基于激光二極管的智能循跡小車的硬件設(shè)計(jì)
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
掃碼關(guān)注
獲取最新最全汽車電子
技術(shù)方案與實(shí)用技巧
具體的紅外發(fā)射及接收電路原理圖如圖3所示，圖中左半部分為紅外激光發(fā)射電路。從發(fā)射電路圖可見(jiàn)，只需一個(gè)三極管Q1(N5551)即可直接驅(qū)動(dòng)紅外激光二極管HLD780060H7J，其控制信號(hào)則是一個(gè)頻率為40 kHz的調(diào)制信號(hào)，由控制器產(chǎn)生。圖中右邊部分為紅外接收電路，其紅外接收的光敏二極管是一個(gè)PN結(jié)，需提供一個(gè)反偏電壓，所以反向連接在電路中。三極管Q1、Q2構(gòu)成的電路并未起到信號(hào)放大的作用，而是使得光敏傳感器的工作點(diǎn)因環(huán)境光線的變化而變化，從而保證了傳感器接收的靈敏度。在一定程度上，起到了對(duì)環(huán)境光線的自適應(yīng)作用。在調(diào)試過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻PR1使得傳感器的信號(hào)輸出最大。放大電路則可采用低噪聲的運(yùn)算放大器TL064來(lái)設(shè)計(jì)，此芯片內(nèi)部集成了4個(gè)運(yùn)放，可方便地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波及多級(jí)放大。將已放大的信號(hào)再通過(guò)RC積分電路便可產(chǎn)生A／D所要采集的電壓。由于飛思卡爾智能車比賽的賽道是由白色泡沫材料及其中心的黑色引導(dǎo)線組成，通過(guò)將兩者的A／D采樣值進(jìn)行比較，就可識(shí)別出黑色引導(dǎo)線。
3．3 RS380直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用飛思卡爾公司的5 A集成H橋的芯片MC33886。此芯片內(nèi)置有控制邏輯、電荷泵、門(mén)驅(qū)動(dòng)電路以及低導(dǎo)通電阻的MOSFET輸出電路，適用于控制感性直流負(fù)載。該芯片可提供連續(xù)的5 A電流，并集成有過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)和欠壓保護(hù)電路。通過(guò)控制MC33886的4根輸入腳(IN1、IN2、D1、D2)可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、能耗制動(dòng)及反接制動(dòng)。在此應(yīng)用中，MC33886的作用是將恒定的直流電壓調(diào)制成頻率同定而脈寬可變的PWM脈沖電壓序列，從而改變輸出的平均電壓大小來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。為提高對(duì)直流電機(jī)的控制精度，可將MC9S12XS128單片機(jī)內(nèi)部的PWM2和PWM3兩個(gè)通道8位寄存器級(jí)聯(lián)成16位寄存器，并從PWM3通道輸出接到MC33886的IN1。同理，可將PWM4和PWM5兩個(gè)通道8位寄存器也級(jí)聯(lián)成16位寄存器，從PWM5通道輸出接到MC33886的IN2。通過(guò)PWM對(duì)MC33886的IN1和IN2的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的四象限運(yùn)行的控制。而直流電機(jī)RS380則直接接入MC33886的輸出端OUT1和OUT2。本驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)采用了兩片MC33886并聯(lián)使用，一方面減小導(dǎo)通電阻對(duì)直流電機(jī)特性的影響，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能力；另一方面可減小MC33886內(nèi)部過(guò)流保護(hù)電路對(duì)電機(jī)啟動(dòng)及制動(dòng)的影響，且共同分擔(dān)了發(fā)熱量，進(jìn)一步提高了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的性能。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/196140.htm
3．4 車速測(cè)速模塊
