比地面运动要轻松一些，并且也会增加消耗量，这两方面的优点使跑步机的地位在人们心中稳步上升。因此，对于电动跑步机方面的研究更显得尤为重要，而传统的跑步机系统为永磁直流有刷电机调速，但由于有刷电机自身的缺点，促使人们寻找一种容量较大、低噪声、高可靠性、性能优异和高效率的驱动电机，即无刷直流电动机。如下图1.1所示就是目前家用的跑步机样式。