基于16位單片機(jī)MC9S12DG128的智能車 控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
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2 電路設(shè)計
2．1 電源模塊設(shè)計
電源模塊要為單片機(jī)、傳感器、舵機(jī)和驅(qū)動電機(jī)供電。因此需要提供多種電源以滿足各個模塊的要求。電池在完全充滿之后，其空載電壓只有8 V左右，而且隨著電池的消耗，電壓逐漸降低。此外，電機(jī)啟動及反接制動時的電流很大，也有可能將電池電壓拉得更低。為了避免電源電壓不穩(wěn)定，影響攝像頭視頻處理電路和單片機(jī)的正常工作，本設(shè)計使用了DC-DC變換芯片MC34063以及低差壓穩(wěn)壓器LM2940。MC34063可輸出穩(wěn)定的8V電壓給CMOS攝像頭，LM2940則可為16位MC9S12DG128單片機(jī)、視頻放大及二值化電路提供穩(wěn)定的5 V電源，從而保證了系統(tǒng)在各種情況下的穩(wěn)定運(yùn)行。其電源模塊電路原理圖如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/173539.htm
2．2 直流電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計
直流電機(jī)驅(qū)動采用飛思卡爾公司的5 A集成H橋芯片MC33886。MC33886芯片內(nèi)置有控制邏輯、電荷泵、門驅(qū)動電路以及低導(dǎo)通電阻的MOSFET輸出電路。適合用來控制感性直流負(fù)載(如直流電機(jī))。該芯片可以提供連續(xù)的5 A電流，并集成有過流保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)電路。通過控制MC33886的四根輸入線可以方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、能耗制動及反接制動。圖3是經(jīng)過簡化的H橋電路，圖中，當(dāng)S1、S4導(dǎo)通且S2、S3截止時，電流正向流過直流電機(jī)，智能車前進(jìn)；當(dāng)S2、S3導(dǎo)通且S1、S4截止時，電流反向流過直流電機(jī)，利用這個過程可以使車模處于反接制動狀態(tài)，從而迅速降低車速；當(dāng)S3、S4導(dǎo)通且S1、S2截止時，沒有電源加在直流電機(jī)上，直流電機(jī)電樞兩端相當(dāng)于短接在一起。由于電機(jī)軸在外力作用下旋轉(zhuǎn)時。電機(jī)可以產(chǎn)生電能，此時可以把直流電動機(jī)看作一個帶了很重負(fù)載的發(fā)電機(jī)，此時電機(jī)上會產(chǎn)生一個阻礙輸出軸運(yùn)動的力，這個力的大小與負(fù)荷的大小成正比，這時電機(jī)處于能耗制動狀態(tài)。
本方案采用了兩片MC33886并聯(lián)，一方面減小導(dǎo)通電阻對直流電機(jī)特性的影響，另一方面，可以減小MC33886內(nèi)部過流保護(hù)電路對電機(jī)啟動及制動的影響。直流電機(jī)驅(qū)動模塊的電路原理圖如圖4所示。
2．3 傳感器電路設(shè)計
本智能車采用CMOS攝像頭作為圖像傳感器，以保證賽道信息采集的準(zhǔn)確有效。CMOS攝像頭的輸出信號是PAL制式的復(fù)合全電視信號，每秒輸出50幀(分為偶場和奇場)。由于CMOS攝像頭采集圖像時，偶場和奇場不是同時采集的。因此，可以在每場信號都對路徑進(jìn)行識別。
2．4 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計
該智能車加裝了基于射頻收發(fā)芯片nRF403的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，并可在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)MOD－BUS通信協(xié)議，這對測試智能車參數(shù)及程序調(diào)試很有幫助。在運(yùn)行的過程中，可以將智能車的各項參數(shù)實(shí)時發(fā)送上來，而分析智能車的運(yùn)行狀態(tài)可以更有針對性地對控制程序進(jìn)行改進(jìn)。事實(shí)上，在調(diào)試運(yùn)動參數(shù)的過程中，可以通過上位機(jī)軟件改變Kp、Ki、Kd等參數(shù)，而不用重新燒寫程序，因而十分迅速而方便。
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