4.1 硬件电路概述
本次比赛我们使用的是比赛组委会提供的 S12 的最小系统板，没有自己制 作 S12 的系统电路，所以在电路设计上要简化了许多。 除主控制电路之外，我们制作了外围辅助电路和传感器电路。主要有电源 模块、红外检测模块、加速度传感模块、视频提取模块和测速模块。
4.2 电源模块
本次比赛所使用的电源为7.2V 的1800mAh 镍铬电池，经转压后为系统其它 各模块供电。系统各模块所需电压以及所用芯片见图4.1。
舵机使用的标准电压是 6V，但是我们直接将其接在 7.2V 的电池上，这样可 以提高舵机的响应速度。 为防止电池输出电压有大幅度波动，可在电池输出端连接 1000uF 的大电容。 芯片MC34063、LM1117 和LM2940 设计的电路图分别如图4.2 、4.3 和4.4 所示。
4.3 路况检测模块
4.3.1 红外检测模块
红外检测我们采取了将获得的信号直接送入单片机的AD 接口，进行转换， 并根据现场光线采样设定阈值，这样可以提高红外探测的准确性。电路图如图 4.5 所示：
第一次设计的红外只能距离地面很近，大约只有 1~2 厘米。但是比赛中会 出现上下坡道，红外距地太近，赛车将会与坡道相撞。但是若加大距离就会使 得AD 接收到的信号十分微弱，阈值的选取有难度，很小的扰动偏差将会导致红 外对黑线的检测发生错误。所以我们又对该方案进行改进，将红外采集的电压 信号经滤除高频杂波后，送入放大器进行放大，最后再把信号进行AD 转换。同 时也要将红外接收端的电阻改用可调电阻，因为由于工艺问题，每支红外接收 管得特性不一样，通过调整电阻，可以把每支接收管对光线的感应灵敏度调整 到同一特性，这样有利于阈值的统一选取，方便于对黑线的识别。改进后的红 外检测原理图如图4.6 所示。
此时的对红外接收电路电压的放大倍数为（1+RF/R）。改进后的电路红外管 可以距离地面 10 厘米左右，提高了红外对路面检测的前瞻性，检测的精度也大 大提高。
4.3.2 视频信号提取模块
视频信号在接 75 Ω电阻并滤波后，送入AD 处理。同时，将视频信号送入 视频同步提取芯片 LM1881N，提取出同步信号送入 PT 口进行捕捉，产生相应 的中断信号，对视频信号进行多行信息的采样。 视频接入电路和视频同步芯片LM1881N 的外围连接电路图分别如图4.7 和 图4.8 所示：
4.4 加速度传感模块
由于本次比赛中增加了坡道，考虑到赛车在上坡时可能会动力不足，导致 无法爬坡，我们加入了加速度模块，用来感知上下坡道，从而更准确的控制电 机动力。 我们使用的是 freescale 公司的加速度传感器，型号为 MMA6263Q 和 MMA1260D。 MMA6263Q 为XY 两轴加速度传感器，MMA1260D 为Z 轴加速度传感器。 MMA6263Q 和MMA1260D 电路图如图4.9 和4.10 所示。
4.5 测速模块
4.5.1 霍尔开关元件电路
使用霍尔开关元件的电路很简单，只需在输出端接一上拉电阻即可，具体 电路如图4.11 所示。
4.5.2 对射式红外光电管编码电路
该电路使用对射式红外光电管，当发光与接收管之间被不透明的物体遮住 时，该电路将输出低电平；中间没有遮挡物时，输出高电平。配合使用自制的 码盘，就可以在输出端得到随后轮转动快慢而形成的脉冲信号。电路图如图4.12 所示。
4.6 直流电机驱动电路
直流电机的驱动我们采用比赛主办方提供的驱动芯片 MC33886。驱动芯片 MC33886 采用HSOP20 封装，内部具有短路保护、欠压保护、过温保护等功能。 此芯片可以输入高达20KHz 的 PWM 波进行控制。该芯片的内部结构见图4.13。
它内部集成有两个半桥驱动电路，可以通过设置 IN1 和 IN2 的PWM 的占 空比来让电机正转和反转。当然，在比赛中电机不会反转，只会增大电机转动 的阻力，相当于是给电机刹车，这样就不用制作专门的刹车，此方法在试验中 也取得了比较好的刹车效果。 为获得更大的驱动电流，让赛车具有更强的动力，我们将两块芯片并联使 用。具体MC33886 在电路中的应用如图4.14 所示。
在设计电路时，由于电机所用电压不是很高，为了简化电路，所以芯片的 信号地和功率地直接接在一起，使用同一个地线工作。在实际工作中没有出现 异常情况。 并联使用的MC33886 在使用过程中发热量很小，且赛车的动力强劲，达到 了很好的效果。
4.7 其他辅助调试模块
4.7.1 键盘电路
为了加强赛车对不同场地的适应性，在现场要能根据情况改变赛车行使得 最大速度和过完策略，我们加入了键盘，从而可以在起跑前调整程序中的重要 参数，而省去了在电脑中修改程序再通过下载线传输到单片机中去的麻烦。 由于S12 芯片IO 口较多，且所需调整参数不多，我们设计了很简单的键盘 电路，电路图如图4.15 所示。
4.7.2 数码显示电路
作为调试之用，要能得知当前单片机中的参数，可以加上显示模块。由于 没有太多复杂数据显示，故使用LED 数码显示管即可完成任务。 同样作为辅助电路，仅在调试时使用，设计的时候为了简便，没有采用专 门的显示驱动芯片，具体电路如图4.16 所示
4.8 本章小结
本章主要介绍了赛车的硬件实现电路,它是以后程序得以运行的场所和调试 赛车的人机接口，稳定可靠的硬件电路是赛车正常行驶的基本保障。在赛车制 作的前期阶段，必须要保证赛车的硬件可靠。同时好的硬件设计可以使程序编 写更加灵活方便，算法实现更加简便易行。
