第四章 硬件电路的设计
9．独立按键：PM0~PM3 10. LCD模块：PE2~PE6
4.2 电源模块设计
电源是一个系统正常工作的基础，电源模块为系统其他各个模块提供所需要的能源保证，因此电源模块的设计至关重要。模型车系统中接受供电的部分包括：传感器模块、CPU模块、电机驱动模块、伺服电机模块等。设计中，除了需要考虑电压范围和电流容量等基本参数外，还要在电源转换效率、噪声、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。智能车全部硬件电路的电源由7.2V、2000mAh 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流容量各不相同，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。 我们将电源模块划分如下：
7.2V 2000mAh 5V CPU 摄像头 5V 电机驱动、LCD 编码器、光电管 6.9V 舵机 电机 图4.2 电源模块的设计
由于整个系统中+5V 电路功耗较小，为了降低电源纹波，我们考虑使用线性稳压电路。另外，驱动电机工作时，电池电压压降较大，为提高系统工作稳定性，必须使用低压降电源稳压芯片，常用的低压降串联稳压芯片主要有2940、
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7805之类。相比之下，LM2940 的性能更好一些，具有输出电压恒定，压降较低，外围电路简单，价格便宜。当舵机在其供电电压范围之内时，供电电压越高，舵机反应越快。经过大量的测试，最终发现在电池电压不低于7.3V 时，舵机电源使用6.9V 时，舵机的滞后常数将大大减小。灵敏性将大大提高，所以舵机使用6.9V 电源。使用一片LM2940 和3个整流二极管1N4007 将电压抬高到6.9V 向舵机供电。
4.3 驱动电路设计
驱动电路的驱动芯片采用的是英飞凌的BTN7960B半桥驱动芯片，该芯片负载电流可以达到43A，而内阻只有16 mΩ.具有过压、过流、过温保护功能，输入PWM 频率可达到25KHz，电源电压5.5V--27.5V。BTN7960 是半桥驱动，实际使用中要求电机可以正反转，故使用两片接成全桥驱动。驱动电流基本能满足，损耗更小，实际证明效果不错。芯片资料如下：
BTN7960是一款针对电机驱动应用的完全集成的大电流半桥芯片。它是NovalithICTM系列的成员之一，它的一个封装中集成了一个P通道场效应管在上桥臂和一个N通道场效应管在下桥臂以及一个控制集成电路。由于上桥臂采用的是P通道开关，对于电荷泵的需求也就不复存在了，因此电磁干扰减至了最小。由于集成在内驱动集成电路具有逻辑电平输入，与微控制器的连接变得非常简单，且该驱动集成电路还具有电流检测诊断、转换率调整、死区时间生成以及过热、过压、欠压、过流和短路保护。
BTS7960在较小的电路板空间占用的情况下为大电流保护的PWM电机驱动提供了一种成本优化的解决方案。
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第四章 硬件电路的设计
图4.3 BTN7960B管脚分配图
图4.4 驱动电路原理图
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4.4、测速模块
为了使得模型车能够平稳地沿着赛道运行，除了控制前轮转向外，还需要控制小车的车速，使模型车在急转弯时速度不至于过快而冲出赛道，同时也使小车在直线段时以较快的速度行驶。所以要时刻把握当前小车的速度，并根据小车所处的位置来实时调整小车的速度,使得小车在赛道上运行得更精确。
速度采用采用脉冲计数器，光电编码器的输出接在定时器PT7接口上。在软件里，通过每隔2.5ms 的中断处理程序读取一次脉冲次数，读完后立即清零，等待下一次的中断。并将读取数据经过处理，除去偶然误差，做为速度值。将该脉冲信号经电压比较器输入到MC9S12XS128芯片的计数器端口上，可得出相应于脉冲数值。然后通过计算得出当前转速的数字量。将该数字量于期望的转速相比较，来调整小车的速度。
4.5、液晶显示模块
为了能对智能车的速度进行控制，主板上还添加了液晶显示Nokia 5110模块和四个独立按键，5110上显示当前信息，按键可以对智能车的速度进行修改。
图4.5 Nokia5110
该模块具有以下特点：84x48 的点阵LCD，可以显示4 行汉字。采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅有9 条。支持多种
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第四章 硬件电路的设计
串行通信协议（如AVR 单片机的ＳＰI、MCS51 的串口模式０等），传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等待时间。可通过导电胶连接模块与印制版，而不用连接电缆，用模块上的金属钩可将模块固定到印制板上，因而非常便于安装和更换。LCD 控制器／驱动器芯片已绑定到LCD 晶片上，模块的体积很小。采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200μA 以下，且具有掉电模式。LPH7366 的这些特点非常适合于电池供电的便携式
通信设备和测试设备中
名称 功能 RST 复位 CE 片选 DC 数据/指令选择 DIN 串行数据线 CLK 串行时钟线 VCC 电源正极 BL 背光控制端 GND 电源负极 表4.1 Nokia5110管脚分配
4.6、起始线和停车线的识别
由于摄像头组的起始线是位于中线两侧两段长10cm 宽25mm 的黑线，具体如图所示。而对于摄像头组来说可以直接来判断也可以通过红外对管来辅助检测。为了减少控制器的运算量，我们决定用红外对管ST188来辅助检测起始线和停车线，以达到停车目的。
图4.6 起跑线检测原理图
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