小車硬件設(shè)計(jì)

1、第二章 智能車硬件設(shè)計(jì)2.1智能車硬件設(shè)計(jì)基于無線協(xié)同搜索的運(yùn)輸車的原型的硬件構(gòu)成如下圖2-1所示。核心控制器電源電機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集用戶界面無線收發(fā)圖2-1 智能車硬件框圖Figure2-1 Hardware block diagram of the smart car2.1動(dòng)力電源設(shè)計(jì)電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱電源供應(yīng)器，它提供系統(tǒng)中所有部件所需要的電能。電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響系統(tǒng)的的工作性能和使用壽命。電源是系統(tǒng)的能量之源，所以電源的好壞直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于智能車采用4節(jié)1.2V電池供電，其中電機(jī)工作電壓在9V所以采用三級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行供電。系統(tǒng)供電部分分配

2、圖示如2-2所示。電池LM2623 BOOSTLM7805降壓穩(wěn)壓LM1117降壓穩(wěn)壓9V動(dòng)力電源5V系統(tǒng)電源3.3V控制系統(tǒng)電源電機(jī)傳感器系統(tǒng)指示核心控制器圖2-2系統(tǒng)供電部分分配圖Figure2-2 System power supply section allocation map 第一級(jí)為從4.8V的電池供電升壓至9V的動(dòng)力電源； 第二級(jí)為從9V的電源降至5V的系統(tǒng)電源 第三級(jí)為從5V的電源降至3.3V的控制器電源電源有多重分類，例如開關(guān)電源、線性穩(wěn)壓電源、逆變電源、交流穩(wěn)壓電源等等。線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點(diǎn)是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快

3、，輸出紋波較?。还ぷ鳟a(chǎn)生的噪聲低；效率較低（現(xiàn)在經(jīng)?？吹腖DO就是為了解決效率問題而出現(xiàn)的）；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。而線性穩(wěn)定電源有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是它的功率器件調(diào)整管工作在線性區(qū),靠調(diào)整管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大,需要安裝一個(gè)很大的散熱器給它散熱。而且由于變壓器工作在工頻（50Hz)上,所以重量較大。所以使用線性穩(wěn)壓電源會(huì)加大系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)3。本系統(tǒng)采用采用開關(guān)穩(wěn)壓電源作為系統(tǒng)的總電源。2.1.1開關(guān)電源設(shè)計(jì)開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和

4、MOSFET構(gòu)成4。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。1.工作原理開關(guān)電源的工作過程相當(dāng)容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，PWM開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流?。?功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。與線性電源相比，PWM開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電

5、壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實(shí)現(xiàn)的。圖2-3 開關(guān)電源的伯德圖Figure 2-3 Bode diagram of the switching power supply脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。工作特點(diǎn)： 體積小、重量輕：由于沒有工頻變壓器，所以體積和重量只有線性電源的2030%。 功耗小、效率高：功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以晶體管上的功耗小，轉(zhuǎn) 化效率高，一般為6070%，而線性電電源只有3040%。開關(guān)電

6、源選型:根據(jù)智能車的系統(tǒng)參數(shù)要求選擇TI公司設(shè)計(jì)的集成開關(guān)電源芯片LM2623。LM2623引腳圖及邏輯功能圖如圖2-4所示。 LM2623引腳圖 LM2623邏輯功能圖圖2-4LM2623引腳圖及邏輯功能圖Figure2-4 LM2623 pin diagram and logic diagram2.性能以及參數(shù)LM2623采用4mm×4mm耐熱增強(qiáng)LLP封裝。LM2623是一個(gè)高效率、通用、升壓型DC-DC切換為電池供電和低輸入電壓系統(tǒng)的穩(wěn)壓器。她接受一個(gè)0.8V和14V之間的輸入電壓轉(zhuǎn)換成1.24V-14V的穩(wěn)壓輸出電壓。效率高達(dá)90%的LM2623實(shí)現(xiàn)。為了適應(yīng)許多應(yīng)用，LM

7、2623允許設(shè)計(jì)師改變輸出電壓，工作頻率和占空比部分的性能優(yōu)化。選定的值可以固定或可以隨電池或輸入輸出電壓比。LM2623規(guī)定當(dāng)他到達(dá)的規(guī)線通過跳開關(guān)周期5。各參數(shù)對(duì)應(yīng)的關(guān)系如圖2-5所示。 轉(zhuǎn)換效率 溫度特性 輸入電電壓與開關(guān)頻率關(guān)系圖 啟動(dòng)電壓與溫度關(guān)系圖圖2-5各參數(shù)對(duì)應(yīng)的關(guān)系Figure2-5 Figure 2-6 The parameters corresponding relationshipLM2623特點(diǎn)： 很寬的負(fù)載范圍內(nèi)效率高； 低輸出電壓文波； 高度集成，小封裝減少PCB面積； 高達(dá)2MHZ的開關(guān)頻率； 1.8V至14V工作電壓，1.1V啟動(dòng)電壓； 1.24V至14V的可

