4.1 控制器模块
控制器模块采用飞思卡尔的 MC9S12DG128B作为唯一的核心控制单元。由于本设计中用到了两个 AD转换通道，因此，选用了内部模块较丰富的 112pin的CPV封装。
电路原理图如下：
图 4-1 控制器模块原理图
在控制器模块中，内置了一个八位的模式开关，用于根据不同的赛道特点，及时调整控制策略和参数。单片机 B口输出接八位 LED灯，方便调试。此外，还有 BDM接口和串口。
将视频分离芯片输出的场同步信号和行同步信号输入单片机的中端口（PORTH），将 CCD摄像头输出的模拟视频信号输入单片机的高速 A/D口（AN08），将测速电机输出的端电压输入单片机的 A/D口（AN00），分别实现图像的采集和智能车速度的采集。
4.2 电源管理模块
智能车系统采用配发的标准车模用 7.2V 2000mAh Ni-Cd电池进行供电，但各个模块所需要的电压不同，因此需要进行电压调节。
本设计中采用的面阵 CCD摄像头，标称输入电压9V，但是经过测试，在输入电压为 6-7伏的情况下，仍能正常工作，因此，直接将电池两端电压供给摄像头供电。
转向舵机的标称输入电压为6V，但是实际应用中发现，适当地提高电压，能够增大舵机的输出力矩、加快舵机的响应速度，因此，将电池电压直接供给舵机供电。
单片机正常工作电压为5V，因此，需要对电池电压进行调节。本设计中最终选用单片降压式开关电压调整器 LM2596-5作为调压芯片。此芯片输出电压5.0V；最大输出电流3A；具有热关闭和限流保护功能，完全能够满足对单片机供电的需要。
LM2596-5的工作原理图如下：
图4-2 电源管理模块(5V电源)原理图
4.3 路径识别模块
本智能车采用面阵CCD作为路径识别模块的传感器。该图像传感器输出PAL制式模拟视频信号。利用 S12单片机内部的 A/D转换器，并配合从视频信号分离出的同步信号，可以将图像信号采集到单片机内部的 RAM中，然后通过软件算法对图像信号进行处理，得到实际的黑线路径参数。
采用 LM1881视频分离芯片，可以从模拟视频信号中分离出场、行同步信号，将这两种信号与模拟视频信号配合输入单片机，便可以采集到时序正确的数字图像信息。
视频信号分离电路如下图：
图 4-3 视频信号分离电路原理图
其中 Video In接 CCD输出模拟信号，CVO为分离出的行同步信号，O/E为奇偶场同步信号。将 CVO和 O/E接到单片机的外部中断口，将 CCD输出模拟信号接单片机的高速 A/D口，便可以采集到时序正确的整帧图像信息。
4.4 车速检测模块
本智能车采用测速电机作为速度的检测装置。硬件电路比较简单，只需将测速电机的两端电压输入单片机 ATD0模块中的高速 A/D口（AN00），通过单片机内部 A/D转换便可实现对速度的实时监测。
测速电机的安装如图：
图4-4 车速检测模块实物图
4.5 直流电机驱动模块
本设计最终采用飞思卡尔公司的MC33886集成H桥驱动芯片作为直流电机的驱动。
该芯片具有如下特点：工作电压从 5.0V到40V；输出电流可达5.0A；导通电阻 120毫欧姆；TTL/CMOS输入；PWM信号频率可达10kHz；内部集成短路保护、欠压保护、过温保护等模块，安全性高。
MC33886的芯片管脚定义如图 4-5所示。
图 4-5 MC33886集成电机控制芯片管脚定义
为了减小导通压降，增大电机起制动时的输出电流，采用了四片 MC33886并联工作的方式。这样导通电阻减小到 30毫欧姆，驱动能力增大到20A，可与大容量的 MOS-FET相媲美，但是，又具有了工业封装芯片特有的稳定性高、集成度高的优点。
将单片机的两路 PWM输出接到 MC33886芯片的IN1、IN2脚，通过2路PWM波的占空比不同，可以实现正转、正转制动、反转、反转制动，分别对应于直流电机的四象限运行。
MC33886的硬件连线如图：
图 4-6 MC33886驱动电路原理图
4.6 舵机驱动模块
智能车采用的舵机是大赛组委会统一规定使用的 Futaba S3010。该舵机标称使用的输入供电电压为4.8-6V，在实际使用中发现，随着供电电压的提高，舵机的输出力矩会变大，响应时间变短。因此，考虑直接采用电池电压（7.2V-8V）为舵机供电，实验过程中，舵机工作正常。
硬件连线上，由单片机输出一路 16位精度的 PWM信号接舵机控制线，即能使舵机在正负 45度范围内转动。
4.7 小结
本章对智能小车硬件电路模块组成进行了分析与设计。将智能车的硬件电路划分为六大模块：控制器模块、电源管理模块、路径识别模块、车速检测模块、直流电机驱动模块、舵机驱动模块。
在前期的制作设计中，曾考虑并设计了众多方案。比如在路径识别模块的设计上，就曾经采用过反射式红外传感器方案，但是发现这种方法不能做到大前瞻；在车速检测模块的设计中，也曾考虑过采用光码盘方案；在直流电机驱动模块设计中，尝试过用 MOS-FET来制作驱动电路，驱动能力很强，但是空间占用大、保护措施复杂。最终，在权衡综合各方案的利弊后，最终采用了 CCD视觉传感、测速电机测速、并联 MC33886做电机驱动电路的硬件设计方案。
