王 粵

（棗莊廣播電視臺，棗莊 277000）

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

研究硬件電路部分主要包括硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、單片機最小系統(tǒng)設(shè)計及其外圍的電源模塊設(shè)計、輔助調(diào)試的人機交互模塊以及測速模塊等方面。其中，電機驅(qū)動電路板采用B0512S升壓電路產(chǎn)生12 V電壓驅(qū)動HIP4082芯片，由HIP4082芯片驅(qū)動4片LR7843芯片組成的H橋驅(qū)動電路，從而驅(qū)動直流電機。

1.1 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 MCU主板模塊

為了提高智能尋跡廣播車[1]的整體穩(wěn)定性，減小整體質(zhì)量，采用購買成品的單片機最小系統(tǒng)板模塊完成設(shè)計。這樣一方面保證了單片機芯片的穩(wěn)定，另一方面減少了一些調(diào)試方面的麻煩，節(jié)約了時間。最小系統(tǒng)板中包括J-LINK接口等。單片機的基本參數(shù)如表1所示。本設(shè)計使用時只需要在主控電路板中引出需要的單片機引腳接口即可，如圖2所示。

圖2 MCU主控模塊

表1 單片機基本參數(shù)

1.3 電源模塊設(shè)計

把電池的電壓經(jīng)過各種芯片轉(zhuǎn)換成各個模塊所需的電壓，如圖3所示。

圖3 電源分配示意圖

3.3 V電源模塊采用LM1117穩(wěn)壓芯片[2]為攝像頭、液晶、藍牙模塊以及最小系統(tǒng)供電，如圖4所示。

圖4 LM1117電路圖

5 V電源模塊為速度反饋信號處理電路供電。因為給速度檢測模塊供電的電源要求電壓穩(wěn)定，所以本設(shè)計采用小壓差的線性穩(wěn)壓芯片LM2940-5.0[3]。電池電壓在驅(qū)動電機導通時壓降較大，小壓差的LM2940-5.0能保證輸出穩(wěn)定的5 V電壓，如圖5所示。

圖5 LM2940穩(wěn)壓電路圖

5.5 V電源模塊為舵機供電，舵機的基本參數(shù)如表2所示。電壓越高，輸出力矩越大，響應時間越快。為了提供穩(wěn)定充足的電源，本設(shè)計采用LM2941-ADJ搭成的5.5 V電源為舵機供電，如圖6所示。

表2 S-D5舵機基本參數(shù)

圖6 LM2941-ADJ穩(wěn)壓電路圖

1.4 速度與反饋信號處理電路設(shè)計

為了讓智能尋跡廣播車能夠平穩(wěn)沿著道路運行，即在該快速通過時提速，該減速時慢行。不僅要控制舵機的打角，還需要實時采集和調(diào)整智能尋跡車的速度，從而使智能尋跡廣播車在道路上更加良好地運行。

由于智能尋跡廣播車為大功率單電機驅(qū)動，因此編碼器電路比較簡單，只需供電和將編碼器信號線上拉（接+5 V）即可，以保持信號穩(wěn)定。本設(shè)計使用的編碼器輸出信號為方波，所以信號不需要被外部電路整形，如圖7所示。

圖7 編碼器接口電路圖

1.5 電機驅(qū)動模塊設(shè)計

該設(shè)計需要驅(qū)動大功率電機，電機在急速旋轉(zhuǎn)和制動過程中需要很大的電流[4]。該電機的性能參數(shù)如表3所示，可見驅(qū)動設(shè)計尤為重要。

表3 RS-540電機基本參數(shù)

采用MOS管和專用柵極驅(qū)動芯片進行驅(qū)動，但是HIP4082芯片需要12 V供電，因此其中12 V升壓電路中先通過穩(wěn)壓芯片LM2940S將7.2 V降壓為5 V，再通過芯片B0512S將5 V升高至12 V，如圖8和圖9所示。

圖8 7.2 V降5 V電路圖

圖9 5 V升12 V電路圖

本設(shè)計使用HIP4082作為電機的驅(qū)動芯片，芯片的性能參數(shù)如表4所示，輸出脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）信號控制電機，如圖10所示。

表4 HIP4082驅(qū)動芯片基本參數(shù)

圖10 電機驅(qū)動電路圖

1.6 圖像采集模塊設(shè)計

本設(shè)計使用的OV7725攝像頭[5]采集賽道圖像。傳感器的引腳直接與單片機的引腳相連，沒有復雜的外圍電路，接口簡單，如圖11所示。

圖11 圖像采集接口電路圖

1.7 人機交互模塊設(shè)計

本設(shè)計采用“液晶+按鍵配合撥碼開關(guān)”的模式將液晶、按鍵和撥碼開關(guān)直接放在了主板上，采用1.44英寸彩色TFT屏幕加5向按鍵配合4P撥碼開關(guān)的調(diào)試方式。該液晶分辨率為128×128，可以顯示多種顏色。人機交互模塊的功能是顯示控制小車的各種參數(shù)，另外增加蜂鳴器電路方便小車的調(diào)試。這種設(shè)計減了電路板的數(shù)量，并在一定程度上降低了車的重心，使整個小車看起來比較緊湊，如圖12所示。

圖12 人機交互模塊電路圖

2 結(jié)語

智能尋跡車系統(tǒng)是以硬件為基礎(chǔ)，尤其是電源的穩(wěn)定性。在電機和舵機急速動作時，這兩個都屬于大功率部件會造成用電量大，造成瞬間電池電壓波動。此時，由于電壓不穩(wěn)定，MCU可能復位，因此要保證電路系統(tǒng)的穩(wěn)定。