智能车光电组硬件与机械设计专题

《智能车光电组硬件与机械设计专题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、智能汽车光电组硬件与机械设计专题主讲人：卢红海2012年9月4号前排激光板光电车整体构造图前排接收管转向舵机主激光板电池电机驱动板测速编码器主控板摇头舵机透镜内容安排1光电车硬件设计2光电车机械设计3注意事项及答疑一、光电车硬件设计电源管理模块单片机核心控制器电机驱动模块光电传感器模块舵机控制模块速度检测模块人机交互模块1.1硬件设计总体方案硬件电路是智能车的基础，只有完成了稳定科学的硬件电路，才能在这个基础上进行软件算法的设计，做出优秀的智能车。智能车硬件设计原则：尽量精减，采用简单可靠的电路，选用性能优秀而且性价比好的芯片，设计稳定可靠

2、兼容性好的电路板。硬件设计主流方案：采用飞思卡尔16位XS128或32位微控制器MK60DN512作主控芯片。选用5mw—100mw激光作为路经检测传感器，微控制器通过I/O口获得激光传感器采集的赛道信息，经过处理后给出舵机转角和电机转速。通过人机接口可以方便的设置智能车运行的参数，并获得智能车运行状况。1.2单片机核心控制器按照大赛组委会的规定，车模控制电路只能采用飞思卡尔半导体公司的8位、16位或32位MCU作为唯一微控制器。常用的MCU有:16位S12XS128、32位MK60DN512等。核心控制器可以选择购买设计良好的最小系统板，

3、也可以自己设计包括滤波电路、复位电路和BDM下载端口等。1.3电源管理模块智能车采用7.2V2000mAh镍镉蓄电池供电，由于电路中的不同电路模块所需要的工作电压和电流容量各不相同，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。稳压芯片的选取原则：压差不能太大，电压要稳定，电流要足够，价格要适中。常用芯片有LM2940、LM2941、TL1963A等。1.3电源管理模块电池7.2V-8.5V电机驱动6V稳压5V稳压5.5V稳压电机摇头舵机激光传感器转向舵机3.3稳压MCU常用电源模块电压分配图：1.4光电传感器

4、模块光电传感器是利用光电器件把光信号转换成电信号的装置。光电传感器工作时，先将被测量转换为光量的变化，然后通过光电器件再把光量的变化转换为相应的电量变化，从而实现非电量的测量。光电传感器的核心（敏感元件）是光电器件，光电器件的基础是光电效应。光电传感器的结构简单，响应速度快，可靠性较高，能实现参数的非接触测量，因此广泛地应用于各种工业自动化仪表中。1.4光电传感器模块光电式传感器由光路及电路两大部分组成，光路部分实现被测量信号对光量的控制和调制，电路部分完成从光信号到电信号的转换。常用的光电传感器有：红外对管和激光二极管。红外对管由红外线发

5、射管和光敏接收管集合在一起构成。由于红外对管测量距离有限，精度不高等缺点，慢慢退出了光电车的舞台。1.4光电传感器模块激光传感器模块分为发射和接收两部分。发射部分采用5mw—100mw功率的激光二极管，接收部分采用接收光线频率为180KHZ的接收管。1.4光电传感器模块激光传感器检测路面信息的原理是由发射管发射一定频率的红外线，经地面反射到接收管。由于黑色和白色的反射系数不同，在黑色上大部分光线被吸收了，而在白色上大部分光线被反射回来了，所以接收到的光线强度是不一样的，进而导致接收管特性曲线变化程度不同，从外部观测可近似认为接收管两端的输出

6、电阻不同，经过分压后电压就不一样了，这样就也可以把黑白路面识别出来了。1.4光电传感器模块激光发射电路激光接收电路1.4光电传感器模块由于激光二极管数量较多，同时发射时激光传感器会相互干扰。解决的办法是采用分时点亮，使用74LS138或154作为分时控制器，由控制器的3个IO口来控制激光传感器的开断，同一时间控制每组相邻最远的传感器发光，这样就可避免接收管接收到相邻传感器发射的激光了。具体实现过程，将在下午光电组智能车软件设计专题中讲解。1.5电机驱动模块直流驱动电机控制电路主要用来控制直流电动机的转动方向和转动速度。改变直流电动机两端的电

7、压可以控制电动机的转动方向；而控制直流电动机的转速，则有不同的方案，较常规的方法是采用PWM（脉冲宽度调制）控制。驱动电路既可以直接采用MC33886电机驱动芯片，也可以采用大功率MOS管来自行设计电机驱动电路。MC33886使用简单方便、功能强大。但其不足在于最大电流只能达到5A，即使采用多片并联，其压降还是比较大，不利于智能车加速和制动性能的提升；由功率MOSFET管搭建H桥电路作为电机驱动，桥电路采用门电路控制，使得电机驱动使用更加方便、安全。1.5电机驱动模块电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条

8、垂直腿，而电机就是H中的横杠。1.5电机驱动模块要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。如图所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q