飞思卡尔智能车电源设计
基于飞思卡尔单片机的智能小车设计
安徽建筑工业学院毕业设计（论文）专业：通信工程班级：08通信2班学生姓名：谢春林学号：课题：基于飞思卡尔单片机的智能小车设计与应用主控制板硬件设计指导教师：夏巍2012 年 6 月1日摘要本文的主要内容是利用飞思卡尔公司的32位单片机Kinetis10，设计能在特定跑道上循迹行驶的智能小车。
智能车系统以Kinetis10为核心，用它来进行信号采集、数据传输与运算等动作，并产生PWM波控制舵机和电机。
整个系统由单片机模块、路径识别模块、速度检测模块、舵机模块、直流电机驱动模块、电源模块等组成。
智能小车的硬件设计包括：双向控制的电机驱动，可同时对多模块供电的电源系统，3.3V PWM波形驱动舵机电路，与上位机通信的RS232通信模块等。
关键字：智能小车，Kinetis10，电源系统，双向控制。
AbstractThe main content of this paper is to use the 32-bit SCM freescale company Kinetis10, in particular the runway design can trace the car driving on intelligence. Intelligent car system to Kinetis10 as the core, and use it to signal acquisition, data transmission and computing such action and create PWM wave to control the steering gear and motor. The whole system of microcomputer module, path recognition module, speed detection module, steering gear module, dc motor driver module, power supply module.Intelligent car of hardware design including: two-way control motor drive, but at the same time for more power supply module of the power supply system, 3.3 V PWM waves of steering gear drive circuit, and the upper machine RS232 communication module of communication, etc.Key word: Intelligent vehicles, Kinetis10, Power system, Two-way control.目录1 绪论 (1)1.1选题意义 (1)1.2 国内外概况 (1)1.2.1国外概况 (1)1.2.2 国内概况 (2)1.3智能车的发展前景 (3)2 系统设计与方案论证 (3)2.1 系统设计要求 (3)2.2 系统设计方案 (3)2.2.1 主控芯片的选定 (4)2.2.2 传感器模块 (4)2.2.3 测速传感器模块 (5)2.2.4 转向舵机模块 (5)2.2.5电机驱动模块 (5)3 主控芯片简介 (6)3.1 Kinetis K10简介 (6)3.2 所用模块简介 (6)3.2.1 PWM 模块 (7)3.2.2 PIT模块 (7)3.2.3 I/O模块 (7)3.2.4 SCI模块 (7)4 智能车机械设计与安装 (7)4.1 舵机的安装 (8)4.2 前轮倾角的调整 (8)4.3 后轮差动轮的调整 (9)4.4 速度检测模块安装 (9)4.5 传感器的安装 (9)5 主板电路设计 (9)5.1 主控芯片电路 (9)5.2 外围电路 (11)5.2.1 电源管理模块 (11)5.2.3 速度检测电路 (15)5.2.4 舵机驱动电路 (16)5.2.5拨码开关电路 (17)5.2.5 RS232通信模块 (17)6 软件设计 (18)6.1 开发工具 (18)6.2 软件流程图 (18)7 总结 (20)8 致谢 (21)参考文献 (22)附录： (23)基于飞思卡尔单片机的智能小车设计————主控制电路设计电子与信息工程学院通信工程 2008级2班谢春林指导教师夏巍1 绪论1.1选题意义智能车辆( intelligent vehicles, IV)是智能交通系统( in2telligent transportation systems, ITS)的重要构成部分,其研究的主要目的在于降低日趋严重的交通事故发生率,提高现有道路交通的效率,在某种程度上缓解能源消耗和环境污染等问题。
飞思卡尔智能车电源设计方法
飞思卡尔智能车电源设计飞思卡尔智能车的电源系统主要6节1.2伏的电池(共7.2伏)供电，系统共需要为摄像头、电机驱动、舵机、测速模块和单片机数字电路部分提供电压信号。
其中，摄像头、电机驱动和测速模块需要5V电压，单片机数字部分需要5V电压，舵机需要6V电压，电机需要7.2V电压。
为了满足系统要求的4种电压信号，可有DC/DC电源转换器和LDO两类器件可选。
虽然DC/DC效率高，但是基于成本和设计简单的原则。
一般采用LDO（l ow dropout regulator）完成降压设计。
由于系统是7.2V干电池供电，且需要的最低电压为5V，所以需要选用压差较小的（小于2.2V）的LDO。
基于系统安全设计，电源部分需要在防反接、过流、过压做保护处理。
主要通过二极管、保险丝和稳压二极管实现。
参考电路如下：系统采用LM2940完成7.2V到5V的转换。
基于电机驱动启动消耗电流较大，容易导致5V电源拉偏较大。
系统采用模拟5V和数字5V分开供电的方式，有效的防止单片机由于电源拉偏导致的系统复位。
采用LM1117-ADJ完成7.2V到6V转换，为舵机供电。
为了节约成本，可以考虑由7.2V接一个二极管，压降产生6V左右电压。
LM2940输出电流大于1A，典型所需压差仅为0.5V。
封装为TO-220。
电路设计简单，只需在输入输出接入滤波电容即可。
在输入输出增加2个0.1UF的小电容以此来滤掉高频的干扰信号,而滤低频干扰的电容值可增加到100或470UF(可采用极性电解电容或钽电容)。
参考电路如下：LM1117为低压差(LDO)线性稳压器,输出电流为0.8A，固定输出电压或可调输出。
其可调输出电压的范围为2.5V—13.8V。
其应用电路中一般都采用钽电容,且至少需10UF以上.在输入端必须接上一个输入电容。
