基于光电管的智能车硬件设计-毕业设计学位论文范文模板参考资料

基于光电管的智能车硬件设计-毕业设计学位论文范文模板参考资料内容摘要：

第 6 页 第三章 硬件电路模块方案 硬件电路模块主要有： 电源与接口模块 对于一个系统来说供电是首要的，没有供电什么都无法运行，所以做好电源并且保证他能给我们的系统和模块提供更高的电源质量是非常重要的。 整个系统采用 大赛指定的 2020mAh NiCd 蓄电池作为系统能源，并且通过降压稳压电路分出 6v， 5v 分别给舵机和单片机以及无线模块和传感器模块供电使用。 核心控制模块采用组委会提供的HC9S12XS128 模块，他提供了 128 个接口插槽。 我们没有全部用到，但是要把所要用到的口引出来，所以我们决定把电源降压和接口集成在一块转接板上。 来实现供电和接口转接的功能模块。 在下章节里我再详细介绍接口电路与电源电路集成模块。 现在先介绍我们在电源模块实现的方案。 大赛指定 2020mAh NiCd 蓄电池，我们所要设 计的变压有 6V， 5V 其中舵机6V 传感器编码电机跟无线模块，最小系统供电都为 5V。 系统供电图如下图 所示： 图 XX 学院毕业论文（设计） 第 7 页 能够产生稳定的 5V， 6V 的稳压电路很多，我们需要的是一个稳定的电压给模块供电当电池电压变得很低时也能正常工作的电路，在试验中我们必须知道什么是我们最需要的。 找到各样的稳压管参数进行比较。 例如：我们比较 LM2940 和 7805 以及 TL431 之间的区别，同样是稳压管 LM2940 比7805 的转换效率高。 7805 直接输入不接输出的情况下，其内部还会有 3mA 的电流消耗（静 态电流）。 而 LDO 元件的静态电流就比它远远小得多了 ,2940 就属于 LDO 元件。 TL431的负载能力很弱，输出电流很小，因此常作为参考电压源使用。 LM2940 才是专为大功率供电使用的。 通过类似这样的筛选，我们确定用 LM2940 作为 5V 稳压电路，用 LM1117作为 6V 稳压电路。 LM1117 是一个低压差电压调节器系列。 其压差在 输出，负载电流为 800mA时为 ， LM1117有可调电压的版本，通过 2个外部电阻可实现 ～ 输出电压范围。 因为考虑到我们的舵机为了提高其工作效率，可能会采取提高 电压的方式，所以外部电阻采用可调的精密电位器调节电压达到 6V 的输出。 传感器模块 传感器应该算是硬件部分的主导技术了，一辆车能否跑快取决于它如何去分辨这条道路，分辨率越高你就越能看清楚前方道路，也就能做到最好的判断。 更加完美的完成，所以这里也是本论文的重点，如果说摄像头组是给汽车装了个眼睛的话，那我们的光电组也能算上蜗牛的触角了。 光电传感器一般由两部分组成：发射管和接收管。 发射管发射光线，光线经过赛道的反射，由接收管接收到，通过不同的光强接收管的状态不同，实现赛道信息的采集。 因为白色和黑色对于光 线的反射系数不同，反射回的光线强度也不同，被不同的接收单元接收到后，表现出不同的状态（如电阻值的变化，或者电流或电压的变化）。 下面列举各种传感器实现方案： 红外管与红外接收管 红外管可以分为两总组合方式，分离式和对管，分离式就是说发射管和接收管是分开的，他们的发射接收角是可变的，可以自动的调节以达到最佳效果。 原理如图 所示： XX 学院毕业论文（设计） 第 8 页 图 由上图能看出分离式光电接收管可以有更好的前瞻性，但是由于慢反射的角度可变，而且非常小，如果接收管没有很好的 灵敏度，在区分黑白赛道颜色时产生的信号就会很小只有 2050mV 的压差，不能用做信号输出。 所以角度的调整和接收管的挑选时很困难的事情，而且贵州地区能买到的只有很少型号的接收管。 另外的就是光电对管了，也就是我们最后采用的实现方式，它的发射管和接收管方向是平行的，封装在一起，接收管的定向性比较好，而且比分离的接收管灵敏度高很多，安装也方便。 但是由于平行安装，如果与地面角度过于小就会导致反应数字变小。 经过多次测量光电管与地面保持 700 左右的角度最为合适。 只有的方式只要是能保证对管能有较高的区分电压能达 到 12V 就达到信号输出标准了。 如下图 所示： 图 光电对管反射 XX 学院毕业论文（设计） 第 9 页 聚光 LED 灯与光敏电阻 聚光 LED 与光敏电阻搭配，其实与红外光管分离式是一样的原理，但是由于比赛场地大多都用大功率的钠灯照明，所以考虑到可见光对光敏电阻干扰过大，所以我们在准备初期就不取用这种方法了。 