8、調(diào)輸出電壓； 效率高達(dá)90%，80uA典型工作電流；LM2623電路原理圖如圖2-6所示。圖2-6 LM2623電路原理圖Figure 2-6 LM2623 circuit diagram參數(shù)選擇：由于輸出電壓為9V所以根據(jù)LM2623計(jì)算公式： (1)化簡(jiǎn)得： (2)其中1.24V為基準(zhǔn)電壓。根據(jù)LM2623數(shù)據(jù)手冊(cè)，RF2變化范圍在50 K至100 K，而則根據(jù)公式（1）推出。這里選用精度為1的金屬膜電阻52.3K： 把與帶入公式（1）得： 由于電阻標(biāo)稱值中沒有327K的電阻，所以選用330 K作為的電阻值。把 帶入公式（2）中得：所得到的電壓符合設(shè)計(jì)要求。選擇150 K，則根據(jù)圖2-7，

9、得知：開關(guān)頻率為1M。圖2-7頻率與輸入電壓關(guān)系Figure 2-7 Frequency with Input Voltage L1選用4.7uH功率屏蔽電感 C20選用220UF極性電容 D1選用1A快速開關(guān)二極管 C21選用100UF極性電容最終設(shè)計(jì)圖2-8為:圖2-8升壓電路最終設(shè)計(jì)圖Figure 2-8 Final boost circuit designPCB布局：減小環(huán)路面積,以抑制開關(guān)電源的輻射干擾；使電源線、地線的走向和電流的方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力6。最終升壓電源部分的PCB設(shè)計(jì)如下圖2-9所示。 選擇單點(diǎn)接地，底層采取大面積敷銅；將控制器系統(tǒng)電路與模擬電路分開；

10、圖2-9升壓電源部分的PCB設(shè)計(jì)Figure2-9 PCB design boost power supply part2.1.2系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)采用線性穩(wěn)壓電源方案，采用TI公司的LM7805集成線性穩(wěn)壓集成芯片進(jìn)行9V至5V系統(tǒng)電源的轉(zhuǎn)換，其內(nèi)部框圖如圖2-10所示。電氣參數(shù)表如2-1所示。7805 系列為 3 端正穩(wěn)壓電路,TO-220 封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣7。內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。 圖2-10 LM7805內(nèi)部框圖Figure2-10 LM7805 internal block diagram表2-1電氣參數(shù)根據(jù)要求系統(tǒng)電源的供電電流大于600MA小于800M

11、A，所以選用LM7805C。LM7805連接圖及靜態(tài)電流與輸入電壓關(guān)系如圖2-12所示。 實(shí)際設(shè)計(jì)圖 靜態(tài)電流與輸入電壓關(guān)系圖圖2-12 LM7805連接圖及靜態(tài)電流與輸入電壓關(guān)系Figure2-12 LM7805 Connection Diagram and quiescent current and input voltage relationship前段使用C22 104電容進(jìn)行濾波，電壓輸出端采用C23與C26進(jìn)行濾波是電壓更為平穩(wěn)。由于LM7805輸入端為動(dòng)力電源的輸出9V電壓，根據(jù)靜態(tài)電流與輸入電壓關(guān)系圖可知LM7805在正常工作時(shí)的靜態(tài)電流為5.2MA，符合設(shè)計(jì)要求。2.1.3.

