設(shè)計電路板的資料

1、智能車系統(tǒng)根據(jù)各部件正常工作的需要，對配發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車模用7.2V2000mAh Ni-cd蓄電池進行電壓調(diào)節(jié)。其中，單片機系統(tǒng)、路徑識別的光電傳感 器和接收器電路、信號處理電路，速度傳感器電路需要5V電壓，伺服電機、直 流電機使用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄電池直接供電，供電方式是加載在前述驅(qū)動 芯片 MC33886。最常見的電源管理芯片是7805,價格低廉，電路成熟，但是考慮到驅(qū)動電 機啟動瞬間會引起電壓瞬間下降的現(xiàn)象，所以電源管理系統(tǒng)中采用了低壓降的電 壓調(diào)節(jié)器LM2940來產(chǎn)生5V電壓。盡管如此，實驗中仍然會出現(xiàn)電機負載過大 引起的電壓瞬間下降，導(dǎo)致單片機重新啟動的現(xiàn)象。一般出現(xiàn)

2、小車過彎道時在電 機兩端加載過大的驅(qū)動電壓。為此在電源電路上通過增加二極管和電容來解決這 一問題，如圖3.6所示。LM2940DIODE _ 7.2V BATTERYC術(shù)1000gC2 470UF圖36電源管理電路GND電源電路的工作原理是當(dāng)電池接通時，7.2V電池給C1充電，當(dāng)小車電機啟 動瞬間造成電池電動勢下降時，由C1向LM2940供電，同時通過二極管阻斷C1 向電池放電。1000UF的電容應(yīng)該可以持續(xù)供電34秒。此時，電池的電動勢應(yīng) 當(dāng)能恢復(fù)到7.2V。閉環(huán)驅(qū)動電路的設(shè)計電機驅(qū)動電路采取閉環(huán)控制，使電機轉(zhuǎn)速與單片機輸出的速度信號成線型。閉環(huán)控制的核心是一片TL494。其內(nèi)部集成兩個誤差

3、比較器，一個死區(qū)控制，兩個推 挽輸出。我們使用了其中一個誤差比較器，將設(shè)定信號與速度反饋信號進行比較，比較結(jié)果 通過推挽輸出控制MOS管的開關(guān)，完成閉環(huán)控制。大功率MOS管直接驅(qū)動直流電機，與使用MC33886比較，瞬間電流輸出能力增強， 效率提高，芯片發(fā)熱量明顯減小。速度反饋信號由紅外對管檢測傳動輪上的孔獲得，經(jīng)濾波后的矩形波的頻率與車速成 正比，在將矩形波進行頻壓轉(zhuǎn)換后便得到了與實際速度成正比的電壓信號。頻壓轉(zhuǎn)換的是 74HC123 （單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）和RC濾波網(wǎng)絡(luò)。RC濾波網(wǎng)絡(luò)與TL494中的誤差比較器組成了 一個惰性環(huán)節(jié)，RC為該惰性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，決定了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度。時間常數(shù)愈大，控

4、 制特性越軟，調(diào)節(jié)速度較慢；反之控制特性越硬，越容易發(fā)生震蕩。通過RC的調(diào)節(jié)，可以【32VCC48RC7DISCV2TRIGDNGRitbvc使電機轉(zhuǎn)速相對恒定。34OUTPUT CTRLIRSNGGNDVCC_IRJP1IRPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7KEY1KEY2KEY3KEY4GNDJ83310J7OscillatofKEY DJ SNG J61 VCC_5. 72GND ：3FME必 fn3SPEEDR910KVCTLid-Tinw Contfol CacnparatDFError Amplifier 1HD0.7 iikAVCCR1 2 10KU5BC92247

5、RCex t6GNDF_SIG9101 1AD1 5AD0 7PWM5PWM4AD1 4AD0 6圖4.1 TL494內(nèi)部功能框圖AD1 3 AD0 5 AD0 1 AD0T AD0 2AD1 0 AD0 3 AD1 1 AD04 AD1 2GNDC4Q3IRF3205VCCVCC810416GND15VRF14VRF 113GND1211CCextABCLR5 VBACK74HC12312圖4.2電機控制模塊TitleSizeNu mberBDate:21-Jul-2007、File:E:workProject智t 車t 比賽L，一 Sheet Smartcar_PCBMODORn (Bry

6、L1.0.d dofRev圖3.1電源管理模塊原理圖電源模塊對于一個控制系統(tǒng)來說極其重要，關(guān)系到整個系統(tǒng)是否能夠正常工 作，因此在設(shè)計控制系統(tǒng)時應(yīng)選好合適的電源。競賽規(guī)則規(guī)定，比賽使用智能車競賽統(tǒng)一配發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車模用7.2V 2000mAh Ni-cd供電，而單片機系統(tǒng)、路徑識別的光電傳感器、光電碼編碼器等均需要5V 電源，伺服電機工作電壓范圍4V到6V（為提高伺服電機響應(yīng)速度，采用7.2V供 電），直流電機可以使用7.2V 2000mAh Ni-cd蓄電池直接供電，智能車電壓調(diào)節(jié) 電路示例見圖3。5V電源模塊用于為單片機系統(tǒng)、傳感器模塊等供電。常用的電源有串聯(lián)型 線性穩(wěn)壓電源（LM2940、7

