飞思卡尔智能车电源模块论文.doc

1 引言 全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源于韩国，是在飞思卡尔半导体公司资助下举办的大学生课外科技竞赛，按传感器类别分为摄像头组、光电组、电磁组、创意组。该竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应的控制软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。该竞赛涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。我们组所参加的光电组，主要是以光电传感器或者线性CCD（现已禁止使用激光传感器）作为主要路径传感器，我们组选用的是飞思卡尔半导体公司的16位微处理器——RAM内核的系列，基于组委会指定的B车模平台而去制作智能车电源控制器电路设计电机驱动电路速度检测电路CCD传感器电路AS1117、LM6932都是高效率线性稳压器输出输出过压保护，欠压保护，输入欠压锁定 图2.1 电路结构 2.2 设计目标 从最初进行硬件电路设计时我们就既定了系统的设计目标：可靠、高效、简洁，在整个系统设计过程中严格按照规范进行。 可靠性是系统设计的第一要求，我们对电路设计的所有环节都进行了电磁兼容性设计，做好各部分的接地、屏蔽、滤波等工作，将高速数字电路与模拟电路分开，使本系统工作的可靠性达到了设计要求高效是指本系统的性能要足够强劲。简洁是指在满足了可靠、高效的要求后，为了尽量减轻整车重量，降低模型车的重心位置，应使电路设计尽量简洁，尽量减少元器件使用数量，缩小电路板面积，使电路部分重量轻，易于安装。我们在对电路进行了详细分析后，对电路进行了简化，合理设计元件排列、电路走线，使本系统硬件电路部分轻量化指标都达到了设计要求。AS1117是款低功耗正电压调节器设计，以满足800mA的输出电流，并遵守与一个固定的输出电压2.85V。 图3.1 3.3V、5V电压模块仿真图 电路分析： 电源直接从CON1接入，通过一个MOS管保护输入电路，防止反接，烧坏电路。电压由S1接入电路。LM6932为降压芯片输出为3.3V，精度为+1%。LM1171为稳压芯片输出为5V，精度为+2.5%。电路中引入数个电容接地。这样做是为了滤波的作用，保证电压的稳定。输出端加入LED的作用是显示电路正常，用于指示。加入2K与2.2K两个电阻是保证输出端点电压限制在3.3V、5V。 3.2 6V原理及仿真分析 3.2.1 6V理论分析 本模块主要是采用NCP3020芯片，使电路产生稳定的6V电压，首先由R11、C17、C8、C15等构成由NCP3020构成的稳压电路，其中由其内部结构可知FB引脚连接到反相输入端的。该引脚与COMP引脚连接用补偿的电压模式控制的反馈回路。A车型需要6V舵机电源，B车型需要4.5~5.5V舵机电源；使用过程中通过调节R7可调电阻来调整电压。 其中电路中还加入了Q2、Q3的三极管是利用了三极管的开关特性，当电压过低、过高时，均不能正常工作，此设计是由于舵机对电压要求很是严格，舵机的稳定性，直接影响车子的行驶性能，给比赛带来很大的影响。 3.2.2 6V仿真图 图3.2 6V电压模块仿真图 电路分析：本电路主要是提供舵机供电电路。围绕NCP3020的典型稳压电路构成。同时巧妙的加入R7滑动变阻器。通过改变电阻的值使输出端口产生4.5V~6V的电压，用于不同车模的电压需要。由于MOS管输入阻抗较高，本电路加入两个MOS管主要是防止反接。引入LED的作用是为了显示电路正常工作。加入5.1K的电阻作用是限制输出点电压值。 3.3 12V原理及仿真分析 3.3.1 12V理论分析 1、12V电压主要是给线性CCD供电，由于CCD的工作原理主要是根据曝光时间来采黑色赛道信息，通过对于信息的处理达到合理控制智能车的行驶方向，当输入电压为7.2V作用时，通过升压芯片MC34063,使其输出电压为12V的稳定电压。加入D6是为了保护电路，防止电压不稳造成芯片损坏。加入300MA的保险丝是为了防止电路电流过大烧坏CCD。其他的原件的作用与上述模块一样。 2、MC34063的升压电路MC34063组成的降压电路原理如图,当芯片内开关管(T1)导通时，电源经取样电阻Rsc、电感L1、MC34063的1脚和2脚接地，此时电感L1开始存储能量，而由C0对负载提供能量。当T1断开时，电源和电感同时给负载和电容Co提供能量。电感在释放能量期间，由于其两端的电动势极性与电源极性相同，相当于两个电源串联，因而负载上得到的电压高于电源电压。开关管导通与关断的频率称为芯片的工作频率。只要此频率相对负载的时间常数足够高，负载上便可获得连续的直流电压。电阻R1和R2用来设定输出电压，电阻Rsc是电流取样