智能车控制系统硬件设计.pptVIP

控制系统硬件设计 主要内容 MCU最小系统设计 电机及舵机驱动电路设计 光电检测电路原理与设计 图像检测原理与设计 1 控制系统的构成 一般控制系统由传感器、控制器和执行器组成。智能车中主要体现： 光电器件或器件构成的寻线传感器。 用于操纵小车行走和转向的执行器。 根据传感器信息控制执行器动作的控制器。 三者之间的关系可用如下的关系图描述。 飞思卡尔杯规定了比赛用车模、控制器所使用的MCU、执行器、传感器的数量等，比赛中硬件设计所涉及的主要工作是： 设计可靠的MCU控制电路； 执行器驱动电路； 传感器电路； 进行硬件设计的工具很多，建议使用Protel99SE，该软件易上手、效率高，可满足一般电路设计要求。 MC9S12DG128 的封装 2 MCU最小系统设计 MCU最小系统设计分为供电系统设计、复位系统设计、时钟电路设计、BDM调试接口设计、串口通讯设计。 2.1 MCU供电系统设计 MCU正常工作需要合理供电，为获取良好的抗干扰能力，电源设计很重要。针对此次比赛使用的电池和MCU，在供电系统设计中要充分考虑以下因素的影响： 2.1 MCU供电系统设计 系统供电电源为7.2V镍氢电池组，不能直接为MCU及其它TTL电路供电。 为保证较高的行驶速度，驱动电机需使用电池组直接驱动，故电源电压波动较大。 转向用舵机工作电压为5V，其启动电流较大，如与MCU共用5V电源，会引入较大的干扰。 采用三端稳压器7805存在效率低、抗干扰能力差的缺点。 2.1 MCU供电系统设计 采用三端稳压器的电源设计 2.1 MCU供电系统设计 采用开关电源模块 2.1 MCU供电系统设计 升降压开关稳压电路 2.1 MCU供电系统设计 MCU供电 飞思卡尔S12系列单片机采用了若干组电源，必须很好的对这些供电电源进行良好的滤波，才能设计出抗干扰能力强的控制器。我们将MCU供电系统分为内部供电和外部供电，内部供电部分按要求采用滤波电容并合理布线即可；外部供电则需要LC滤波为好。 2.1 MCU供电系统设计 内部供电使用104～224的瓷片电容滤波，PCB布线可参考下图。 外部供电滤波可采用L型LC滤波电路。 2.2复位系统设计 复位系统：保证系统上电或复位时，使MCU处于一种确定的状态。将MCU的复位引脚置为某一固定电平并保持规定的时间，即可将其设置为复位状态（起始状态） Freescale MCU一般使用低电平复位，复位时间因MCU不同而不同（查手册），一般为几ms~几十ms。 2.2复位系统设计 简单复位电路 2.2复位系统设计 采用复位芯片的复位电路 2.3 BDM调试接口设计 BDM : Background Debug Mode BDM是Freescale广泛采用的调试接口，可以实现MCU的动态调试，排除程序设计中的错误。BDM原理框图如下： 2.3 BDM调试接口设计 BDM接口只使用RESET、BKGD、GND和VCC即可，一般以IDC6插头形式引出。其引脚定义： 2.3 BDM调试接口设计 DBM使用中一定要注意：插头且不可接反，否则芯片易损坏。设计时最好使用有定位键的接插件。 2.4串口通讯设计 Freescale MCU 一般至少带有一个SCI接口，通过一定的外部电路，可实现与PC机串口之间的通讯。 PC机使用的时RS232形式的接口协议，其信息表达方式不同于一般TTL信息表达方式，需要完成RS232电平与TTL电平之间的转换，以实现PC机与MCU的通讯。 利用PC机与MCU之间通讯，可方便系统调试。 2.4串口通讯设计 SCI（Serial Communications Interface） 接口有两条信号线RXD和TXD，其中RXD用于接收数据，TXD用于发送数据，两者信号均为TTL电平。 可使用RS232收发器芯片进行转换，常用的芯片MAX232、SP232等。在设计时，一定要注意芯片适用电压范围，不要用3.3V芯片代替5V芯片。 2.4串口通讯设计 典型电路 MCU最小系统原理图 3电机及舵机驱动电路设计 Freescale 杯比赛使用的执行器主要是驱动电机和转向舵机。驱动电机需要设计功率驱动电路，转向舵机则只需提供电源和控制信号即可。驱动电机和转向舵机的控制信号一般由MCU的PWM模块产生，其参数的变化由控制软件决定。 3.1 舵机电路设计 比赛提供的转向舵机是标准的航模舵机，其接口形式为三线接口，插接件是带有定位键的专用插件。 靠近定位键侧的为控制信号线，中间为电源线，剩下的一条为地线。 转向舵机电源电压要按使用说明书要求使用，舵机驱动电流比较大，为其