激光管与激光接收管 激光管和激光对管其实电路实现是一样的，同样是通过接收管的电压或者电流变换得到的信号。 不同的是他采用了透镜成像原理，能探测到更远的距离，如果调试好的话可以达到一般摄像头的距离。 这是 一个突破增强了前瞻性，车子可以预先准备，可以更好的控制速度，速度可以更快。 透镜成像原理如下图 所示： 图 透镜成像原理 这里物象可以用激光接收管来做，当在一定范围内，激光点打在赛道上成像的倒影会打在接收管上。 要注意的是这个物象是倒影，在对焦和固定透镜的时候会产生很大麻烦。 每对管子都必须对焦，预防交叉干扰。 综合上述的方案，我们选择性能更加可靠的红外光电对管，当然激光是个不错的选择但是我们第一次做比赛，不得不选择更加安全保险的方式。 而且时间不够，我们掌握激光透镜原理调试要花费很多时 间。 况且红外对管的稳定性好，也方便调试。 具体实现方法将在第四章介绍。 电机驱动模块 目前有两种电机驱动模式，用飞思卡尔专用的 33886，和自己制作的 MOSFET 电路。 由于实践证明光电组的速度没有达到要用 MOSFET 来供电的范畴，所以我们只考虑的33886 来实现。 测速模块 速度测量反馈回来的信号用于控制速度，可以提供变速的条件依据。 这里可以用做测速的可以用红外对管，也可以用霍尔元件来自己制作，但是精度不够，影响速度控制，XX 学院毕业论文（设计） 第 10 页 而且需要制作编码盘，打孔。 主要是安装复杂，我们缺少模型制作工具的情况下，我们选择购买现成的编码电机，主要可以节省我们的时间和精力。 数据传输模块与上位机方案 对于测试数据的传输我们采取了两种： 有线传输 就是直接通过上位机串口接单片机串口传输。 这样的方式直接而且成本低，可以对质量较大的串口线做改变，使用一些质量较轻的线代替，在小车行驶中不会产生太大的干 扰。 无线传输 使用无线模块传输，就关电组来说所需要传输的数据量非常少我们采用高频传输的无线模块，完全能够传输我们采集的数据和小车运行参数。 对于上位机的编写有很多方式，有各种的编程软件都可以实现，可以选择 C++,VB，JAVA 等。 而对于控制类的编程来说我们使用的是 LabVIEW ，这是一款可视化的专业控制编程软件。 它所有的控制都是可视化的控件组成，而且可以提供很多图形模式，能让我们汽车运行的数据看起来更加的直观。 XX 学院毕业论文（设计） 第 11 页 第四章 模块方案设计 在挑选模块的实现方式后我们进入到最重要 的环节，就是模块电路的实现。 电源与接口模块设计 电源电路 为了能使智能车系统能正常工作，需要对电池电压进行调节。 其中，单片机系统、路径识别传感器模块、测速模块电路需要 5V 电压，伺服电机工作电压范围是 到 6V，因此我们给其接到 6v 上。 直流电机是用 的电池直接供电。 根据方案对比我们选用了 LM2940 与 LM1117 来实现 5V 和 6V 的稳压。 下面分别介绍我们在使用 LM2940 和 LM1117 的电路。 LM2940 5V 稳压电路 5V 稳压电源模块不只为 S12 单片机供电，而且还要为 传感器和无线模块等供电考两次到小车可能做频繁的加速，减速动作使得电池两端电压会有较大的波动，因此为了确保系统能正常工作避免单片机意外的重启，在电源输入端加上旁路电容。 如图 所示，为了消除来自电源的干扰，在输入端分别接入了电容值比较大的的电解电容和瓷片电容。 图 LM2940 稳压电路 XX 学院毕业论文（设计） 第 12 页 LM1117 6V 稳压电路 稳压芯片选择低电压差的 LM1117。 其输出电压和输入电压差可以低到 ，而电池电压高于 ,因此 LM1117 满足 6V 稳压要求。 通过运用公式 V=*（ 1+R2/R3）调节可变电阻 R2，可以得到输出电压稳定到 6V。 实验证明 LM1117 能够为舵机提供稳定的电压，在赛车运行中，电压的波动范围在 之间，能够很好的维持舵机的稳定工作。 下面是 LM1117 原理电路如图 所示： 图 LM1117稳压电路 电源模块介绍完了，基本电路很简单。 下面介绍接口。 接口电路 我们要用到的单片机是 S12XS128，他提供 128 个接口，我们用 PP3 用于舵机控制， PP1 PP5 用于 33886 OU。