而在输入端接入一个10UF大小的钽质电容器对于几乎所有的应用电路都是适合的（典型值）。
参考电路如下：[DEMOK工作室]原创，转载请说明出处淘宝店：欢迎光临！。
关于智能车电源管理模块设计
关于智能车电源管理模块设计作者：李闯来源：《科学家》2015年第09期摘要本文以全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛为背景。
设计、控制平台主要包括电源管理模块和电机驱动模块，并提出一套可行的设计方案。
关键词智能汽车竞赛；电源管理模块；电机驱动模块中图分类号 TP2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2015）09-0032-02全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛是以“立足培养、重在参与、鼓励探索、追求卓越”为宗旨，鼓励创新的一项科技竞赛。
以飞思卡尔半导体公司的微处理器为核心，通过自主设计传感器、电源管理模块、电机驱动模块和编写控制程序，制作一个能按照比赛规则自动识别赛道完成比赛的模型汽车。
硬件是智能车的基础，其影响着车模系统稳定性。
基于此，本文主要提出一套电源管理模块、电机驱动模块的可行设计方案。
1 电源管理模块根据调整管的工作状态，直流稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源。
线性稳压电源通过采样、反馈等方式来控制调整管的导通程度，其输出电压文波比较小、工作噪声小、反应速度快；调整管工作在放大状态，效率比较低，发热量大。
在开关稳压电源中，开关管工作饱和或者截止状态，对应开、关两个状态；效率高，功耗小，存在比较严重的开关干扰。
电源管理模块为车模系统的各个模块供电，其供电稳定性是车模稳定运行的基础。
在设计中，不仅要考虑各个模块的正常工作电压、电流，还要做好各个模块的隔离，减小模块之间的噪声干扰。
总的来说，通过三端集成稳压芯片来给各个模块来供电。
竞赛中，常用的电源有串联型线性稳压电源（LM2941、TPS系列等）和开关型稳压电源（LM2596、LM2575、AS1015等）两大类。
车模电源是7.2V2000mAh的镍镉可充电电池，其对车模的各个模块供电。
系统的供电示意图如图1所示，7.2V电压给不同电压的模块供电，主要的模块电压有12V、5.5V、5V和3.3V。
用电池给电机供电，将电源电压经升、降压再给其他模块供电。
飞思卡尔智能车电路设计讲解
6.2.2 电源管理单元
• 同时考虑到稳压芯片L7805CV的额定输出 电流较小，故采用两片L7805CV分别对单 片机电路、车速检测电路、驱动芯片电路 和光电传感器电路供电，以保证系统正常 运行。其稳压电路如图6.8所示。
图6.8 稳压电源单元
MC34063A升压稳压电路
AD参图中的C15为输出电压稳定电容47uF。 • LM336集成电路是精密的2.5V并联稳压器，
其工作相当于一个低温度系数的、动态电 阻为0.2Ω的2.5V齐纳二极管，其中的微调 端(adj)可以使基准电压和温度系数得到微 调。
降压模块--LM1117-5
• 单片机，LCD，CS3020，74HC1G14， ZLG728，LM336的标准供电电压都是5V， 所以需要一个降压稳压芯片LM1117-5来将 电池电压降到需要的5V。考虑到单片机的 核心地位及单片机需要很大的输入电流(输 入电流过小时，单片机会重启动)，拟定用 两片LM1117-5。一片单独给单片机提供电 源，一片给剩余的LCD，CS3020等供电。 设计电路图如图3.10。
CPU最小系统
连接CPU
连接CPU
实现方案和试验结果
CPU最小系统
PAD02 视频信号
IRQ
视频行同步信号
PM1 奇偶场信号
PWM2 12V 斩波升压开关信号；
PWM0,1 电极控制PWM信号；
PWM4 舵机控制信号；
PAD0,1 电池电压，12V电压监测；
7.2.2 电源管理单元
– （1）采用稳压管芯片LM2576将电源电压稳压 到5 V后，给单片机系统电路、车速检测的转角 编码器电路供电，且为后面的升压降压做准备；
– （2）经过一个二极管降至6.5 V左右后供给转 向伺服电机；
基于飞思卡尔单片机的智能车设计
中文题目：基于飞思卡尔单片机的智能车设计外文题目：FREESCALE MCU-BASED DESIGN OF INTELLIGENT VEHICLE毕业设计（论文）共71页（其中：外文文献及译文5页）图纸共1 张完成日期2013年6月答辩日期2013年6月摘要本设计主要讨论了基于Freescale公司的MC9S12XS128芯片制作的自主巡线智能车的设计方案和原理。
本文将从机械结构设计，硬件电路设计和软件算法设计等几个方面全面介绍智能车的制作及调试过程。
根据第八届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛的技术要求，赛车以检测通以20KHZ、100mA的导线的电磁场为基础，通过单片机采集到的磁感应电压信号，实现对赛车的转向控制，进而识别赛道达到路径寻迹的目的。
本设计针对控制要求对智能车模型的机械结构进行设计和调整，同时对智能车运行中产生侧滑的原因进行分析，并对智能车的质量和重心位置进行优化调整。
在硬件方面，系统由控制核心(MCU)模块、电源管理模块、路径识别模块、电机驱动模块、舵机控制模块、速度检测模块以及LCD显示模块等组成。
在软件方面，主要编写了主程序、转速检测程序、电机和舵机驱动程序等相关程序。
本设计在原有智能车系统的基础上，对硬件电路进行了改进，提高了路径检测的前瞻性与抗干扰性。
结果表明，智能车在速度、稳定性和可靠性上都达到良好的状态。