為實(shí)現(xiàn)遁跡小車的智能加減速，使車輛高速而平穩(wěn)地跟蹤引導(dǎo)線行駛，則必須對(duì)其進(jìn)行速度檢測(cè)，使車輛的速度構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制關(guān)系。系統(tǒng)的車速檢測(cè)采用了低成本的槽型光電開(kāi)關(guān)H206與光柵圓盤(pán)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。其是一種透光式的檢測(cè)方法，原理如圖5所示，當(dāng)光柵圓盤(pán)跟隨被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，U1中左邊的發(fā)光二極管的光線只能通過(guò)光柵盤(pán)上孔照射到其右邊的光電管上；當(dāng)光電管被照射時(shí)，其電阻較小，于是輸山一個(gè)低電平信號(hào)；當(dāng)光源被圓盤(pán)擋住時(shí)，則光電管電阻較大，輸出端就形成一個(gè)高電平信號(hào)輸出。隨后再經(jīng)過(guò)一個(gè)南U2構(gòu)成的電壓比較器，便可產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的矩形脈沖。然而，圓盤(pán)上的小孔數(shù)目是同定的，即轉(zhuǎn)一周的脈沖個(gè)數(shù)是同定的。若轉(zhuǎn)速變化則輸出的脈沖個(gè)數(shù)也將發(fā)生變化，且該變化是線性的。然后根據(jù)v=(N／M)／T(v是轉(zhuǎn)速；N為單位時(shí)間T內(nèi)所產(chǎn)生脈沖個(gè)數(shù)；M為光柵圓盤(pán)上孔的個(gè)數(shù)；T為單位時(shí)間)便可算出被測(cè)軸的轉(zhuǎn)速。但為提高測(cè)速的效率，系統(tǒng)采用另一種換算方法，就是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)再由單片機(jī)A／D采樣獲得相應(yīng)的速度值。網(wǎng)中LM331芯片構(gòu)成一個(gè)F／V轉(zhuǎn)換電路。檢測(cè)脈沖從LM331芯片的6腳輸入，由引腳1輸出一個(gè)電壓信號(hào)，然后送入單片機(jī)A／D采樣，不同的采樣值對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速。
3．5 舵機(jī)模塊及小車的組裝
系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用Futaba S3010型舵機(jī)，只有3根引接線，分別為地線、電源線和PWM控制線。該舵機(jī)的實(shí)質(zhì)是一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)，其由舵盤(pán)、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)、直流電機(jī)和控制電路組成，通過(guò)內(nèi)部位置反饋，可使舵盤(pán)輸出轉(zhuǎn)角正比于其給定的控制信號(hào)。即在負(fù)載力矩小于其最大輸出力矩的情況下，其輸出轉(zhuǎn)角將會(huì)正比于給定的脈沖寬度。為提高舵機(jī)的響應(yīng)速度，將其工作電壓直接連接電池電壓7．2 V，并將單片機(jī)內(nèi)部的PWM0和PWM1兩路8位輸出級(jí)聯(lián)成一個(gè)16位的PWM，再由PWM1通道輸出給舵機(jī)。在實(shí)踐中，還可通過(guò)采取加長(zhǎng)舵機(jī)力臂增大擺幅的方法進(jìn)一步提高舵機(jī)的響應(yīng)速度。
圖6為本設(shè)計(jì)智能循跡小車的組裝實(shí)物圖。由于傳感器對(duì)賽道信息捕獲的效果將直接影響智能車的控制策略及其速度。為獲得盡量大的前瞻，如圖6所示，設(shè)計(jì)將15個(gè)均等間隔排列的激光傳感器固定在一個(gè)離地面約25 cm的位置，并以58°角射向前方路面，使得小車的前瞻可達(dá)40 cm。同時(shí)將舵機(jī)通過(guò)墊板墊高，加長(zhǎng)了前輪控制力臂的長(zhǎng)度，從而提高了前輪轉(zhuǎn)向的響應(yīng)速度。并在電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)MC33886表面均加裝了散熱器，來(lái)提高電機(jī)運(yùn)行的性能。通過(guò)科學(xué)的硬件設(shè)計(jì)，與合理的算法，便可讓系統(tǒng)對(duì)賽道信息進(jìn)行提前獲取并做出即時(shí)、正確的決策，從而使車輛做到彎道提前減速，直道提前加速跑出更加節(jié)省路程的路徑。
4 結(jié)束語(yǔ)
文中對(duì)基于紅外激光二極管的智能循跡小車的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。介紹了智能車的控制器模塊、電源管理模塊、路徑識(shí)別模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、車速測(cè)速模塊以及舵機(jī)模塊等6部分的硬件電路設(shè)計(jì)，并給出了部分模塊的實(shí)際電路圖。最終展示了智能循跡小車的實(shí)物圖。實(shí)踐證明，該車可快速平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)循跡功能。
電路圖符號(hào)相關(guān)文章:電路圖符號(hào)大全
電流變送器相關(guān)文章:電流變送器原理 光電開(kāi)關(guān)相關(guān)文章:光電開(kāi)關(guān)原理 脈沖點(diǎn)火器相關(guān)文章:脈沖點(diǎn)火器原理 激光二極管相關(guān)文章:激光二極管原理
評(píng)論