第三章 硬件设计部分
硬件是智能车运行的基础，我们通过部件的合理布局和连接，使车体结构稳定可靠、适应赛道特点和规则。从结构上看，我们自己设计的硬件部分可划分为：电源模块、路径信息处理模块、直流电机驱动模块以及车速检测模块等。硬件系统所要完成的功能如下框图：
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图3.1系统功能 |
智能车的动力来源于配发的标准车模用7.2V2000mAhNi-cd镍镉充电电池。根据需求看，单片机系统、测速模块、路径识别模块都用5V电源，为保证单片机工作稳定和路径识别模块的传感器组正常工作，5V电源要求稳定、负载能力强。转向舵机的工作电压为4.5V-6V之间，为了提高转向舵机的响应速度，转向舵机用6V电源供电。直流电机可以直接使用7.2V2000mAhNi-cd蓄电池直接供电。
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图3.2 电源管理模块框图 |
单片机系统在工作中对电源要求严格，电源电压偏高或偏低都会导致单片机工作不正常，甚至烧毁芯片。而智能车是电池供电，需要驱动一个舵机、一个直流电机和数个红外光电传感器，对电池能量消耗很快。直流电机大电流启动时，会造成电池电压瞬时降低，导致单片机复位。为保证单片机系统长时间稳定的工作，我们选用了广州金升阳公司的宽电压输入隔离稳压输出的WRB-0505P-3W宽电压稳压器。该稳压器的特点是输入电压范围大，4.5V~9V输入都能保证稳定的5V输出，输入输出隔离，对单片机的电磁干扰小。额定输出电流为600mA，可以满足单片机和路径识别、测速模块的需要。电路如图3.3所示。
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图3.3 5V稳压电路 |
舵机可以在4.5V~6V下工作，由于舵机的响应时间对智能车的转向控制很重要，为了实现其快速响应，将舵机的工作电压提升到6V电源供电。从供电稳定、可靠的角度考虑，使用线性低压差稳压芯片TPS7350。由于TPS7350的输出电压是+5V，为了得到+6V的工作电压，通过提高芯片地电位的方式，将芯片的地通过两个IN4148接至供电电源的接地端，这样就可以为舵机提供可靠的6V工作电压，保证转向舵机快速正常的工作，电路如图3.4所示。
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图3.4 6V稳压电路 |
我们将13个光电传感器接收管的电压值输出信号通过4片LM339比较器并经2.5V门限电压整形后，输出给单片机的AD转换模块，即当传感器检测到黑线时输出为0，否则输出为1。 按照分组可同时向MCU传送25组数字信号， 单片机通过判断高低电平的位置从而判断出黑线相对于车身的位置，并根据程序算法做出相应的反应。
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图3.5 传感器输出信息处理电路 |
模型车后轮驱动电机型号为RS-380电机，工作在7.2V电压下，空载电流为0.5A，转速为16200r/min，通过改变单片机的PWM信号的占空比可控制电机的转速。驱动芯片采用了由大赛组委会提供的飞思卡尔半导体公司的半桥式驱动器MC33886。
MC33886的典型应用如图3.6所示：
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图3.6 MC33886的典型应用 |
车速检测是对车速进行闭环控制的基础，直接影响到控制效果的好坏。本设计采用条纹码盘和反射式光电传感器ST138相结合的方式，将自制的条纹码盘贴在后轴的驱动齿盘上，将光电传感器ST138垂直于条纹码盘安装在测速电路板上。条纹码盘上有9个白色区域，轮子旋转一周产生9个脉冲。车轮的周长为17.2cm，所以小车的速度为车轮周长除以产生9个脉冲所用的时间。在轮胎不打滑的情况下，通过对脉冲计数可以算出小车行驶的距离。测速电路板的安装如图3.7所示。
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图3.7 测速模块 |