关键词：智能车控制；电磁传感器；路径识别；软件设计AbstractThis design focuses MC9S12XS128 based on Freescale's chip production line inspection autonomous intelligent vehicle design and principles. This article from the mechanical design, hardware design and software algorithm design and other aspects of comprehensive introduction smart car production and debugging process.According to the eighth "Freescale" Cup National Undergraduate Smart Car Competition technical requirements, in order to detect the car pass by 20KHZ, 100mA wire EMF-based microcontroller collected through magnetic induction voltage signal, steering control of the car, thus identify the track reaches the path tracing purposes. The design requirements for the control of the smart car model design and the mechanical structure adjustment, while the smart car running analyze the causes of skidding, and the quality and smart car adjustments to optimize the center of gravity position. In terms of hardware, the system controlled by the core (MCU) modules, power management module, the path identification module, the motor drive module, servo control module, the speed detection module and LCD display modules and other components. On the software side, the main compiled main program, speed detection procedures, motors and servo drivers and other related procedures.The design of the original smart car system, based on the hardware circuit has been improved to improve the prospective path detection and interference. The results show that the smart car in terms of speed, stability and reliability have reached a good state.Key words: Intelligent car control; The electromagnetic sensor; Software Design; Path recognition目录0前言.......................................... 错误!未定义书签。
飞思卡尔电源管理解决方案
飞思卡尔电源管理解决方案当今的应用系统和设备越来越多综合多种特种器件，每个器件负责特定的功能任务，同时提高系统的计算处理能力。
它们包括了处理器、通讯层接口、存储器、等等，它们对电源的要求各不相同。
不同的器件需要不同的和，且具有不同的约束条件。
一个中心集中式的供电电源无法满足全部的需要，负载点的解决计划可以通过簇拥供电电源，将各个子电源分布到板子的各个负载附近，由主供电电源的5V、12V产生各负载所需的子电源如3.3V、2.5V、1.8V、1.2V等。
MC3470xIC产品有为8-16位系列设计的器件，同时也有为32位MCU系列设计的供电器件，即QUICCSupply系列的芯片，它们十分适合为POWERQUICC 处理器提供电源。
QUICCSupply系列MC3470x器件有MC34701、MC347012及MC34703三个产品。
MC34701的主要特点是，通过I2C对寄存器举行操作，可编程内部和上电重置功能，保证MCU性能全都性。
同步降压转换器具有电流模式控制，增加输出电压的精度。
升压转换器提高了低压输出的性能，利用外部分压可调整开关调整器的输出电压，外部RC可编程上电重置延迟定时器，高精度输出电压，迅速的瞬态响应，低压停止工作和过流庇护功能。
MC34702和MC34703具有上述功能且输出电流和电流限制值要高于MC34701。
MC34703是向QUICC处理器和其他系列飞思卡尔微处理器和DSP提供有效电源管理的IC。
它集成了高性能开关调整器，挺直供应微处理器核心电压。
内置的低压差调整器控制电路提供I/O接口电压和总线电压。
开关调整器是高效同步降压型调整器，集成了低导通电阻，具有庇护功能并节约用户设计时光。
MC34703的电压输入范围为2.8"13.5V；开关调整器的输出可达10A；LDO控制器输出可达2A；300kHz的预设固定开关频率；上电和下电挨次可以挑选挨次和反序；I2C电压极限值微调；内置可编程看门狗电第1页共6页。
飞思卡尔智能车第三组
LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为 1.2V。它与国家半导体的工业标准器件LM317有相同的管脚排列。LM1117有可调电 压的版本，通过2个外部电阻可实现1.25～13.8V输出电压范围。另外还有5个固定电压 输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型号。 LM1117提供电流限制和热保护。 电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。LM1117系 列具有LLP、TO-263、SOT-223、TO-220和TO-252 D-PAK封装。输出端需要一个至 少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。特性 提供1.8V、2.5V、2.85V、3.3V、5V 和可调电压的型号 节省空间的SOT-223和LLP封装 电流限制和热保护功能 输出电流可 达800mA 线性调整率：0.2% (Max) 负载调整率：0.4% (Max) 温度范围－LM1117： 0℃~125℃ －LM1117I：-40℃~125℃
飞思卡尔智能车（第三组）
实时电池电压检测系统
1、设计测量电池电压 2、可以实时显示电池电压 3、确定车辆运行速度与电池电压之间的关系 4、确定车辆运行的最佳电压
1.设计测量电池电量
