第四届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
第四章 硬件电路设计
本方案的电路设计采用模块化的设计思想。这种情况下可以有效地防止
因为某一种电路的损坏而使得整个电路板无法使用的结果，同时还可以有计划的排列各个模块板子的位置，使得小车的重心更加的合适，更加的优化。
硬件电路设计是自动控制器的基础。图 2.2.1 给出了硬件系统框图。硬件 设计应在可靠的基础上尽量简单化，使其满足稳定工作的基本要求。
4.1 电源模块设计
这次比赛所使用的电源是由 6 节相同型号的电池串联起来从而得到 7.2V、2A/h 可充电电池组提供。由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流 容量不相同，因此电源模块应该包含多个稳压电路，将充电电池电压转换成各 个模块所需要的电压。我们经过以下途径对其他几个模块进行供电。
经过两片稳压芯片 LM2940 稳压后，输出 5V 电压，分别对单片机、传感器 和速度检测供电。其原理图如图 4.1.1 所示，PCB图如图4.1.2所示。电机驱动模块的电源直接取自电池。
图4.1.1 电源模块原理图
10
第四届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
图4.1.2 电源模块PCB图
4.2 电机驱动模块设计
通过电机驱动模块，控制驱动电机两端电压来对模型车加速运行，或对其 进行制动。电机驱动采用 MC33886 做为驱动芯片，电路如图 4.2.1 所示。为了 增大驱动能力，减少单片机发热量，电路采用两片 MC33886 并联的方案。系统 使用 PWM 控制电机转速，充分利用单片机的 PMW 模块资源。电机 PWM 频率设定为 600Hz。
MC33886 芯片的工作电压为 5-40V，导通电阻为 140 毫欧姆，PWM 频率小于10KHz，具有短路保护、欠压保护、过温保护等功能。
从图 4.2.1 中可以看到，我们使用 PWM1 和 PWM2 作为电机驱动 PWM 信号， 在实际中，我们利用单片机的 PWM45 控制电机的正转，PMM01 控制电机的反转， 两个 PWM 通道级联可以使其输出更加精确。
11
第四届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
图4.2.1 电机驱动电路
4.3 舵机驱动模块
在模型车上，舵机的输出转角通过连杆传动控制前轮转向。车模采用大赛 统一提供的S3010 型舵机，工作电源为 6V。影响舵机控制特性的一个主要参数是舵机的响应速度即舵机输出轴转动角速度，S3010 型舵机响应速度为0.16S/60 度。
控制舵机的脉冲可以使用 MC9S12XS128 的 1 路 PWM 产生。单片机中有 8 路 独立的 PWM 输出端口，可以将其中相邻的 2 路 PWM 输出级联成一个 16 位 PWM 输 出。在单片机总线频率为 64MHz 的时候，改变 PWM 占空比常数可以改变输出脉 冲的宽度。而脉冲信号的宽度决定舵机输出舵盘的角度。
12
第四届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
4.4 速度检测模块
经过多次试验，初期速度传感器选用了光电对射型的GK122，使用光电码盘进行速度检测。这种检测方式安装简单，电路轻便，使用电源为5V，非常适合在类似的模型上使用，但缺点为检测精度不高，稳定性不好，容易出现丢齿漏齿现象，大大影响了整个系统的调速平滑性：
图4.4.1 光电对射型速度传感器
后期经过修改测试，为了提高检测精度，最后确定为使用精度较高的光电编码器，光电编码器使用5V-24V电源，输出5%-85%VCC的方波信号。这种测试方式电路较为复杂，需要增加外围电路，但相对于其带来的，测量精度的提高和测量稳定性的提高而言，终究利大于弊：
13
第四届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告
图4.6.2 光电编码器
4.5 现场调试模块
由于赛道情况各有不同，弯道、直道数量个不相等，所以必须能在不改变程序的前提下进行参数的调试，调试的方式界面可以有数字按键，拨盘开关等，经过多种情况考虑，我们最后选择了拨盘开关，由8位开关分别进行参数选择和速度控制：
图4.7 拨码开关
14