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1、第三章 电路设计方案3.1直流电机驱动电路的设计直流电机的控制一般由单片机的PWM信号来完成，驱动芯片采用飞思卡尔半导体公司的半桥式驱动器MC33886。PWM频率采用了10K HZ, 使用半桥：由于赛车过程中不时用倒车，所以只使用其中的半桥；并且将两个半桥并联，扩大芯片的驱动能力。如图3.1所示。图3.1 采用MC33886的直流电机驱动电路3.2液晶模块现场调试时，液晶显示的数值主要有如下几个：1）光电码盘的反馈值2）光电传感器检测到的模拟量的值，通过小板上的8个AD转换，可以显示八路光电传感器检测的值。方便了在现场的调试。3.2.1 GDM12864E简介点阵图形型液晶显示模块GDM12
2、864E内嵌ST7920型中文字型点阵LCD控制驱动器，通过对控制驱动器写指令，可以显示数字、字母、汉字以及自定义图形。控制驱动器ST7920的ROM中包括8192个1616点的中文字型，以及128个168点半宽的数字、字母字型；RAM中包括1个12864点的软件绘图区域（GDRAM）和4个1616点的软件造字区域（CGRAM）。GDM12864E模块共有20个引脚。1VSS，系统地；2VDD，系统电源（5V）；3VO，显示对比度调节；4RS，数据指令寄存器选择信号；5RW，读写模块数据选择信号；6E，使能信号端，上升沿（前沿）锁存选择信号，下降沿（后沿）读写数据或命令：714为8位数据输入输
3、出总线；17液晶复位控制脚；18VEE，液晶模块升压输出用于对比度调节；15和19A，LED背光的电源正极：16和20K，LED背光的电源地。其中串口模式下4CS为液晶使能脚，一般接高电平即可，5SID为串行数据口，6SCLK为串行时钟口。3.2.2 GDM12864E与MC9S12DG128的接口本设计采用了串口的通讯方式。飞思卡尔主控制板的SPI口与液晶通讯，只需CLK和MOSI两根线即能完成对液晶的控制，非常方便。硬件接口如图3.2所示。图3.2 GDM12864E与MC9S12DG128的接口电路3.2.3串口数据线模式数据传输串口数据线模式数据传输过程如图3.3所示。图3.3串口数据
4、线模式数据传输3.3 CCD电路设计3.3.1系统框图CCD电路系统框图如图3.4所示。图3.4 CCD电路系统框图.3光电传感器的选择目前检测灰度用的光电传感器一般都是使用红外光电对管，其优点主要有：受光线影响小，响应速度快，外围电路图简单等。红外对管分发射端和接收端，发射端通常用的是发光二极管，接收端为光敏元件可以为光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻。我们测试了包括GK-SB10，LTH1550-1，OPB606，FS048W ，GP2A25等型号的光电管如图3.4。最后选定GK-SB10型的光电对管，GK-SB10型的光电对管的发射端为红外光电管，接收端为光敏三极管。光敏三极管输出的光电流
5、可达mA级，无需放大可直接接电阻得到合适的电压。当传感器遇到黑线时，发光二极管发射出来的光被吸收，光敏三极管光电流较低。当传感器遇到白线时，光反射进入光敏三极管，使三极管光电流增大。由电流的变化，引起接收端串联的电阻两端电压变化，再通过LM339比较器比较，直接输出5V的高低电平，如图3.3。在实际调试中，我们测出来的GK-SB10的接收端电压在黑线情况下为4.6V，白线情况为2.8V，我们将LM339的比较电压调为4V，工作正常。在制作过程中，我们希望光电管的有效距离越远越好，这样小车的前瞻性要好，使得车子有更好的预判能力，所以我们想出通过镜子反射的原理，让传感器感知镜子里面的东西，而镜子可
6、以通过改变角度，看到不同距离的路面。但是，通过试验，此法不成立。502R410KR2R310K10KR51MR610KR723647185LM339U1Optoisolator1VCCVout3KR1图3.3 光电传感器电路图表3.1传感器测试（表中测试均接LM339比较输出后测试）传感器类型最大测量距离(cm)GK-SB1010LTH1550-18OPB6068FS048W7GP2A25(反射型) 图3.4 测试的传感器种类（左一为最后选定的Gk-SB10）3.4测速传感器车速的控制对车模沿线行驶的能力有很大的影响。车速的高低将直接影响车模的转弯半径，所以，我队的车模安装了测速传感器，来实现
7、速度的闭环控制。常用的测速传感器-光电编码器分为增量型和绝对型两种。增量型：就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号（也有发正余弦信号，然后对其进行细分斩波出频率更高的脉冲），通常为A、B、Z相输出，A、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出，根据延迟关系可以区别正反转，而且通过取A、B的上升和下降沿可以进行2或4倍频；Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲。绝对型：就是对应一圈每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应2进制的数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量（N=单圈位置数*最大记忆圈数）按二进制的类型不同分为一般二进制码和葛雷码，葛雷码的好处是临近的数值变更时各位的状态只有一个位发生变
8、化，其他位保持不变。由于我们车模控制所需精度不是太高，一般的增量型编码器已经足够我们使用。市面上可以买到的编码盘价格都较昂贵，我们考虑自己制作码盘。但是由于加工精度所限，我们加工出来的码盘一般也只能达到单圈几十个脉冲值的效果，远比一些能达到512线的码盘要低的多。最后我们打算直接利用车模后轮轴上的齿轮（共有76个齿），采用对射式光电开关，这样的话轮子转动一圈可以输出76个脉冲。对射式光电开关的电路原理图与上面提到的红外反射式传感器差不多，所以不做赘述。这种测速方法十分简单，结构紧凑，节约空间，无需增加太多重量，也不会给车模增加任何阻力。502R410KR2R310K10KR51MR610KR723647185LM339U1Optoisolator1VCCVout3KR1图3.5 光电码盘电路图