容量 容量是指电池存储电量的大小。电池容量的单位是“mAh”，中文名 称是毫安时（在衡量大容量电池如铅蓄电池时，为了方便起见，一 般用“Ah”来表示，中文名是安时，1Ah=1000mAh）。若电池的额 定容量是1300mAh，如果以130mA的电流给电池放电，那么该电 池可以持续工作10小时（1300mAh/130mA=10h）；如果放电电流 为1300mA，那供电时间就只有1小时左右（实际工作时间因电池 的实际容量的个别差异而有一些差别）。 车用电源 智能车电源为7.2V/2Ah的镍镉电池组。 该电池组可以在2A的供电电流下持续供电1小时。
飞思卡尔智能车
飞思卡尔智能车控制系统硬件设计硬件部分：电机舵机传感器车模电机：主要作用是产生驱动转矩，作为小车的动力源。
舵机：能够转舵并保持舵位的装置，也就是让小车拐弯的装置。
传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，在智能车中，最重要的传感器就是摄像头。
车模：智能车车架，包括底板、齿轮、车轮、电池等等。
主要内容：•MCU最小系统设计•电机及舵机驱动电路设计•光电检测电路原理与设计•图像检测原理与设计1．控制系统的构成一般控制系统由传感器、控制器和执行器组成。
智能车中主要体现：光电器件或器件构成的寻线传感器。
用于操纵小车行走和转向的执行器。
根据传感器信息控制执行器动作的控制器。
三者之间的关系可用如下的关系图描述:飞思卡尔杯规定了比赛用车模、控制器所使用的MCU、执行器、传感器的数量等，比赛中硬件设计所涉及的主要工作是：•设计可靠的MCU控制电路；•执行器驱动电路；•传感器电路；(进行硬件设计的工具很多，建议使用Protel99SE，该软件易上手、效率高，可满足一般电路设计要求。
)MC9S12DG128 的封装2 .MCU最小系统设计MCU最小系统设计分为供电系统设计、复位系统设计、时钟电路设计、BDM调试接口设计、串口通讯设计。
2.1 MCU供电系统设计MCU正常工作需要合理供电，为获取良好的抗干扰能力，电源设计很重要。
针对此次比赛使用的电池和MCU，在供电系统设计中要充分考虑以下因素的影响：1.系统供电电源为7.2V镍氢电池组，不能直接为MCU及其它TTL电路供电。
2.为保证较高的行驶速度，驱动电机需使用电池组直接驱动，故电源电压波动较大。
3.转向用舵机工作电压为5V，其启动电流较大，如与MCU共用5V电源，会引入较大的干扰。
4.采用三端稳压器7805存在效率低、抗干扰能力差的缺点。
采用三端稳压器的电源设计:升降压开关稳压电路•MCU供电飞思卡尔S12系列单片机采用了若干组电源，必须很好的对这些供电电源进行良好的滤波，才能设计出抗干扰能力强的控制器。
第六届“飞思卡尔”杯全国智能车大赛电磁组电源设计参考方案
第六届“飞思卡尔”杯全国智能车⼤赛电磁组电源设计参考⽅案第五届全国⼤学⽣智能汽车竞赛20KHz 电源参考设计⽅案（竞赛秘书处技术组版本1.0）第五届全国⼤学“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛新增加了“电磁组”。
根据⽐赛技术要求，电磁组竞赛，需要选⼿设计的智能车能够检测到道路中⼼线下电线中20KHz交表电流产⽣的磁场来导引⼩车沿着道路⾏驶。
在平时调试和⽐赛过程中需要能够满⾜⽐赛技术要求的20KHz的交流电源驱动赛道中⼼线下的线圈。
本⽂档给出了电源设计参考⽅案，参赛队伍可以根据这些参考设计⽅案⾃⾏设计制作所使⽤电源。
⼀、电源技术指标要求：根据《竞赛⽐赛细则》附件三关于电磁组赛道说明，20KHz电源技术要求如下：1、驱动赛道中⼼线下铺设的0.1-0.3mm直径的漆包线；2、频率范围：20K±2K；3、电流范围：50-150mA；下图是赛道起跑区⽰意图，在中⼼线铺设有漆包线。
图1 竞赛跑道起跑区⽰意图⾸先分析赛道铺设铜线的电抗，从⽽得到电源输出的电压范围。
我们按照普通的练习赛道总长度50，使⽤直径为0.2mm漆包线。
在30摄⽒度下，铜线的电阻率⼤约为 0.0185欧姆平⽅毫⽶/⽶。
计算可以得到中⼼线的电阻⼤约为29.4欧姆。
按照导线电感量计算机公式：42ln0.75()lL l nHd=×?。
其中l, d的单位均为cm。
可以计算出直径为0.2mm，长度50⽶的铜线电感量为131微亨。
对应20KHz下，感抗约为16.5欧姆。
可以看出，线圈的电感量⼩于其电阻值。
由于导线的电感量与铺设的形状有关系，上述计算所得到的电感量不是准确数值。
另外，我们可以在输出时串接电容来抵消电感的感抗。
所以估算电源电压输出范围的时候，我们不再特别考虑线圈的电感对于电流的影响。
为了⽅便设计，我们设计电源输出电压波形为对称⽅波。
由于线圈电感的影响，线圈中的电流为上升、下降沿缓变的⽅波波形。
如下图所⽰图2 线圈驱动电压与电流⽰意图对于电阻为29.4欧姆的赛道导线，流过100mA的电流，电压峰值应该⼤于3V。
(完整word版)飞思卡尔智能车技术报告
集成化的设计思路的好处是原件密度高，系统可以小型化一体化，通过综合考虑各方面因素，在确定了系统最终硬件方案不做大的更改的情况下，在确保了系统可靠性的前提下，最终选择了一体化，集成化的硬件设计思路。使车体硬件电路布局紧凑，稳定可靠。
3、大前瞻，高分辨率方案。
在光电传感器的安装不影响赛车行驶的前提下，尽可能的提高传感器前瞻，更大的前瞻，能为赛车提供更多的信息，更能让赛车提前作出决策。
3.5.2主销内倾角
主销内倾角是指主销在汽车的横向平面内向倾斜一个角度，即主销轴线与地面垂直线在汽车横向断面内的夹角。主销内倾角也有使车轮自动回正的作用。通常汽车主销内倾角不大于80。
2.5.3前轮外倾角
通过车轮中心的汽车横向平面与车轮平面的交线与地面垂线之间的夹角称为“前轮外倾角”。轮胎呈现“八”字形张开时称为“负外倾”，而呈现“V”字形张开时称为“正外倾”。一般前轮外倾角为10左右。
4.5速度检测模块
为了使车在跑的过程中能快速加速，及时减速除了要有好的算法来控制，还依赖于速度闭环返回的速度脉冲值的可靠度和精确度，因此为了提高检测精度，最后选用了精度较高的光电编码器，光电编码器使用5V-24V电源，输出12.5%-85%VCC的方波信号。
9.2存在的不足
9.3可改进的方法
第十章参考文献
第一章引言
1.1方案介绍
系统硬件设计可以说是整个智能车设计的基础和重中之重。正确的硬件设计方向与思路，是系统稳定可靠的基础，功能强大的硬件系统，更为软件系统的发挥提供了强大的平台。、
1、整车低重心设计。
通过以往几届比赛的经验我们看到，往往重心低，体积小巧，布局紧凑的赛车更能取得好的成绩。、于是，我们通过合理布局电路板和各种传感器，尽可能地降低整车重心。在不影响传感器前瞻，或者不过度牺牲传感器性能的情况下，尽量降低光电传感器的高度，以提高赛车的侧翻极限。
