电子产品世界

2 电路设计
2．1 电源模块设计
电源模块要为单片机、传感器、舵机和驱动电机供电。因此需要提供多种电源以满足各个模块的要求。电池在完全充满之后，其空载电压只有8 V左右，而且随着电池的消耗，电压逐渐降低。此外，电机启动及反接制动时的电流很大，也有可能将电池电压拉得更低。为了避免电源电压不稳定，影响摄像头视频处理电路和单片机的正常工作，本设计使用了DC-DC变换芯片MC34063以及低差压稳压器LM2940。MC34063可输出稳定的8V电压给CMOS摄像头，LM2940则可为16位MC9S12DG128单片机、视频放大及二值化电路提供稳定的5 V电源，从而保证了系统在各种情况下的稳定运行。其电源模块电路原理图如图2所示。

2．2 直流电机驱动模块设计
直流电机驱动采用飞思卡尔公司的5 A集成H桥芯片MC33886。MC33886芯片内置有控制逻辑、电荷泵、门驱动电路以及低导通电阻的MOSFET输出电路。适合用来控制感性直流负载(如直流电机)。该芯片可以提供连续的5 A电流，并集成有过流保护、过热保护、欠压保护电路。通过控制MC33886的四根输入线可以方便地实现电机正转、能耗制动及反接制动。图3是经过简化的H桥电路，图中，当S1、S4导通且S2、S3截止时，电流正向流过直流电机，智能车前进；当S2、S3导通且S1、S4截止时，电流反向流过直流电机，利用这个过程可以使车模处于反接制动状态，从而迅速降低车速；当S3、S4导通且S1、S2截止时，没有电源加在直流电机上，直流电机电枢两端相当于短接在一起。由于电机轴在外力作用下旋转时。电机可以产生电能，此时可以把直流电动机看作一个带了很重负载的发电机，此时电机上会产生一个阻碍输出轴运动的力，这个力的大小与负荷的大小成正比，这时电机处于能耗制动状态。

本方案采用了两片MC33886并联，一方面减小导通电阻对直流电机特性的影响，另一方面，可以减小MC33886内部过流保护电路对电机启动及制动的影响。直流电机驱动模块的电路原理图如图4所示。

2．3 传感器电路设计
本智能车采用CMOS摄像头作为图像传感器，以保证赛道信息采集的准确有效。CMOS摄像头的输出信号是PAL制式的复合全电视信号，每秒输出50帧(分为偶场和奇场)。由于CMOS摄像头采集图像时，偶场和奇场不是同时采集的。因此，可以在每场信号都对路径进行识别。
2．4 无线数据传输模块设计
该智能车加装了基于射频收发芯片nRF403的无线数据传输模块，并可在此基础上实现MOD－BUS通信协议，这对测试智能车参数及程序调试很有帮助。在运行的过程中，可以将智能车的各项参数实时发送上来，而分析智能车的运行状态可以更有针对性地对控制程序进行改进。事实上，在调试运动参数的过程中，可以通过上位机软件改变Kp、Ki、Kd等参数，而不用重新烧写程序，因而十分迅速而方便。

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关键词： 电源 传感器 控制 单片机 MC9S12DG128 基于