7、805等）和開關(guān)型穩(wěn)壓電源（LM2596、LM2575等） 兩大類。前者具有紋波小、電路結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點，但是效率較低，功耗大；后者 功耗小，效率高，但電路卻比較復(fù)雜，電路的紋波大。對于單片機，需要提供穩(wěn) 定的5V電源，由于LM2940的穩(wěn)壓的線性度非常好，所以選用LM2940-5單獨 對其進行供電；而其它模塊則需要通過較大的電流，而LM2596-5，轉(zhuǎn)換效率高， 帶載能力大，缺點是其紋波電壓大，不適合做單片機電源，不過對其它模塊供電 還是能保證充電的電源。利用LM2940-5和LM2596-5對控制系統(tǒng)和執(zhí)行部分開 供電，可以有效地防止各器件之間發(fā)生干擾，以及電流不足的問題，使得系統(tǒng)能 夠穩(wěn)定

8、地工作MC33886的應(yīng)用示意圖如圖2.7所示。圖中，V+是為直流電機供電的電源。 IN1和IN2兩個邏輯電平輸入端分別控制輸出端OUT1和OUT2。當(dāng)IN1輸入高電 平時，OUT1輸出也為高電平即通過H橋與V+導(dǎo)通；當(dāng)IN1輸入低電平時， OUT1輸出也為低電平即通過H橋與GND導(dǎo)通。IN2和OUT2的關(guān)系與此相同。 FS為故障信號開漏極輸出，低電平有效。當(dāng)D1是高電平或者D2是低電平時， 同時禁用OUT1和OUT2的輸出，使OUT1和OUT2同時變?yōu)楦咦钁B(tài)。通過控制IN1 和IN2的電平，即可控制電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)。對IN1和IN2的電平信號進行 脈寬調(diào)制，即可控制電機的轉(zhuǎn)速。33886

9、，JCF,/+0UT1FSINIIN20UT2DIPGNDUzAGND圖2.7 MC33886的應(yīng)用示意圖：已完畢，但網(wǎng)頁上有錯誤。BTS 7960Top-chip如圖3所示，BTS7960的芯片內(nèi)部為一個牛橋。INH引腳為高電平，便能BTS7960. IN引腳用于確定哪個MOSFET導(dǎo)通。N = l且NH=1時，高邊MO5FET導(dǎo)通，OUT引腳輸出高電平；取=0且| = 1時,低邊MQSFET導(dǎo)通，OUT引腳輸出低電平-SR引腳外接電阻的大小，可以調(diào)節(jié)MOS管早通和關(guān)斷的時間,具有防電磴干擾的功能。IS引腳是電流檢測輸出引腳。LS base-chipOGMDOUTHS base-chip_|

10、 Gate Driver Dead Time Gen Slew Rate Adj.回 UV Shut Down OV Lock OutOT Shut Down Current Lim. Diagnosis Current SenseBTS7960的全橋驅(qū)動電路示意圖BTS7960的芯片內(nèi)部為一個半橋。INH引腳為高電平，使能BTS7960。IN引腳用于確定哪個MOSFET導(dǎo)通。IN = 1且INH = 1時，高邊MOSFET導(dǎo)通，OUT引腳輸出高電平;IN = 0且INH = 1時，低邊MOSFET導(dǎo)通，OUT引腳輸出低電平。SR引腳外接電阻的大小，可以調(diào)節(jié)MOS管導(dǎo)通和關(guān)斷的時間，具有防電磁

11、干擾的功能。IS引腳是電流檢測輸出引腳。BTS7960的引腳IS具有電流檢測功能。正常模式下，從IS引腳流出的電流與流經(jīng)高邊MOS管的電流成正比，若RIS=1kQ,則V IS=I load/8.5；在故障條件下，從IS引腳流出的電流等于I IS（lim）（約4.5mA），最后的效果是IS為高電平。如圖4所示，圖（a）為正常模式下IS引腳電流輸出，圖（b）為故障條件下IS引腳上的電流輸出。BTS7960短路故障實驗的實驗條件如下：+12.45V電池電壓，+5V電源供電，2.0m短 路導(dǎo)線（R=0.2Q），橫截面積為0.75 mm,連接1kQ電阻和一個發(fā)光二極管。V S與 電池正極間導(dǎo)線長1.5m（R=0.15Q）。如圖5所示，其中V IS是IS引腳對地的電壓、V L是OUT引腳對地電壓，I L為發(fā)生對地短路故障時，流過BTS7960的短路電流。（a）（b）圖4 BTS7960電流檢測引腳IS的工作原理圖4.5 5V電源設(shè)計TPS7350是微功耗低壓差線性電源芯片，具有完善的保護電路，包括過 流、過壓、電壓反接保護。