基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计
基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计摘要本智能车系统设计以 MC9S12DG128B 微控制器为核心，通过一个CMOS 摄像头检测模型车的运动位置和运动方向，使用LM1881视频分离芯片对图像进行处理，用光电传感器检测模型车的速度并使用PID 控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向，完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。
为了提高智能车的行驶速度和可靠性，采用了自制的电路板，在性能和重量上有了更大的优势，对比了各种方案的优缺点。
实验结果表明，系统设计方案可行关键词：MC9S12DG128，CMOS 摄像头，PIDThe Research of Small and Medium-sized Electric Machines in Fuan CityAuthor：Yao fangTutor：Ma shuhuaAbstractFujian Fuan City industry of electric motor and electrical equipment is the one of the most representative phenomenon of industry cluster in Fujian Province mechanical industry. Its output value of small and medium-sized electric machines accounts for 20% of the whole province’s electrical equipment indu stry. The output amount of small and medium-sized electric machines from this region takes up 1/3 of that of the whole nation. Fuan electric motor and electrical equipment industry plays a significant role in the development of local national economy, being considered to be the main growth point of local economy and called "the Chinese electric motor and electrical equipment city ".This paper launched a research on small and medium- sized electric machines in Fuan city from two angles. The first one inferred the situation of Fuan electric machine industrial cluster as well as the analysis of the temporary existed problems, and then propose a few of suggestions on the part of local government. The second part focus on the improvement of the competitiveness of Fuan electric machine enterprises, through the application of Michael Porter's Five Forces Model into the local industry of electric machine, consequently carried out some strategies local enterprises should take.Key Words: small and medium-sized electric machines, Five Forces Model, industrial cluster目录1 绪论 (1)1.1智能车竞赛背景介绍 (1)1.2智能车系统设计思路及方案分析 (2)1.3系统整体设计结构图 (3)2 机械结构的调整与设计 (4)2.1机械安装结构调整 (4)2.2舵机安装方式的调整 (4)2.3摄像头的安装 (5)2.4测速码盘的安装 (5)2.5前轮倾角的调整 (6)2.6地盘高度的调整 (7)2.7齿轮传动机构及后轮差速的调整 (7)3 硬件电路的设计与实现 (8)3.1硬件电路设计方案 (8)3.2硬件电路的实现 (8)3.2.1 以S12为核心的单片机最小系统 (8)3.2.2 主板 (13)3.2.3 电机驱动电路 (18)3.2.4 摄像头 (23)3.2.5 速度传感器 (24)3.2.6 加速度传感器 (24)3.2.7 去抖动电路 (25)4 软件系统设计与实现 (28)4.1软件系统结构方案选择 (28)4.2软件主流程 (28)4.3端口分配 (29)4.4底层驱动程序设计 (30)4.4.1 时钟模块 (30)4.4.2 PWM模块 (31)4.4.3 外部中断模块 (31)4.4.4 ECT模块 (32)4.4.5 AD模块 (32)4.4.6 串口模块 (33)4.4.7 普通IO模块 (33)4.4.8 实时中断 (34)4.5图像信息处理及道路识别程序设计 (34)4.5.1 赛道提取算法 (35)4.5.2 有一定抗干扰和抗反光能力的黑线提取算法 (37)4.5.3 道路识别算法 (39)4.6起跑线识别程序设计 (40)4.7车体控制程序设计 (41)4.7.1 舵机控制算法 (42)4.7.2 速度控制算法 (43)结论 (44)致谢 (45)参考资料 (46)附录 (47)附录A (47)1 绪论1.1 智能车竞赛背景介绍全国大学生飞思卡尔杯智能车竞赛是教育部主办的面向全国大学生的五大赛事之一（另外四个：数学建模、电子设计、机械设计、结构设计）。
基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计
