石家莊鐵道學(xué)院第三章硬件設(shè)計

1、第三章硬件設(shè)計3.1紅外傳感器探測頭的設(shè)計智能車的傳感器排列如圖 3-1 所示，15 個紅外傳感器均勻排列，每兩個傳感器之間的距離為 12.5mm，這樣做的目的是，在三個連續(xù)排列的傳感器中，首末兩個傳感器之間的距離是 25mm，這正是比賽所用的黑線寬度，這樣當(dāng)在直道行駛時，通過中間的三個傳感器可以使小車?yán)卫毋Q住黑線，使小車順利沿直線行走，一邊調(diào)速。為了增強(qiáng)紅外光的亮度，使傳感器更加靈敏，在每個紅外接收管的后面都置有紅外發(fā)射管，并且紅外接收管與發(fā)射管成一定角度，增加紅外接收對的實際靈敏性。此外，為了防止紅外接收管受到漫反射的作用而受到干擾，不能準(zhǔn)確探測預(yù)定點的位置，采取了用熱塑管限制紅外接收管接

2、受光線范圍的方法，如圖 3-2 所示：這樣，紅外接收管智能接收來自其正下方的光線，使得其能力大大加強(qiáng)。圖 3-1 紅外接收管排列示意圖注：其中表示紅外接收管；3.2舵機(jī)裝置的設(shè)計舵機(jī)本身是一個隨動系統(tǒng)，它通過的位置反饋，使它的舵盤輸出轉(zhuǎn)角正比于給定的控制信號，因此對于它的控制采用開環(huán)式控制方式。在此處我采用的是Futaba S3010，它為開環(huán)控制，有三根引出線，分別為信號，電源，地。通過CPU 調(diào)解波的占空比可以控制舵機(jī)的方向。3.3調(diào)速裝置的設(shè)計驅(qū)構(gòu)采用 CPU 產(chǎn)生波來控制驅(qū)動電路，通過驅(qū)動電路的電壓變化來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制車速的目的。單片機(jī)接口和電機(jī)接口比較簡單，直接和驅(qū)動電路

3、相應(yīng)的連線相接即可。在采用大功率MOS 管組成的電機(jī)驅(qū)動電路中，由于MOS 管導(dǎo)通內(nèi)阻小，允許大電流通過，可以提供比較大的瞬間加速電流，這樣可以提高智能車的加性能。另外為了改善 MOS 管的工作條件，一般還需在MOS 管上添加散熱片，提高它們的過載能力。在電起動時，往往產(chǎn)生很大的沖擊電流，由于電池內(nèi)阻的原因造成電池兩端電壓下降，有可能低于穩(wěn)壓電路中所需要的最低電壓值，是單片機(jī)復(fù)位，為了克服這一缺點，減小沖擊電流的影響，在電路中增加了電解濾波電容。3.4主電路板的設(shè)計智能車所具備的硬件條件有紅外傳感器探測頭、舵機(jī)裝置、調(diào)速裝置（測速裝置和驅(qū)動裝置），但是這些設(shè)備要想發(fā)揮作用，就必須與 CPU 連

4、接起來，根據(jù)各個分的接口特點，可以設(shè)計從分到 CPU 板之間起橋梁作用的主電路板。下面就分別對主電路板各個接口進(jìn)行分析。1、紅外傳感器探測頭：由于探測頭上有 15 個用恒流源驅(qū)動的紅外發(fā)光管，因此在主電路板上必須設(shè)有恒流驅(qū)動電路，并設(shè)相應(yīng)的接口。15 個紅外接收管也需要相應(yīng)的接口與主電路板上的波形整形電路（CD4069）相連。2、舵機(jī)裝置：智能車上采用的舵機(jī)是Futaba S3010，它只有三根引腳的接口，分別是信號、電源、地，因此電源和地可直接與電路板上的 7.2V 電源相接，而信號線則直接與CPU 的1 口相接，既能滿足要求。3、測速裝置：測速裝置有電源和信號線。電源線直接與 5V 穩(wěn)壓電源相連，信號線直接與CPU 口線相連。4、驅(qū)動裝置：智能車的動力來源是步進(jìn)電機(jī)，而步進(jìn)電機(jī)則需要波驅(qū)動，在電路板上集成驅(qū)動電路，再靠接口與電的電源端相連既可。5、CPU 板接口：智能車采用的主為 Motorola 公司的 MC9SDG128B，在向競賽主辦方時，到的是一塊 CPU 最小系統(tǒng)版，并且上面有接口插槽，為了設(shè)計方便，在主電路板設(shè)有專門與CPU 板接口的插槽。3.5機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整在本次競賽中，競賽采用了國產(chǎn)的 1：10 模型車，經(jīng)過查閱資料和認(rèn)真分析，得知此模型車共有 7 處參數(shù)可調(diào)：主銷后傾角、主銷內(nèi)傾角、前輪外傾角、前輪前束、重心位置