飞思卡尔智能车电源设计

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。

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。

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。