12、控制系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)電源是向控制部件進(jìn)行供電，需要將5V進(jìn)行降壓至3.3V，這里采用LM1117。LM1117是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。其壓差在1.2V輸出，負(fù)載電流為800mA時(shí)為1.2V。它與國(guó)家半導(dǎo)體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)器件LM317有相同的管腳排列如下圖2-13所示。 圖2-13 LM1117管腳圖Figure 2-13 LM1117 pin diagram特性： 節(jié)省空間的SOT-223和LLP封裝 電流限制和熱保護(hù)功能 輸出電流可達(dá)800mA 線性調(diào)整率：0.2% (Max) 負(fù)載調(diào)整率：0.4% (Max) 溫度范圍LM1117：0125LM1117I：-40125LM1117內(nèi)部功

13、能框圖如圖2-14所示，其電氣參數(shù)如圖2-15。圖2-14 LM1117內(nèi)部功能框圖Figure 2-14 LM1117 internal functional block diagram圖2-15基本電器參數(shù)Figure 2-15 Basic electrical parameters參數(shù)選?。狠斎肱月冯娙葸x取104電容，輸出電容對(duì)于保持輸出電壓的穩(wěn)定性起著非常重要的作用，它必須同時(shí)滿足最小容值和ESR（等效串聯(lián)阻值）的要求。如果使用鉭電容，LM1117要求輸出電容的最小值為10uF。輸出電容值的增加提高了回路的穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)。輸出電容的ESR值必須在0.322之間，這里用104電容與10

14、UF電容并聯(lián)開穩(wěn)定輸出8。短路電流以及溫度穩(wěn)定性關(guān)系如圖2-16所示。 短路電流 溫度穩(wěn)定性圖2-16 短路電流及溫度穩(wěn)定性關(guān)系Figure2-16 Relationship between the short-circuit current and temperature stability最終設(shè)計(jì)電路為如圖2-17所示：圖2-17 LM1117設(shè)計(jì)圖Figure 2-17 LM1117 design2.2核心控制器設(shè)計(jì)2.2.1控制器部分電路設(shè)計(jì)控制器選型：基于無線協(xié)同搜索的運(yùn)輸車需要采集大量模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與分析，同時(shí)負(fù)載將收集到的信息進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算，再將運(yùn)算結(jié)果以及系統(tǒng)本身的運(yùn)行狀態(tài)通過

15、無線模塊發(fā)給同類型的基于無線協(xié)同搜索的運(yùn)輸車控制中心。所以核心控制器采用ST意法半導(dǎo)體生產(chǎn)制造的基于CORTEX M3構(gòu)的STM32F103RBT6控制芯片。STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。STM32F103RBT6簡(jiǎn)介：具業(yè)界領(lǐng)先架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核 哈佛結(jié)構(gòu) 1.25 DMIPS/MHz和0.19 mW/MHz Thumb-2指令集以16位的代碼密度帶來了32位的性能 單周期乘法指令和硬件除法指令 內(nèi)置了快速的中斷控制器 優(yōu)越的實(shí)時(shí)特性 中斷間的延遲時(shí)間降到只需6個(gè)CPU周期 從低功耗模式喚醒的時(shí)間只需

16、6個(gè)CPU周期 與ARM7TDMI®相比運(yùn)行速度最多可快35%且代碼最多可節(jié)省45%出眾的功耗效率：高性能并非就意味著高耗電。Stm32經(jīng)過特殊的處理針對(duì)市場(chǎng)上主要的三種能耗需求進(jìn)行了優(yōu)化： 運(yùn)行模式下高效率的動(dòng)態(tài)耗電機(jī)制 待機(jī)狀態(tài)時(shí)極低的電能消耗 電池供電時(shí)的低電壓工作能力其他特性： 內(nèi)核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。單周期乘法和硬件除法。 存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器。6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器。 時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。POR、PDR和可編程的

17、電壓探測(cè)器（PVD）。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時(shí)鐘的PLL。帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振。 低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。為RTC和備份寄存器供電的VBAT。 調(diào)試模式：串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口。 DMA：12通道DMA控制器。支持的外設(shè)：定時(shí)器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。 2個(gè)12位的us級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換器（16通道）：A/D測(cè)量范圍：0-3.6 V。雙采樣和保持能力。片上集成一個(gè)溫度傳感器。 2通道12位D/A轉(zhuǎn)換器：STM32F103xC,STM32F103xD,S

18、TM32F103xE獨(dú)有。 最多高達(dá)112個(gè)的快速I/O端口：根據(jù)型號(hào)的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16個(gè)外部中斷向量。除了模擬輸入，所有的都可以接受5V以內(nèi)的輸入。 最多多達(dá)11個(gè)定時(shí)器：4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有4個(gè)IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位的6通道高級(jí)控制定時(shí)器：最多6個(gè)通道可用于PWM輸出。2個(gè)看門狗定時(shí)器（獨(dú)立看門狗和窗口看門狗）。Systick定時(shí)器：24位倒計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC。 最多多達(dá)13個(gè)通信接口：2個(gè)IIC接口（SMBus/PMBus）。5個(gè)USART接口（ISO7816接口，LI

