【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 保護(hù)桿安裝 當(dāng)然避障主要是靠程序算法來解決，但是在障礙檢測(cè)時(shí)可能車身不正，導(dǎo)致打角不及時(shí)或打角度數(shù)不夠，保護(hù)桿就可以起到作用了。 CCD 的安裝為了確保 CCD 能穩(wěn)定采集賽道信息，CCD 底座的牢固性很關(guān)鍵。我們先后 采用了兩種方案：第一種是購(gòu)買的塑料底座，但是在安裝的過程中，發(fā)現(xiàn)該種 底座，占地面積大，總共需要六顆螺絲才能將 CCD 桿基本穩(wěn)定。 第二種為鋁合 金底座，質(zhì)量輕且牢固，占地面積少，底座高度較適合，能與碳素桿緊密咬合。 只需要在底盤打四個(gè)孔就能將 CCD 碳素桿穩(wěn)定。螺絲固定在車模底盤中心位置。CCD 安裝的位置與車模的前瞻量以及視野 寬也有直接關(guān)系，CCD 的安裝位置低了，視域不夠廣闊，影響尋線的有效范圍； 安裝過高，整車系統(tǒng)會(huì)因重心抬高而穩(wěn)定性變差。所以 CCD 的安裝的位置應(yīng)同 時(shí)考慮到機(jī)械性能的需要和圖像的要求。CCD 傳感器重量相對(duì)車架來說具有不 可忽略的影響，從車模的性能上考慮，車模的重心越低越好。CCD 與主板的連線較多，建議使用牢固纖細(xì)的飛線，然后再對(duì)飛線處理，16這樣既避免了線多的麻煩，也能減輕線的重量。圖 CCD 的安裝 編碼器的安裝編碼器是測(cè)速環(huán)節(jié)重要的傳感器，因此我們選用了測(cè)速精度高的歐姆龍 500 線編碼器。歐姆龍編碼器連接線有四根，棕色為+5V，藍(lán)色為負(fù)極,細(xì)黑和白色 為信號(hào)輸出，信號(hào)線需上拉電阻 5—10K，正反轉(zhuǎn)是通過相位差判斷。編碼器的安裝要注意防干擾，因此我們?cè)跊]有被屏蔽線包裹的部分使用錫 箔紙包裹，防止信號(hào)干擾。另外因?yàn)檫@屆飛思卡爾競(jìng)賽坡道較高，為避免在不對(duì)稱坡道中蹭到跑道， 我們改變了馬達(dá)座 C 板的擺放方式，從而為提高編碼器留出空間，提高編碼器17的位置。調(diào)整好編碼器的位置，使編碼器齒輪與后輪大齒適當(dāng)咬合，不緊不松， 太緊會(huì)增加電機(jī)負(fù)載，太松則可能導(dǎo)致掉齒且會(huì)磨損齒輪。0 CCD 的安裝 檢測(cè)起跑線光電管及加速度計(jì)的安裝 為避免光電管撞到障礙物，我們決定將檢測(cè)起跑線放到車身后面，加速 度計(jì)平放在后輪軸中心上方圖 檢測(cè)起跑線裝置的安裝18第四章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)我們將主控板與驅(qū)動(dòng)橋、鍵盤融為一體，充分利用 K60 本身具有的 OLED 屏接口，減少了連接導(dǎo)線的數(shù)量，這樣既能保證了車體的整潔和美觀，又能減 輕車身重量。下面是主板 PCB 圖及實(shí)物圖圖 主板 PCB 布局19圖 主板 最小系統(tǒng)版往屆學(xué)長(zhǎng)在使用自己焊接的系統(tǒng)版中容易遇到靜電復(fù)位等問題，且焊接較 為困難，我們決定使用市場(chǎng)購(gòu)買的最小系統(tǒng)版，雖然體積較大且重，但是工作 穩(wěn)定，在使用的過程中，沒有遇到復(fù)位等問題。單片機(jī)最小系統(tǒng)板使用 K60 單片機(jī)， 144 引腳 PQFP 封裝，為減少電路 板空間主板上僅將本系統(tǒng)所用到的引腳引出，包括 PWM 接口、計(jì)數(shù)器接口、 外部中斷接口、若干普通 IO 接口等。還包括電源濾波電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位 電路、串行通訊接口、JT AG 下載接口和 SD 接口20圖 K60 接線圖 電源模塊電源作為整個(gè)智能車系統(tǒng)的能量供給站，要求能夠滿足不同模塊的電 能需求，確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，電源穩(wěn)壓模塊具有非常重要 的意義。通過對(duì)小車系統(tǒng)各模塊對(duì)電能的需求分析，我們把整車電源系統(tǒng)分 為了三類：即核心處理器電源、傳感器電源和其他外設(shè)的電源。智能車常用的穩(wěn)壓電源有：線性穩(wěn)壓電源（如 LM29LM780AMS1117） 和開關(guān)型穩(wěn)壓電源（如 LM257LM2574）。線性穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)是輸出電壓紋 波小，外圍電路簡(jiǎn)單，只需要加幾個(gè)電容濾波，其中 LM2940 帶載能力最 強(qiáng) ， 可 達(dá) 1A 以 上 ， LM7805 與 AMS1117 帶 載 能 力 相 當(dāng) 都 在 500mA800mA。開關(guān)型穩(wěn)壓電源帶載能力強(qiáng)，紋波相對(duì)較重，外圍電路相 對(duì)復(fù)雜，在需要升壓的場(chǎng)合比較適用。