4.1驱动电路板
驱动电路板(如图4-1所示)安装在车体后部,它主要负责系统各部分电压的分配以及电机的驱动。由于这部分电路功耗较大,单独设计一块电路板后可使散热性能更好。

图4-1 驱动电路板安装位置
驱动电路板的原理图见附表,其各个端口的分配情况如下:
1)J1的1-3口提供VCC;4口为使能信号,控制电机运转;6口状态位查询,检查电机运转情况;9-10口提供PWM,控制电机运转方向和运转速度。
2)J2,J5 电池电源输入,J5为并联备用。
3)J3、J4 通过比较2路PWM输入控制电机正反转。
4)J7 给摄像头提供工作电源,由于选用的摄像头额定工作电压为8V,在电池电压高于7.2V的范围内能可靠工作。
5)A1、A2 33886运行电机,2路并联输入,4路并联输出,可以提高输入和输出的电流值,提高系统稳定性。
4.1.1系统电源模块
驱动电路板中的电源模块为系统其它各个模块提供所需要的电源。设计中,除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数之外,还要在电源转换效率、降低噪声、防止干扰和电路简单等方面进行优化。可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基础。
全部硬件电路的电源由7.2V、2A/h的可充电镍镉电池提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流容量各不相同,因此电源模块应该包括多个稳压电路,将充电电池电压转换成各个模块所需要的电压。主要包括如下不同的电压:
. 5V电压。主要为单片机、信号调理电路以及部分接口电路(如速度传感器)提供电源,电压要求稳定、噪声小,电流容量大于500mA。
. 6V电压。主要是为舵机提供工作电压。实际工作时,舵机所需要的工作电流一般在几十毫安左右,电压无需十分稳定。
. 7.2V电压。这部分直接取自电池两端电压,主要为后轮电机驱动模块提供电源。
. 12V电压。采用摄像头进行道路检测时,需要12V工作电源。整个电源模块的电路结构为:

图4-2 电源模块电路结构
4.1.2 电机驱动模块
目前电路板上将两片33886并联,PWM信号一路直接输入到A1,一路经过反向后输入到A2。这样如果PWM波的占空比高于50%时,电机朝一个方向转;占空比低于50%时,电机朝另一个方向转。通过这种方式,可以在程序中实现反向制动,而这对于赛车在直道上提高速度是有帮助的。
33886 作为一个单片电路H-桥,是理想的功率分流直流马达和双向推力电磁铁控制器. 它的集成电路包含内部逻辑控制,电荷泵,门控驱动,及低读选通(on) 金属-氧化物半导体场效应晶体管输出电路.
33886 能够控制连续感应直流负载上升到5.0 安培,输出负载脉宽调制( PWM-ed)的频率可达10 千赫一个故障状态输出可以报告欠压,短路,过热的情况. 两路独立输入控制两个半桥的推拉输出电路的输出. 两个无效输入使H-桥产生三态输出(呈现高阻抗) .
33886制定的参数范围是-40°C≤TA≤125 °C、5.0V≤V+≤28V。集成电路也可以工作在40V通过降低规定的定额值。集成电路能够在表面安装带散热装置的电源组件.
特点
.与MC33186DH1类似的增强特性
.5.0 v至40 v连续运转
.120 mΩ RDS(ON) H桥 MOSFETs
.TTL/CMOS兼容输入
.PWM的频率可达10千赫
.通过内部常定时关闭对PWM有源电流限制(依靠降低温度的阈值)
.输出短路保护
.欠压关闭
.故障状况报告
33886简化内部结构图:

图4-3 MC33886芯片内部封装图
芯片的封装:

图 4-4 MC33886芯片外部引脚的封装图
各个引脚的功能:
表 4-1 MC33886引脚对应功能列表

4.2核心控制板
核心控制板(如图4-5所示)负责视频采集、获取速度并输出舵机和驱动电机的控制信号。电路板上包括了 S12单片机工作所必需的稳压模块、时钟模块和复位模块,同时还包括了视频信号分离电路、BDM调试接口、串口以及无线Zigbee接口等。

图4-5 控制电路板
核心控制板的原理图见附表,单片机各个端口的分配情况如表4-2所示:
电路板上所有的接口功能说明如下:
1) 摄像头视频信号接口J1、J2、J3 三个接口,J2、J3用来连接摄像头,另外一个可以外接电视机,以方便信号调试。
2) 视频同步分离模块U2 根据视频输入,分离出场同步信号、奇偶场信号等。
3) BDM 调试接口J9 按照清华的定义调整了针脚信号定义,以防止误插反时损坏电路。
4) MEMS加速度传感器模块 根据赛车加速度的不同,把某一特定方向的加速度转化为信号输入PAD3口。 5) 视频信号处理子模块J8 通过外接硬件积分电路,对视频信号进行处理,用以识别路线和控制。
6) 舵机控制接口J5 经过测试,在电池电压范围内舵机能可靠工作,所以没有降压而直接用电池电压给舵机供电。
7) 串行通讯接口J10 提供了TTL 电平的串口通讯接口,可以配合多种通讯模块与PC 通讯,通过该接口,在调试时可以方便地获取小车的实时运行参数。
8)无线通讯接口J11 使用Zigbee无线传输各种数据,方便地获取小车的实时运行参数。
9) 速度传感器接口J4 通过光电编码器产生的脉冲获得赛车的运行速度,该信息可以用于速度闭环控制,保证小车能在不同路段上基本以指定的速度运行,而不受电池电压变化的影响。
10) 电池电源接口J12 连接车模供电电池组。
11) 运行电机接口J6 将两片33886并联使用驱动运行电机,尽量增加驱动电路的电流驱动能力。
12) 数码开关S1 通过左旋、右旋、确认三种方式调节QESA、QESB、QESP,用来现场调整运行速度及控制策略等。
13) LDO稳压 提供3.3V电压。
14) 复位按钮S2 复位单片机系统。
15) 2位数码管DB1、DB2 通过控制PA0-7,PB0-7用来实时显示系统的工作状态。
16) 状态指示灯 用LED1-LED5显示系统的工作状态。