19、N，IrDA兼容，調(diào)試控制）。3個(gè)SPI接口（18 Mbit/s），兩個(gè)和IIS復(fù)用。CAN接口（2.0B）。USB 2.0全速接口。SDIO接口。 10.4A低功耗運(yùn)行模式，32kHz運(yùn)行頻率 6.1 A低功耗睡眠模式，一個(gè)計(jì)時(shí)器工作 1.3 A 停機(jī)模式：實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)運(yùn)行，保存上下文，保留RAM內(nèi)容 0.5 A 停機(jī)模式：無實(shí)時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行，保存上下文，保留RAM內(nèi)容 1.0A待機(jī)模式：實(shí)時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行，保存后備寄存器 270nA待機(jī)模式：無實(shí)時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行，保存后備寄存器STM32F103RBT6管腳圖如2-18所示。圖2-18 STM32F103RBT6管腳圖Figure 2-18 STM3

20、2F103RBT6 pin mapSTM32F系列新增低功耗運(yùn)行和低功耗睡眠兩個(gè)低功耗模式，通過利用超低功耗的穩(wěn)壓器和振蕩器，微控制器可大幅度降低在低頻下的工作功耗。穩(wěn)壓器不依賴電源電壓即可滿足電流要求。STM32F還提供動(dòng)態(tài)電壓升降功能，這是一項(xiàng)成功應(yīng)用多年的節(jié)能技術(shù)，可進(jìn)一步降低芯片在中低頻下運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部工作電壓。在正常運(yùn)行模式下，閃存的電流消耗最低230A/MHz，STM32F的功耗/性能比最低185A/DMIPS。系統(tǒng)控制器部分電路設(shè)計(jì)如下圖2-19所示：圖2-19 控制器部分電路圖Figure 2-19 Controller part of the circuit2.2.2 STM3

21、2RBT6調(diào)試以及下載電路設(shè)計(jì)STM32RBT6有兩種方式進(jìn)行代碼燒錄，第一種采用JTAG同時(shí)可以在線仿真，第二種為采用串口ISP燒寫，但是此種方式不能再線調(diào)試。1 JTAG仿真電路2 串口ISP燒寫電路 PL2303 用于實(shí)現(xiàn) USB 和標(biāo)準(zhǔn) RS-232 串行端口之間的轉(zhuǎn)換，兩個(gè)獨(dú)立的大型緩沖用于兩種總線的連接.大型數(shù)據(jù)緩沖器用于 USB 的批量數(shù)據(jù)傳輸.自動(dòng)握手模式可用于串行通訊，因而可以達(dá)到遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn) UAR T 控制器的波特率。2.3用戶接口電路設(shè)計(jì)2.3.1液晶顯示模塊調(diào)試信息顯示模塊采用MzLH04-12864，該模塊為一塊128×64點(diǎn)陣的LCD顯示模組，模組自帶兩種

22、字號(hào)的漢字庫（包含一、二級(jí)漢字庫）以及兩種字號(hào)的ASCII碼西文字庫；并且自帶基本繪圖功能，包括畫點(diǎn)、畫直線、矩形、圓形等；此外該模塊特色的地方就是還自帶有直接數(shù)字顯示。模組為串行SPI接口，接口簡(jiǎn)單、操作方便；與各種MCU均可進(jìn)行方便簡(jiǎn)單的接口操作。實(shí)物及尺寸關(guān)系如圖2-20所示。 圖2-20實(shí)物及尺寸關(guān)系Figure 2-20 Physical and size relationships 128 × 64 點(diǎn)陣FSTN ；串行SPI接口方式（僅寫入）； 自帶12×12點(diǎn)和16×16點(diǎn)漢字庫（包含一級(jí)和二級(jí)漢字庫）； 自帶6×10、8×16

23、點(diǎn)ASCII碼西文字庫（96個(gè)字符）； 自帶基本繪圖GUI功能（繪點(diǎn)、直線、矩形、矩形框、實(shí)心圓形、圓形框）； 自帶整型數(shù)顯示功能，直接輸入整型數(shù)顯示，而無需作變換；帶有背光控制指令，只需一條指令便可控制背光亮度等級(jí)（0127）。MzLH04模塊的顯示面板上，共分布著128×64個(gè)單色像素點(diǎn)，每個(gè)像素點(diǎn)均與模塊中的顯示控制器中的顯存有著對(duì)應(yīng)關(guān)系，控制器中共有1K byte的顯存映射著整個(gè)屏幕的顯示區(qū)域；不過與一般的單色液晶模塊不同，MzLH04模塊內(nèi)部的顯示控制器是不需要用戶來直接控制這些顯存的數(shù)據(jù)來改變顯示的畫面的，而只需要通過控制器所提供的各種接口指令就可以完成各種顯示了。MzL