基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基于飞思卡尔单片机的智能汽车设计摘要本智能车系统设计以 MC9S12DG128B 微控制器为核心，通过一个CMOS 摄像头检测模型车的运动位置和运动方向,使用LM1881视频分离芯片对图像进行处理,用光电传感器检测模型车的速度并使用PID 控制算法调节驱动电机的转速和舵机的方向,完成对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。
为了提高智能车的行驶速度和可靠性，采用了自制的电路板，在性能和重量上有了更大的优势，对比了各种方案的优缺点.实验结果表明,系统设计方案可行关键词:MC9S12DG128，CMOS 摄像头，PIDThe Research of Small and Medium—sized Electric Machines in FuanCityAuthor：Yao fangTutor：Ma shuhuaAbstractFujian Fuan City industry of electric motor and electrical equipment is the one of the most representative phenomenon of industry cluster in Fujian Province mechanical industry. Its output value of small and medium-sized electric machines accounts for 20% of the whole province’s electrical equipment industry。
The output amount of small and medium—sized electric machines from this region takes up 1/3 of that of the whole nation. Fuan electric motor and electrical equipment industry plays a significant role in the development of local national economy, being considered to be the main growth point of local economy and called ”the Chinese electric motor and electrical equipment city ”。
飞思卡尔智能车电源模块论文
1 引言全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源于韩国，是在飞思卡尔半导体公司资助下举办的大学生课外科技竞赛，按传感器类别分为摄像头组、光电组、电磁组、创意组。
该竞赛是在规定的模型汽车平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应的控制软件，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。
该竞赛涵盖自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械与汽车等多学科专业的创意性比赛。
我们组所参加的光电组，主要是以光电传感器或者线性CCD（现已禁止使用激光传感器）作为主要路径传感器，我们组选用的是飞思卡尔半导体公司的16位微处理器——RAM内核的XS128系列，基于组委会指定的B车模平台而去制作智能车。
智能车硬件电路共包括七大模块：主控模块、电源驱动模块、控制器电路设计、电机驱动电路、速度检测电路、红外对管起跑线检测模块、CCD传感器电路。
我这次主要负责的电源驱动模块。
由于主电源来自7.2V的供电电池，随着时间的推移导致电池功率下降以及智能车速度的转变导致电压不稳。
基于这样的思路在设计电压驱动模块时，大量采用了稳压芯片像：AS1117、LM6932都是高效率线性稳压器，是一款低压差的线性稳压器，当输出0.8A电流时，输入输出电压差仅为1.2v，并且能提供固定的3.3V、5V的电压值。
利用NCP3020来构成一个稳定电路，利用其输出输出过压保护，欠压保护，输入欠压锁定的功能构成稳压电路提供稳定的4.5V~5V供电给舵机。
利用MC34063构成的升压电路，使电源电压为7.2V的电压转化为12V的电压为线性CCD供电。
这样做的优点是为了保证电池供电不稳时，通过稳压芯片与反馈电路的综合作用，保证智能车高速平稳的行驶。
对于本次模块的设计之初没有充分认识芯片集成度高、电流大等因素，因此在实际运用时会发现随着车速的提高芯片温度较高，甚至会出现PCB板走线烧断等情况。
基于飞思卡尔单片机的智能车控制系统设计
毕业设计(论文)基于飞思卡尔单片机的智能车控制系统设计系别自动化工程系专业自动化班级5060418姓名王皓明指导教师赵一丁2010年6月16日基于飞思卡尔单片机的智能车控制系统设计摘要本文以第四届全国大学生智能车竞赛为背景，介绍了智能赛车控制系统的软硬件结构和开发流程。
该比赛采用组委会规定的标准车模，以Freescale半导体公司生产的16位单片机MC9S12DG128为核心控制器，在CodeWarrior 4.7开发环境中进行软件开发，要求赛车在未知道路上完成快速寻线。
本智能车采用双排光电传感器对赛道进行检测，工作电压能与最小系统工作电压相同，可共用一个电源模块。
通过光电传感器提取获得黑线位置，用PID方式对舵机进行反馈控制。
同时通过速度传感器获取当前速度，实现速度闭环控制，根据赛道类型预判信息和当前速度信息对速度进行合理控制。
整个硬件系统包括车模机械结构调整、稳压电源设计、核心控制电路板设计、后轮电机驱动模块设计和上位机通信设计等等。
经过查看各种相关资料，对硬件进行了大量的优化，如针对对各种稳压芯片的测试，确定最优电源电路；测试各种测速方式，最终选用光电管作为测速模块；并在智能车调试过程中不断改进机械结构，使小车运行更加稳定、迅速。
软件系统包括程序初始化、数据采集和车体控制的算法。
为了提高智能赛车的行驶速度和可靠性，经过多次机械结构调整及电路板设计，并经过不断试验，最终确定了现有的系统机械结构和各项控制的PID参数。
