基于16位单片机MC9S12DG128的智能车 控制系统设计与实现
2 电路设计
2.1电源模块设计
电源模块要为单片机、传感器、舵机和驱动电机供电。因此需要提供多种电源以满足各个模块的要求。电池在完全充满之后,其空载电压只有8 V左右,而且随着电池的消耗,电压逐渐降低。此外,电机启动及反接制动时的电流很大,也有可能将电池电压拉得更低。为了避免电源电压不稳定,影响摄像头视频处理电路和单片机的正常工作,本设计使用了DC-DC变换芯片MC34063以及低差压稳压器LM2940。MC34063可输出稳定的8V电压给CMOS摄像头,LM2940则可为16位MC9S12DG128单片机、视频放大及二值化电路提供稳定的5 V电源,从而保证了系统在各种情况下的稳定运行。其电源模块电路原理图如图2所示。本文引用地址://m.amcfsurvey.com/article/173539.htm
2.2 直流电机驱动模块设计
直流电机驱动采用飞思卡尔公司的5 A集成H桥芯片MC33886。MC33886芯片内置有控制逻辑、电荷泵、门驱动电路以及低导通电阻的MOSFET输出电路。适合用来控制感性直流负载(如直流电机)。该芯片可以提供连续的5 A电流,并集成有过流保护、过热保护、欠压保护电路。通过控制MC33886的四根输入线可以方便地实现电机正转、能耗制动及反接制动。图3是经过简化的H桥电路,图中,当S1、S4导通且S2、S3截止时,电流正向流过直流电机,智能车前进;当S2、S3导通且S1、S4截止时,电流反向流过直流电机,利用这个过程可以使车模处于反接制动状态,从而迅速降低车速;当S3、S4导通且S1、S2截止时,没有电源加在直流电机上,直流电机电枢两端相当于短接在一起。由于电机轴在外力作用下旋转时。电机可以产生电能,此时可以把直流电动机看作一个带了很重负载的发电机,此时电机上会产生一个阻碍输出轴运动的力,这个力的大小与负荷的大小成正比,这时电机处于能耗制动状态。
本方案采用了两片MC33886并联,一方面减小导通电阻对直流电机特性的影响,另一方面,可以减小MC33886内部过流保护电路对电机启动及制动的影响。直流电机驱动模块的电路原理图如图4所示。
2.3传感器电路设计
本智能车采用CMOS摄像头作为图像传感器,以保证赛道信息采集的准确有效。CMOS摄像头的输出信号是PAL制式的复合全电视信号,每秒输出50帧(分为偶场和奇场)。由于CMOS摄像头采集图像时,偶场和奇场不是同时采集的。因此,可以在每场信号都对路径进行识别。
2.4 无线数据传输模块设计
该智能车加装了基于射频收发芯片nRF403的无线数据传输模块,并可在此基础上实现MOD-BUS通信协议,这对测试智能车参数及程序调试很有帮助。在运行的过程中,可以将智能车的各项参数实时发送上来,而分析智能车的运行状态可以更有针对性地对控制程序进行改进。事实上,在调试运动参数的过程中,可以通过上位机软件改变Kp、Ki、Kd等参数,而不用重新烧写程序,因而十分迅速而方便。
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