智能汽車使用的都是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的高精度芯片，電源的好壞決定了芯片工作 的穩(wěn)定性。我們對(duì) CCD 模塊，單片機(jī)供電使用 。其他模塊主要使 用的穩(wěn)壓芯片及升壓模塊有 LM25765V、LM2576ADJ、及 B0512S2W。21圖 電源模塊原理圖我們?cè)陔姵仉妷禾幖尤肓穗娫措妷翰杉K，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓。圖 電壓采集原理圖22 CCD 模塊競(jìng)賽規(guī)定光電組采用 TSL1401 系列的線性 CCD，我們按照芯片手冊(cè)連 接線路，進(jìn)行了測(cè)試。剛開始外圍電路簡(jiǎn)單，只在電源和 AO 輸出端口加入了 濾波電容，結(jié)果輸出信號(hào)的 AD 采樣值很低，AD 采集的精度不夠，輸出波 形很不穩(wěn)定。后來對(duì)電路做了一些改進(jìn)，在信號(hào)輸出端加了運(yùn)放芯片 LMV358，放大倍數(shù)通過電位器可調(diào)，這樣可以適應(yīng)不同光線強(qiáng)度的環(huán)境。 為了改善輸出信號(hào)的穩(wěn)定性，在 CCD 的輸出端加了一個(gè) 510 歐姆的下拉電 阻，在運(yùn)放的輸入輸出端 各加了一個(gè) 104 的濾波電容，在電源地的入口處 串聯(lián)了一個(gè) 100uH 的電感，最終 CCD 采集到的信號(hào)達(dá)到了理想效果。CCD 電路部分如下圖：圖 CCD 模塊原理圖 驅(qū)動(dòng)橋模塊利用 2 個(gè) N 溝道功率 MOSFET 和 2 個(gè) P 溝道功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方案，控制電路簡(jiǎn)單、成本低。但由于加工工藝的原因，P 溝 道功率 MOSFET 的性能要比 N 溝道功率 MOSFET 的差，且驅(qū)動(dòng)電流 小，多用于功率較小的驅(qū)動(dòng)電路中。而 N 溝道功率 MOSFET，一方面載 流子的遷移率較高、頻率響應(yīng)較好、跨導(dǎo)較大；另一方面能增大導(dǎo)通電 流、減小導(dǎo)通電阻、降低成本，減小面積。綜合考慮系統(tǒng)功率、可靠性 要求，以及 N 溝道功率 MOSFET 的優(yōu)點(diǎn)， 本設(shè)計(jì)采用 4 個(gè)相同的 N 溝 道功 MOSFET 的 H 橋電路，具備較好的性能和較 高的可靠性，并具有23較大的驅(qū)動(dòng)電流。考慮到實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流可能很大，故采用 4 片 IRF3205 組成全橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)。額定工作電流可以達(dá)到 100A 以上， 而且內(nèi)阻很 小， 大大提高了電動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。 由于電機(jī)在急減速或急加 速的時(shí)候都會(huì)將電源的電壓拉低，因此在電源兩端接大電容濾波。4 個(gè) MOS 管在主板上的擺放既要節(jié)省空間，方便布線，還要注意散熱。圖 驅(qū)動(dòng)橋原理圖 車身姿態(tài)檢測(cè)模塊起初我們使用了兩塊 MMA8451 加速度計(jì)模塊，對(duì)小車轉(zhuǎn)彎進(jìn)行受力分 析，計(jì)算出轉(zhuǎn)彎半徑，但由于車速較快，實(shí)際受力情況復(fù)雜，導(dǎo)致計(jì)算出 的轉(zhuǎn)彎半徑偏差較大，后舍棄這種方案。只保留一塊加速速計(jì)，計(jì)算車身 方向，然后結(jié)合賽道信息進(jìn)行處理。另外我們也使用了 MPU6050 陀螺儀模塊，對(duì)坡道進(jìn)行檢測(cè)。 測(cè)速模塊24由于智能車車速一般較快，對(duì)測(cè)速要求精度高，我們使用的是歐姆龍 500 線的編碼器，使用較小的金屬齒輪與后輪大齒銜接，這樣也能提高測(cè) 速精度。編碼器對(duì)工作電壓要求較高，我們發(fā)現(xiàn)在電機(jī)猛加速時(shí)，會(huì)拉低電池 電壓，使編碼器出電壓不能穩(wěn)到正常工作電壓范圍，導(dǎo)致測(cè)速脈沖丟失， 導(dǎo)致電機(jī)不能被控制。這個(gè)問題還需要改善。 OLED 液晶屏及按鍵 由于平時(shí)要進(jìn)行大量參數(shù)的調(diào)試，反復(fù)下載程序調(diào)試效率很低，且 OLED 屏 可以顯示調(diào)試時(shí)需要觀察的變量數(shù)據(jù)。同時(shí)，因?yàn)楦?jìng)賽規(guī)則，不允許現(xiàn)場(chǎng)更改 程序，人機(jī)交互設(shè)備就很重要了。該顯示模塊具有以下特征：①該 OLED 液晶顯示屏為 寸，分辨率為 12864，模塊支持 、5v 供 電。②SPI 操作，只需四根信號(hào)線就可以對(duì)其進(jìn)行操作，節(jié)省 MCU 管腳。 ③高亮度，低功耗，有很好的顯示效果，體積小，質(zhì)量輕。 ④固態(tài)結(jié)構(gòu)，沒有