关键词：MC9S12DG128 ，智能车，双排光电传感器，PIDIntelligent vehicle control system design based on freescale MCUAuthor :Wang HaomingTutor :ZhaoYidingAbstractBased on the 4th China university of intelligent car race for background, introduces the hardware and software of the control system of intelligent car structure and development process. The game using the standards prescribed by the organizing committee to Freescale semiconductor company models, the production 16-bit single chip MC9S12DG128 for core controller, in CodeWarrior 4.7 development environment in software development and requirement on the road on unknown quick line.This intelligent vehicle using double row of photoelectric sensor, voltage can work with minimal systems can share the same voltage, a power supply module. Through the intelligent vehicle, with black extracted on the way to the PID feedback control. And through the velocity sensor for current velocity, realize speed closed-loop control circuit, according to the type of information and the speed of anticipation to speed control information. The hardware system including mechanical models ,structure adjustment, manostat design, the core control circuit design, rear motor driver module design and computer communication design etc. After check all relevant information on the hardware, the large amounts of optimization, such as all kinds of pressure in the test chip and the optimum power supply circuit, Testing various ways, finally chooses phototube module as a type of cell, And in the intelligent vehicle commissioning process improvement, the mechanical structure is more stable operation, quick. Software system including the initial procedure, the data acquisition and control algorithm. In order to improve the speed of intelligent cars and reliability, and after many mechanical structure adjustment and circuit design, and finally determined through continuous test, the existing system of the mechanical structure and PID control parameters.Key words:MC9S12DG128, intelligent vehicle, double row photoelectric sensor, PID目录1 绪论 (1)1.1智能车的背景及意义 (1)1.2智能车竞赛的研究现状 (2)1.2.1 国外智能车竞赛现状 (2)1.2.2 国内智能车竞赛现状 (3)1.3本文的概况及结构安排 (7)2 智能车方案设计 (8)2.1智能车设计的基本要求 (8)2.2智能车的双排传感器循迹策略方案设计 (8)2.2.1 双排传感器的优势 (8)2.2.2 传感器阵列布局 (9)2.2.3 直道识别方式控制策略 (9)2.2.4 直线稳定控制策略 (13)2.2.5 弯道控制策略 (13)2.2.6 实测结果和现象分析 (14)2.3车模参数 (15)3 硬件设计 (18)3.1智能车整体结构 (18)3.2MC9SDG128B的最小系统及接口设计 (19)3.3电源管理及分布 (20)3.4光电传感器布局 (21)3.4.1 赛道识别传感器模块 (21)3.4.2 测速模块 (22)3.5电机驱动模块 (23)3.6舵机驱动模块 (24)3.7拨码开关模块 (25)4 机械结构调整 (27)4.1一些重要参数对赛车的影响 (27)4.2车模底盘参数调整 (28)4.3重心位置对汽车性能的影响 (30)4.4汽车侧滑的处理 (31)4.5底盘离地间隙 (32)4.6齿轮传动间距调整 (32)4.7后轮差速机构调整 (32)5 智能车软件开发环境及软件设计 (34)5.1智能车软件开发环境 (34)5.1.1 软件调试软件Code Warrior (34)5.1.2 无线调试模块 (36)5.2软件设计 (37)5.2.1 初始化模块 (37)5.2.2 智能车系统的控制策略的设计及实现 (41)5.2.3 PID参数的整合 (45)结论 (48)致谢 (50)参考文献 (51)附录 (52)附录A：智能车硬件连接图 (52)附录B：智能车最终实物图 (53)附录C：PID CONTROLLER (54)1 绪论1.1 智能车的背景及意义智能车系统以迅猛发展的汽车电子为背景,涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械、车辆运动学等多个学科;主要由路径识别、角度控制及车速控制等功能模块组成。
