北京科技大学天津学院-二队 - 记忆算法(3)

第四章 主控板硬件电路设计

4.1电源模块

比赛提供7.2V电池，整个系统需要为以下模块供电： 为单片机供电；（5V）； 为传感器供电；（5V）； 为电机驱动供电；（7.2V）；

为舵机供电（转向舵机和制动舵机）；（7.2V或6V） 可能会有发热元件，接出5V风扇供电口。

由上可以知道，系统需要7.2V、6V、5V，其中7.2V可以由电池直接供电，6V和5V就需要稳压芯片来供电了，由于有上届比赛的经验，如果把所有接到5V的电源都从一个口输出，万一出现异常状况（例如大电流），单片机必然重启，因此需要多个稳压芯片同时工作，以保证单片机正常工作。

图4.1电源模块电路图

5V稳压电路的设计：

市场上5V的稳压芯片有很多，例如LM2940、LM7805、开关型LM2575、LM2596，其中2940和7805转换效率比较低，只有40%左右，但是输出纹波很小，对于单片机这种对电源要求比较高的元件而言很适合，而2575和2596是开关型的稳压芯片，转换效率可以达到75%甚至80%以上，但是输出有纹波，很可能让单片机出现重启现象。

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第二届全国大学生智能汽车竞赛技术报告

图4.2 LM2940电路原理图

图4.2是2940稳压的电源模块原理图，7805和2940的原理图相同，但是7805需要输入7.5V以上才可以稳定输出5V，而2940载输入电压达到6V以上就可以稳定输出5V了，因此，在给单片机供电的电源中选择2940稳压芯片。

4.2电机驱动模块

图4.3 电机驱动模块电路

由CPU 发出PWM 波通过33886驱动芯片控制电机的电压，PWM5输出PWM波，经由IN1口输入，OUT输出电机调速信号。驱动芯片MC33886内部具有短路保护、欠压保护、过温保护等功能。MC33886内部集成有两个半桥驱动电路，本设计中，因为只需控制小车前进的速度不需要控制运行电机反转，因此不需要采用全桥驱动运行电机。而为了增大电流驱动能力，将两个半桥并联使用。

各接口模块

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第四章 主控板硬件电路设计

图4.4 各接口模块电路

如图4.4所示为S12单片机的各接口模块。

其中fan为一个2口白接头，可以提供5V和GND，为需要散热的芯片提供风扇电源接口；Keyboard为一个6口白接头，提供键盘接口；Code接口是一个3口白接头，提供码盘的电源、地和信号；Reverse是一个反相器，为码盘返回数据进行反相，使得软件控制的时候有一个高电平就可以得到光栅的一格，更易于控制；PWM1、PWM3、PWM7分别为转向舵机和制动舵机供电控制；PortAPortB和PortEPAD为传感器提供电源、控制和返回；Monitor是一个监控系统的接口，在主控板上插上监控系统可以监视车模运行时候的一些参数。

4.3硬件抗干扰措施

在嵌入式系统中，系统的抗干扰技术是系统可靠性的重要方面。一个系统的正确与否,不仅取决于系统的设计思想和方法，同时还取决于系统的抗干扰措施。

嵌入式系统的干扰源一般有三个渠道：一是空间干扰,电磁信号通过空间辐射进入系统；二是过程通道干扰，干扰信号通过与系统相连的前、后通道及与其它系统的连接通道进入，它叠加在有用信号之上，扰乱信号传输，使有效信号产生畸变。使得数据采集误差加大，导致控制状态失灵，导致程序运行失常；三是系统干扰，电磁信号通过供电通道进入系统或系统本身产生干扰。 虽然抗干扰问题是嵌入式系统在实际应用中最令人头疼的问题，而且没有一定之规,也没有一成不变的方法,但若进行科学的分析并加以合理的设计，采取一定的措施，将系统的硬件和软件结合起来,是可以有效地提高应用系统的可靠性的。

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4.4印制电路板可靠性和抗干扰设计

印制电路板是嵌入式系统中，器件、信号、电源线的高密度集合体，印刷电路板设计的好坏对抗干扰能力的影响很大。

设计时应合理走线、合理接地，三总线分开走线.。尽量将数字、模拟电路分开走线，电源线和地线应尽量加宽，同时使电源线、地线的走向与数据传递的方向一致。应尽量使用45°折线而不要使用90°折线，以减少高频信号对外的发射与耦合，减少互感振荡；将接地和屏蔽正确结合起来使用。

CPU、RAM、ROM等主芯片以及VCC、GND之间接电解电容和瓷片电容；去掉高、低频干扰脉冲；石英晶体振荡器的外壳接地而不要走信号线，且要适当加大接地面积；时钟线要尽量短，并用地线将时钟区圈起来，使周围电场尽可能地减小。独立系统结构，减少接插件与连线；输入输出驱动器件、功率放大器件应尽量靠近线路板边的引出接插件；提高可靠性，减少故障率。集成块与插座接触可靠，用双簧插座，最好集成块直接焊在印制板上，防止器件接触不良。信号的输入、输出端以使用光耦进行光电隔离为好。这样既可以防止外围器件动作时产生的回流冲击系统，又可使输入端的干扰信号没有足够的功率去干扰发光二极管的正常工作。

4.5主控板的安装

通过在底盘上打孔，通过塑料螺钉固定。见图一

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第五章 电机驱动模块

5.1 硬件电路设计

由CPU 发出PWM 波通过33886 驱动芯片控制电机的电压. PWM5 输出PWM波，经由IN1 口输入。OUT1 输出电机调速信号。通过预设的占空比对电机的转速进行调解。工作电压为5-40V，导通电阻为120 毫欧姆，输入信号是TTL或CMOS，PWM 频率小于10KHz，具有短路保护、欠压保护、过温保护等。MC33886内部集成有两个半桥驱动电路，本设计中，因为只需控制小车前进的速度不需要控制运行电机反转，因此不需要采用全桥驱动运行电机。而为了增大电流驱动能力，

图5.1 电机驱动电路

本文将两个半桥并联使用。（？？？？？）

5.2 驱动电机性能测试

根据我们的速度传感器，对电机性能进行了测试。主要测试了，开环控制下，车辆启动加速的性能。

在开环控制下，分别设定占空比为90%和100%，其启动效果如下（x 轴为时间（s），Y 轴为车速）：

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