第3章 图像处理算法研究
图3-5 DC-DC升压电路（7.2V转12V）
3.2.2 TPS7350Q稳压电路
9S12XSMAA最小系统和OV7620摄像头的供电电压均为5V，由于单片机是整个控制系统的核心，因此单片机供电电源的稳定性尤其重要，并且考虑到单片机和摄像头的额定电流较小，所以采用TPS7350Q搭建稳压电路专为9S12XSMAA最小系统和OV7620摄像头进行供电。[6]这样既可以有效抑制电源纹波，又可以消除9S12XSMAA最小系统和OV7620摄像头的供电电源与其他元件供电模块之间产生干扰，保证其工作的稳定性。
图3-6 TPS7350Q稳压电路（7.2V转5V）
3.2.3 LM2940稳压电路
舵机SD-5的工作电压只能在5.5V以下，正常工作电流为200mA，具有堵转保护
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第3章 图像处理算法研究
功能，堵转电流为800mA，舵机在堵转后3s开始启用保护功能，降低电流，保护马达和电板。考虑到舵机的堵转问题，本电路采用两片LM2940芯片搭建两个5V稳压电路。利用一个稳压电路专门用于舵机SD-5供电，另一个5V稳压电路则用于给液晶、蓝牙、拨码开关等其他外设及芯片的供电。
图3-7 LM2940稳压电路（7.2V转5V）
3.3 电机驱动模块
电机驱动电路对于智能车的速度控制有着至关重要的作用，较好的制动能力和加速对于提高小车的速度有着很大的帮助。电机的速度与施加在电机上的电压成正比，输出转矩与电机的电流成正比。因为在智能车行驶过程中要改变直流电机的转速，采用一个PWM（脉宽调制）方波，施加在直流电机上的PWM波的占空比对应着智能车所需的速度，电机起到一个低通滤波器的作用，将PWM信号转换为有效的直流电平。PWM信号可以由9S12XSMAA单片机产生，用精准的脉冲宽度可以调节直流电机的转速，并且要优化PWM信号的频率，以防止电机抖动。更换直流电机的电流方向，可以控制直流电机的转动方向。
智能车采用了540电机，该电机的工作电压为12V。利用IR公司的MOS管IRLR783和MOS管驱动芯片IR2104搭建了H桥驱动电路。H桥驱动电路主要包括4个MOS管和两片MOS管驱动芯片，MOS管具有内阻小、开关速度快等优点，并且方便加散热片。MOS管是电压驱动器件，使用N沟道增强型MOS管，其导通电阻小，当栅极电压大于源极电压时MOS管导通。如图3-8所示，要是电机M转动，必须导通对角线上的一对MOS管，根据不同的MOS管对的导通情况，电流可能会从左至右或者从右至左流过电机，从而控制电机的正转和反转。
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第3章 图像处理算法研究
图3-8 H桥电机驱动电路
当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经过Q1管从左至右流过电机，再由Q4流回到电源负极，此时电机将顺指针转动。
当Q2管和Q3管导通时，电流就从电源正极经过Q3管从右至左流过电机，再由Q2流回到电源负极，此时电机将逆指针转动。
由于9S12XSMAA单片机P口驱动能力不够大，所以要加MOS管驱动芯片IR2104来驱动MOS管。IRLR7843的最小内部只有3.3毫欧姆，最大允许连续源极电流为161A，远远能满足要求，并且IRLR7843具有很强的驱动能力。IR2104外接自举电路，输出驱动电压在10V到20V，具有刹车使能功能，能够较好的保护，并且具有恰当的死区，外接电路也较为简单。具体的H桥电机驱动电路如图3-9所示。
图3-9 实际H桥电机驱动电路
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3.4 速度反馈模块
为了使智能车能够平稳的沿着赛道行驶，需要测试智能车的速度，同过测速模块得到智能车的实际速度，将其与给定速度进行比较，形成闭环反馈系统，实现对智能车速度的控制，从而使智能车在急转弯时不会因为速度过快而冲出赛道。通过控制电机驱动中PWM信号的占空比来控制电机的平均电压，从而控制电机的转速即控制智能车的车速。如果没有测速模块，开环控制电机转速，会受到很多因素影响，如电机传动的摩擦力、道路摩擦力、电池电压、前轮转向角等。这些因素都会造成智能车运行不稳定。使用测速模块后，可以实现对车模速度的闭环反馈PID控制，就可以消除上述因素对智能车运行所带来的不利影响，是智能车运行时更加稳定。
检测测速的方法有很多种，例如用测速发动机、反射式光电检测、透射式光电检测等。本次采用的是透射式光电编码器，其内部是光电对管加光栅码盘构成，结构简单，稳定性高。其内部结构如图3-10所示。将编码器内部的旋转轴与电机的转动轴相连，由旋转轴带动旋转盘进行旋转，光源发出的光透过旋转盘上的长方形孔被受光元件接收，从而输出脉冲信号。通过计算每秒光电编码器输出的脉冲个数就可以计算出电机的转速。
图3-10 光电编码器内部结构
通过光电编码器测量出智能车的车速，在软件中编写速度控制程序，通过改变PWM波的占空比来调节车速。
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