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E Ud 1
直流升压斩波电路(Boost Chopping)
• 电路两种工作状态。 状态一 在开关管T导通时， 电流经电感L、T流通， iL 上升, 电感储能。 负载R由电容C提供电流，二极管的作用是阻断电 容经开关管T放电的回路。 状态二 在T关断时，二极管D导通，电容C在电 源E和电感反电动势的共同作用下充电，电感释放 储能，电流iL从I02下降，iL同时提供电容的充电 电流和负载电流iR。如果电容足够大，电容两端 电压ud波动不大,负载R的电流是连续的。
的。
直流升降压斩波电路
直流升降压斩波电路
Ud E 1
• 当0≤α≤0.5时，Ud<E, • 在0.5≤α<1时，Ud>E, • 因此调节占空比α，电路既可以 降压也可以升压。
TPS73XX系列开关稳压芯片 的电源设计
• 美国TI公司微功耗、低压差电源管理 芯片， • 有2.5、3、3.3、4.85、5V几种固定电 压输出和一种可调电压输出， • 输出电流限制在1A左右，TPS7350在 100mA时只有35mV压差。
芯片规格
• • • • • • TPS7325 TPS7303 TPS7333 TPS7348 TPS7350 TPS7301 输出电压2.5V 输出电压3.0V 输出电压3.3V 输出电压4.85V 输出电压5V 输出电压1.2~9.75V
使用注意事项：
• 由于热损失小，基本上可以不考虑散热器。 • 芯片SENSE端直接连接输出端Vo，并且接 线尽可能短，以减小噪声，不推荐在SENSE 端和输出端Vo之间接RC滤波器。 • TPS7350通常不需要输入滤波电容，如果电 源离TPS7350有几英寸，使用陶瓷旁路电容 可以改善动态响应和有利降低噪声。为了保持 输出电压稳定性，一般在输出端接10μF旦电 容即可。 • TPS7350集成了电源复位电路，将RESET引 脚接至HCS12DG128B的复位引脚，可以代 替通常使用的MC34064复位芯片。
智能车电源
鎳镉可充电电池的使用注意事项
• 鎳镉可充电电池特点： 价格便宜，技 术成熟，瞬间大电流供电能力强。 • 单个鎳镉可充电电池只有1.2V，7.2V 由6个鎳镉电池串联组成，其标称容量 为2000 mAh, 即可以2A电流供电1小 时。
电池充电：
1.5A恒流充电需要1小时30分钟左右， 充满电时电压约9～10V，过充并没有出现 下降沿，因此不能使用－ΔV作为充满电的 指示。 当电池电压低于6V需停止使用，切断电 路，以保护鎳镉可充电电池。如果因短路 或过度放电使电池电压远低于6V，说明电 池已经损坏，不要再使用或充电。
舵机电源
• 舵机需要6V 电源，使用 TPS7350， 只要增加二 个二极管， 提供对地电 位，即可以 得到6V输出。
大电流电源——芯片并联
•
保证TPS3750输出5V，电源至少需要6.7V以上， 在大电流时由于TPS3750最大输出电流500mA, 可 以用多片并联，输入，输出分别连接起来。
LM2940 低压差正电压稳压器
直流降压斩波电路（Buck Chopping）
Ton Ton Ud E E E Ton Toff T
式中：T为开关周期； α占空比，或称导通比。 改变占空比α，可以调 节直流输出平均电压的 大小。因为α≦1， Ud≦E，故该电路是降压 斩波。
直流升压斩波电路(Boost Chopping)
智能车电源设计
智能车电源： 7.2V、2A/h的可充电鎳镉蓄电池。
全部硬件电路需要的电源： • 7.2 V电源 后轮电机驱动模块电源 • 5V电源 单片机、信号调理电路，部分接口电路， 要求电压稳定，电流大于500mA • 6 V电源 舵机电源，工作电流几十毫安，对电压 无需十分稳定 • 9～12 V电源 CCD/CMOS图像传感器（道路检测） • 2 V电源 LED红外发光管（道路检测） • 3.3 V电源 飞思卡尔公司的MC7230加速度传感 器电源（进行后轮打滑检测） 可靠电源是车模各部分硬件稳定工作的基础
稳压电路设计
电路方案 1. 串联稳压电路：耗能大 2. 开关稳压电路：损耗小
一
串联稳压电路
• 电气原理图
稳压二极管组成基准电压源值，调节运放放 大倍数可以改变输出电压。 不足之处：耗电较大。
由W7800系列组成的稳压电路
电压可调电路
二 开关稳压电路
• 开关稳压原理 如果在一个周期T 中, 改变开关的通断时间比， 脉冲的宽度τ就改变，在 负载上的电压和电流平均 值就可以调节，实现直流 电的调控。这种以通断方 式调节直流电能的过程称 之谓直流斩波或直流脉宽 调制PWM 。
6. 内部振荡频率为52K
7. TTL关闭功能，待机状态极低功耗。 8.使用高可靠的标准电感 (330uH) 9、温度及电流限制保护 10、+版本提供增加的测试功能。
• （1N5819是最高耐压40V的肖特基二极管）
内部结构图：
主要电源稳压芯片1
• 序号芯片型号输出电压特点 • 1 LM78055串联稳压，输入电压需大V • 3 LM2940-55串联稳压，工作要差可小于0.5V • 4 LM1117- ADJ2.85～5 可调整输出800 mA电 流压差可小于1.2V • 5 LM78066串联稳压 • 6 LM1085, LM10845串联稳压，3A,1.5V压差
• LM2940T5.0
• LM2940T12
输入6.25<VIN<26V 输出 5V 1A 输入13.6<VIN<26V 输出 12V 1A
LM1085 3A 低压差正电压稳压器
• LM1085S-5.0 • LM1085T-12
原理图
输入>6.5V,输出5V 输入>6.5V,输出12V
外 形
开关电源LM2575
1、有3.3、5、12、15伏，及可以调整输出 电压的版本可供选择。比如本文介绍的 LM2575T-5.0 P+ , 就是固定输出5V电压。 2、可调整输出的电压版本输出电压是1.37 到37伏 (HV版本可达57V) 3、最大输出电流1A 4、输入电压最高40V (HV版本最高60V) 5、只需要4只外围元件
主要电源稳压芯片2
• 7 TPS73502.5 ～ 5低压差稳压芯片， 35mV/100mA • 8 MC34063API3 ~ 40V开关稳压，可构成升 压、降压斩波电路 • 9 MAX6385开关稳压，压差可以低至1V • 10 MAX758A5开关稳压，输入电压宽：4～16V • 11 MAX734, MAX63212开关稳压，输入电压 4.75～12V • 12 Μpc24A055输出2A时，压差小于1V • 13 MC339895V可调整串联稳压，低压差，可 以提供两路稳压电源