基于HC9SDGl28单片机的智能车的设计

　　(3)光电编码器

　　优点：获取信息准确、精度高。

　　缺点：增加后轮负载、体积大。

　　比较以上三种方案，考虑到系统的可靠性，主后轮转动齿轮为塑料质地，打孔比较危险，而且车重的任何增加都有可能影响到车速，最终决定采用直射型光电传感器。

　　3．2 硬件电路设计

　　传感器电路结构图如图3所示。

图3 传感器电路结构图

　　4 驱动部分

　　4．1 电机驱动器选择

　　根据电机学和电力拖动理论，电机驱动器要有足够的电流输出能力来保证驱动力的充足。综合考虑，电机驱动器采用一体化的专用功率驱动集成电路进行设计分离元件(场效应管)构成的驱动器。

　　根据电机学，直流电动机转速，n的表达式为：

　　式中：U为电枢端电压；I为电枢电流；R为电枢电路中电阻；φ为每级磁通量；K为电动机结构参数。

　　由式(1)可知，直流电动机的转速控制方法可以分为两大类：对励磁磁通进行控制的励磁控制法和对电枢电压进行控制的电枢控制法。现在大多数应用场合都使用电枢电压控制法，本设计采用的是在保证励磁恒定不变的情况下，采用PWM来实现直流电动机的调速方法。

　　电动机的电枢绕组两端的电压平均值U。为：

　　式中：占空比D表示在一个周期T里开关导通的时间与周期的比值，D的变化范围为0≤D≤1。由式(2)可知，当电源电压Us不变的情况下，电枢两端电压的平均值Uo取决于占空比D的大小，改变D值也就改变了电枢两端电压的平均值，从而达到控制电动机转速的目的，即实现PWM调制。

　　为了便于取材和设计方便，此次设计选择了飞思卡尔半导体公司的PC33886。PC33886在PWM调速模式驱动下可以接受20 kHz的工作频率；具有过热、过流、短路保护，并且通过一条反馈线将器件的工作状态反馈给单片机。

　　4．2 舵机控制

　　舵机控制程序流程图如图4所示。

图4 舵机控制程序流程图

　　车模在行驶过程中不断采样路况信息，并通过分析车模与赛道相对位置判断车模所处路况，计算转弯半径。所有舵机标准PWM周期为20 ms，转动角度最大为90°，当给舵机输入脉宽为0．5 ms，即占空比为0．5／20=2．5％的调制波时，舵机右转90°。可以推导出转动角度与脉宽的关系计算公式为：

　　t=1．5±θ／90

　　式中：t为正脉冲宽度，单位：ms；θ为转动角度；当左转时取加法计算，右转时取减法计算。

　　在具体操作中PWM调制波的周期可以设置在20 ms左右一定范围内均可以使舵机正常转动，经反复测试最终把输出PWM调制波周期设为13 ms。

　　运行电机的转速以及舵机的转角，在软件上都是通过对PWM波占空比进行设置来相应控制的。

　　5 电源模块

　　电机驱动系统要求大功率的电源供应：低内阻、大电流、对电源的纹波不敏感；单片机和图像采集系统对电源质量要求较高：低内阻、波纹小、自身功耗不大，但要严防电动机在工作时产生的干扰。供电系统框图如图5所示。