24、H04將顯示區(qū)域性以X和Y軸進(jìn)行二維的坐標(biāo)劃分，將橫向和縱向以X軸地址（X Address）和Y軸地址（Y Address）表示，分別可以尋址的范圍為X Address=0127，Y Address = 063，X Address和Y Address交叉對(duì)應(yīng)著一個(gè)像素點(diǎn)。MzLH04模塊的像素點(diǎn)地址關(guān)系如圖2-21所示。 圖2-21 MzLH04模塊的像素點(diǎn)地址關(guān)系Figure2-21 Pixel MzLH04 module addresses the relationship 圖2-22液晶屏電路連接圖 Figure 2-22 LCD circuit connection diagramMz

25、LH04模塊當(dāng)中有一個(gè)LCD顯示控制器，以及存放字庫的存儲(chǔ)器，用戶在使用該模組時(shí)，一般只需要使用串行SPI接口對(duì)控制器寫入規(guī)定的指令以及指令的數(shù)據(jù)，即可完成繪制像素點(diǎn)、畫直線、實(shí)心矩形、矩形框或者是實(shí)心圓、圓框，以及在屏幕上的任意位置顯示西文（ASCII字符）、一二級(jí)漢字庫中的漢字。當(dāng)然，如果用戶需要顯示自己提取的漢字字模或者是位圖圖像，也可以通過對(duì)控制器寫入位圖指令及相關(guān)的尺寸數(shù)據(jù)后，跟著連續(xù)寫入要顯示的字模的數(shù)據(jù)即可。2.3.2按鍵電路本系統(tǒng)中另外添加用戶按鍵以及用戶指示燈，方便信息調(diào)試以及工作模式選擇。按鍵及指示燈電路圖如2-23所示。 圖2-23按鍵及指示燈電路圖Figure 2-23

26、 Schematic buttons and LEDs2.3無線模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要將大量的迷宮數(shù)據(jù)中得節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)不斷傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)原型機(jī)中，所以選用傳輸數(shù)據(jù)量大的nRF24L01。nRF24L01芯片引腳圖如下圖2-24所示。 圖2-24 nRF24L01芯片引腳圖Figure 2-24 nRF24L01 chip pin diagramNRF24L01是NORDIC公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用FSK調(diào)制，內(nèi)部集成NORDIC自己的Enhanced Short Burst 協(xié)議。可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1對(duì)6的無線通信。無線通信速度可以達(dá)到2M（bps）。nRF24L01特別適合采用電池供電

27、的2.4G應(yīng)用，整個(gè)解決方案包括鏈路層和MultiCeiver功能提供了比現(xiàn)有的 nRF24XX 更多的功能 和更低的電源消耗，這一點(diǎn)已經(jīng)把競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手遠(yuǎn)遠(yuǎn)的拋在后面，與目前的藍(lán)牙技術(shù)相比在提供更高速率的同時(shí)，而只需花更小的功耗。主要特點(diǎn)： 2.4Ghz 全球開放ISM 頻段免許可證使用； 最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)特別適合工業(yè)控制合； 126 頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要； 內(nèi)置硬件CRC 檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制 低功耗1.9 - 3.6V 工作，待機(jī)模式下狀態(tài)為22uA；掉電模式下為900nA； 內(nèi)置2.4Ghz 天線，體積小巧 15mm X29mm； 模塊

28、可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便； 工作于Enhanced ShockBurst 具有Automatic packet handling, Auto packet transaction handling,具有可選的內(nèi)置包，應(yīng)答機(jī)制，極大的降低丟包率。系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)如2-25所示。圖2-25模塊結(jié)構(gòu)Figure 2-25 Module structureNRF2401有工作模式有四種：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式、關(guān)機(jī)模式，工作模式由PWR_UP register 、PRIM_RX register和CE決定。配置模式與相關(guān)

29、寄存器位的關(guān)系如下圖2-26所示。圖2-26配置模式與相關(guān)寄存器位的關(guān)系Figure 2-26 Configuration Mode with relevant register bitsNRF2401的所有配置工作都是通過SPI完成，共有30字節(jié)的配置字。推薦NRF24L01工作于Enhanced ShockBurstTM 收發(fā)模式，這種工作模式下，系統(tǒng)的程序編制會(huì)更加簡(jiǎn)單，并且穩(wěn)定性也會(huì)更高。nRF24L01無線收發(fā)模塊的電路如下圖2-27所示。圖2-27 nRF24L01無線收發(fā)模塊的電路Figure2-27 nRF24L01 wireless transceiver module ci

