第四章 硬件电路设计
4.1 电源管理模块
智能车系统根据各部件正常工作的需要，对配发的标准车模用7.2V 2000mAh 镍镉电池不能直接地供给单片机与舵机使用，必需经过稳压后才能送给单片机与舵机。其中，单片机的工作电压为5V，而舵机工作电压范围4.8V到6V，舵机的工作电流比较大。驱动电机的工作电流比较大，工作时有可能把电池的电压拉到7V以下。如使用一般的稳压芯片如7805作为稳压电路，其压差有2V之多，要把7V左右的电压稳定到5V，会很不稳定，由于7805是模拟电路的线性调节的，所以效率很低。如果要提供6V的电压给舵机，那更是不可能。
我们用一块LM1117组成一个5V的稳压电路给单片机供电。LM1117能提供200mA的电流，其压差仅为0.5V，效率可达91%~94%。电路原理图如下图4.2：
图4.2 LM1117电源稳压电路
一个稳定的供电电路，可以保证智能车各个控制电路的正常工作，使小车更加稳定、快速地完成自动识别黑线路径的任务。
4.2、 路径识别模块
4.2.1 识别模块
智能车的功能是在白底黑线的跑道上自动识别路线行驶，所以检测路面信息是实现小车功能的前提，只有准确收集路面信息，作出快速判断，才能更加稳定快速地在路径上前进！也就是说路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣。
关于循线方案的确定，对比现有的技术，采用CCD传感器循线、可见光、红外传感器循线的技术都是最常用的技术。CCD传感器循迹方案的优点是可以更远更早地感知赛道的变化，但是信号处理比较复杂，运算量大，利用该比赛规定的微控制器实时地处理这么复杂的图像信号有一定难度.光电传感器受外界光线影响大，难以达到较高的精度；红外线精度较高，但是不具备提前预知赛道的能力，故我们最终选择了CCD摄像头识别路线的方案。
4.2.2、传感器信号的采集电路
CCD摄像头传感器信号采集电路原理图如图4.6
起初，我们使用单片机自带的AD，但是效果不理想，采集的图像有点模糊，后来用外部高速AD TLC5510效果相当不错，完全达到了识别赛道路径的要求。
4.3 电机驱动模块
本设计中电机是功耗最大的器件.本次大赛所配备的电机型号为RS-380,正常电压为7.2V,电源可以用7.2V 2000mAh 镍镉电池直接提供，正常输出功率为0.9W-40W。如此大的功耗，要对其转速实施控制，非常必需考虑效率。比较韩国历年的赛程，有使用大功率晶体管直接驱动的，也有使用半桥连接的MC33886 的PWM驱动的。使用大功率晶体管直接驱动的，只要调整基极的电流就可以调整电机的转速。这属于模拟调整，晶体管在不饱和时，其功耗非常大，发热量很大，效率很低。使用半桥连接的MC33886 的PWM驱动，使用不同的占空比来控制电机的转速。功率器件工作在开关状态，其效率很高，损耗主要存在于功率器件的饱和压降，其压降一般很低，都在零点几伏以下。
在这里我们也使用了由MC33886 的PWM驱动方法。基于以往韩国的比赛中都没有使用电机制动的功能，以致不能快速减速。为了能使小车在过弯道的时候能够快速地把速度减下来，我们的驱动电机部分使用了由两块MC33886组成的全桥式驱动电路，可能控制电机的正反转以达到制动的目的。单片MC33886也可能组成桥式驱动电路。由于RS-380电机的工作电流很大，经过测量，单片MC33886驱动RS-380电机时空载时的压降也有1.0V之高。因此我们把单片MC33886的两路驱动输出端并联起来，用两块MC33886组成一个全桥式的驱动电路。该电路可以通过两个输入端就可以控制电机正反转，压降也减小到0.5V以下。两块内部并联后的MC33886芯片来组成桥式驱动电路，电路原理图如下图4.7所示：
图4.7MC33886芯片来组成桥式驱动电路
该电路可通过控制单片机MC9S12DG128B的一个I/O口和一个PWM通道就可以控制电机的转速和转动方向。通过改变I/O口的电平就可控制电机的反就以经控制小车的刹车了。
4.4 测速模块
本设计中的速度的测量是通过测量脉冲周期的方法来实现的。它是由一个直径为21.7mm的小轮子与地面无滑动地转动来带动一个栅数为36的圆盘组成。一对红外透射式传感器安装在栅格之间。小轮子在地面上转过一圈约68.2mm，红外透射式传感器就输出36个脉冲。从传感器出来的脉冲经过放大整形，再经过1/4分频之后，送给MCU。MCU通过捕捉脉冲的上升沿就可以测量出两个上升沿之间的时间T。合理设置自由定时器TCNT的时钟频率就可使计时达到最佳。这里把一个8MHZ频率通过1/64分频作为TCNT的计数时钟。小车的速度通过以下公式可以计算出来：
为了使后面的实验中测量方便，也可写为：