30、rcuit diagram2.4檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)基于無線協(xié)同搜索的運(yùn)輸車通過感應(yīng)地面上黑色引導(dǎo)線，所以這里使用高功率紅外管ST188來檢測(cè)黑線。即利用紅外線遇到障礙物會(huì)反射回來紅外接收管可以接受到，在小車行駛過程中紅外發(fā)射管不斷發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線射入黑線時(shí)，此時(shí)只有少量紅外光被反射，其余紅外光將被黑色引導(dǎo)線吸收，紅外輸出低的電壓，若紅外接收管沒有在黑線上方則可以接收到經(jīng)軌道地板反射回大部分光線則輸出高的電壓，將輸出的高低電壓送到控制器的AD端口，此時(shí)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)的是連續(xù)變化的數(shù)值，方便使用PID算法進(jìn)行循線。光電特性表如表2-2所示。ST188實(shí)物圖示及內(nèi)部原理圖如圖2-28所示。

31、表2-2 ST188光電特性表 圖2-28 ST188實(shí)物圖示及內(nèi)部原理圖Figure2-28 ST188 Physical and internal schematic diagram電路設(shè)計(jì)：這里采用把5個(gè)發(fā)射管串接的方式，保證在同一電源變化下每個(gè)光電管發(fā)射的功率一致，讓接收管接受到的信號(hào)波動(dòng)幅度也保持一直，具體電路原理圖如2-30所示。圖2-30 ST188紅外檢測(cè)電路原理圖Figure 2-30 ST188 Infrared detection circuit schematics相關(guān)參數(shù)關(guān)系曲線如下圖2-31所示：圖2-31相關(guān)參數(shù)關(guān)系曲線Figure2-31 Curve param

32、eters2.5電機(jī)選型以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)在本系統(tǒng)中采用有刷直流減速電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用PWM進(jìn)行調(diào)速。相關(guān)參數(shù)如下：工作電壓：6V；光機(jī)轉(zhuǎn)速：16800RPM；減速比 ：1:30；空載轉(zhuǎn)速：560RPM；負(fù)載轉(zhuǎn)速：460RPM；負(fù)載力矩：93G-CM空載電流：60MA；堵轉(zhuǎn)電流：650MA； 減速直流電機(jī)實(shí)物（左圖）及力矩轉(zhuǎn)速關(guān)系（右圖）如下圖2-32所示。 力矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖圖2-32減速直流電機(jī)實(shí)物及力矩轉(zhuǎn)速關(guān)系Figure2-32Reducer DC motor and Torque speed relationship由于力矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速很快時(shí)電機(jī)工作電流下降，進(jìn)而力矩變小。

33、根據(jù)要求這里選用TI公司生產(chǎn)的直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片DRV8833。DRV8833為雙通道 H 橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，該器件具有兩個(gè) H 橋驅(qū)動(dòng)器，并能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流 (DC) 電刷電機(jī)、一個(gè)雙極性步進(jìn)電機(jī)、螺線管或其他電感性負(fù)載。DRV8833引腳圖如圖2-33所示。圖2-33 DRV8833引腳圖Figure 2-33 DRV8833 pin diagram每個(gè) H 橋的輸出驅(qū)動(dòng)器模塊由 N 溝道功率 MOSFET 組成，這些 MOSFET 被配置成一個(gè)H橋，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。每個(gè) H 橋都包括用于調(diào)節(jié)或限制繞組電流的電路。借助正確的 PCB 設(shè)計(jì)，DRV8833 的每個(gè)H橋能夠連續(xù)提供高達(dá) 1.5-A RMS （或 DC） 的驅(qū)動(dòng)電流（在 25 和采用一個(gè) 5V VM 電源時(shí)）。每個(gè) H 橋可支持高達(dá) 2A 的峰值電流。 在較低的 VM 電壓條件下，電流供應(yīng)能力略有下降。該器件提供了利用一個(gè)故障輸出引腳實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部關(guān)斷功能，用于：過流保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓閉鎖和過熱。 另外，還提供了一種低功耗睡眠模式。DRV8833 內(nèi)置于16 引腳HTSSOP 封裝或采用 PowerPAD 的QFN 封裝。DRV8833