導(dǎo)語：如何才能寫好一篇智能電路設(shè)計與制作，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1整車系統(tǒng)設(shè)計思路

智能小車控制系統(tǒng)采用MK60DN512作為核心控制單元，由安裝在車身支架上的OV7620數(shù)字?jǐn)z像頭負(fù)責(zé)采集道路信號；智能小車后輪安裝有光電測速傳感器，用來采集車輪的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，并將信號傳到核心控制單元進(jìn)行分析處理，處理完畢后反饋到相應(yīng)的驅(qū)動模塊，驅(qū)動舵機(jī)和電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而完成智能小車的轉(zhuǎn)向、前進(jìn)及制動[1]。智能小車控制系統(tǒng)包括以下模塊：MK60DN512最小系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向舵機(jī)模塊、電機(jī)及其驅(qū)動模塊、速度反饋模塊、攝像頭視頻信號處理模塊和電源管理模塊[2]。

2智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

在智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與安裝調(diào)試時，需要考慮以下幾個方面：

1）智能小車在安裝過程中的可靠性與行駛過程中的穩(wěn)定性。

2）智能小車在安裝過程中的輕便簡潔性。

3）是否能夠方便準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)字?jǐn)z像頭OV7620的檢測與調(diào)試。

4）車體保證較低的重心以確保智能小車順利轉(zhuǎn)彎、加速。

經(jīng)過不斷地調(diào)試、摸索、對比之后，完成了對智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計，主要內(nèi)容有以下幾個方面：

1）為了減少轉(zhuǎn)向舵機(jī)的力臂滯后時間，將舵機(jī)直立架在車前，并使用專業(yè)的金屬框架牢牢固定住，以防松動，避免影響舵機(jī)轉(zhuǎn)向角度的準(zhǔn)確性。

2）數(shù)字?jǐn)z像頭OV7620及其支架安裝在車身中部，減少車前數(shù)據(jù)采集盲區(qū)，將車身重心略微前移，防止智能小車轉(zhuǎn)彎時側(cè)滑，增加智能小車的彎道通過性。

3）為了減少車身質(zhì)量，采用了強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的碳纖維管。

4）在底盤設(shè)計上，底盤是支承、安裝各部件的總成，是形成智能小車整體造型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；可以接受電機(jī)傳遞的驅(qū)動動力，帶動智能小車行進(jìn)，以保證智能小車在跑道上的快速行駛。由于合適的重心對于小車過彎性能和小車速度這兩個方面起了很大的作用，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整前后底盤高度，使得智能小車車模整體重心下降到合理位置，既可以順利過坡，又不會與跑道摩擦接觸。

3智能小車硬件電路系統(tǒng)設(shè)計

3.1智能小車總體電路設(shè)計

通過簡化總體硬件電路設(shè)計方案，采用模塊化設(shè)計方案，減少不必要的電子元件的使用，就可以有效地減輕PCB板的使用質(zhì)量及其占用智能小車的有效空間，從而達(dá)到輕量化的目的。硬件電路總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

3.2電源分配板的電路設(shè)計

采用比較節(jié)能的線性穩(wěn)壓電路設(shè)計方案。電源分配如圖3所示。TPS7350是一款差線性電源穩(wěn)壓芯片，它具有功率消耗低、額定電壓小等特點(diǎn)，而且只需極少的元件就能夠構(gòu)建滿足智能小車硬件電路設(shè)計要求的穩(wěn)壓電路，該芯片還擁有過流、過壓及電壓反接等電壓保護(hù)設(shè)計，能夠有效地保護(hù)智能小車的硬件電路，避免電壓過大或電流反接而導(dǎo)致的硬件電路燒毀事件的發(fā)生。

3.3電機(jī)驅(qū)動板的電路設(shè)計

采用由BTN7970B驅(qū)動芯片搭建的H橋電路設(shè)計方案，減小驅(qū)動電路的內(nèi)阻，增大額定承載電流，可以讓智能小車獲得更大的加減速度及提高在直道上行駛的極限速度。H橋電路原理如圖4所示。

4智能小車的軟件系統(tǒng)設(shè)計

智能小車系統(tǒng)軟件設(shè)計部分主要有：圖像采集及處理、道路判斷、舵機(jī)打角、電機(jī)控制以及速度信息反饋處理等。

4.1圖像采集及處理算法

OV7620能夠提供的三種數(shù)據(jù)制式中，采用YUV16位數(shù)據(jù)制式來提取Y信號亮度信息，生成黑白圖像，同時采用HREF-行同步信號、VSYNC-場同步信號來作為圖像數(shù)據(jù)采集的控制信號[4]。為了提高智能小車控制系統(tǒng)的實(shí)時性，視頻圖像信號采集采用外部中斷觸發(fā)的方式進(jìn)行。采樣系統(tǒng)的程序流

4.2路徑優(yōu)化

1）增加智能小車攝像頭視場的長度和寬度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試的觀察，當(dāng)智能小車采集到的圖像能夠覆蓋比較完整的S彎道時，通過微處理器計算出來的中心就會處于實(shí)際道路中央附近，此時智能小車會以一個比較好的路徑快速通過S彎道；反之智能小車容易誤處理為普通的單向彎道，這樣導(dǎo)致智能小車的行駛速度大大減慢。因此，盡量增大攝像頭視場的長度和寬度就很有必要了。由于視場的長度與單片機(jī)處理的圖像行數(shù)成正比，所以采用由運(yùn)算放大器制作的模擬比較器進(jìn)行圖像二值化，可以令單片機(jī)的處理速度大大提高，增加了單片機(jī)處理的圖像行數(shù)，達(dá)到的視場長度為200cm以上；為了增加視場寬度，除了增加每行采集的圖像點(diǎn)數(shù)之外，采用了廣角鏡頭，有效地增加了攝像頭視場的寬度。

2）進(jìn)行加權(quán)算法的相關(guān)優(yōu)化。采用對整場有效行的中心加以求加權(quán)平均值的算法，在低速情況下可以有效地優(yōu)化智能小車的行進(jìn)路徑，但在智能小車速度提高到一定程度之后，由于過彎時輪胎的側(cè)滑，路徑不是很好找，而且由于數(shù)字?jǐn)z像頭采集圖像分布不均，基本上2/3的行分布于車體前方40cm左右的范圍內(nèi)，所求出的加權(quán)平均值容易受車體近處的圖像影響，因此整場圖像求加權(quán)的算法對于高速情況下智能小車的路徑選擇優(yōu)化效果不太明顯。考慮減小車體前部一定范圍內(nèi)的圖像參與加權(quán)的行數(shù)和權(quán)重，同時增大攝像頭視場前部圖像的權(quán)重，最后經(jīng)過調(diào)試得到了一套較為合適的數(shù)據(jù)，使其能夠有效優(yōu)化高速情況下的智能小車的路徑算法。

5結(jié)論

篇2

培訓(xùn)內(nèi)容的確定，結(jié)合職業(yè)崗位定位，選擇與實(shí)際電路產(chǎn)品相關(guān)的案例，面向應(yīng)用，因用而學(xué)，學(xué)以致用。以丙級為例，其具體案例如：（1）時序邏輯電路設(shè)計與制作：設(shè)計制作一個數(shù)位電子鐘。（2）組合邏輯電路設(shè)計與操作：①半加減法器；②具有智能控制的2to4譯碼器；③具有優(yōu)先權(quán)的4to2編碼器；④4to1多任務(wù)數(shù)據(jù)選擇器；⑤1to4多任務(wù)數(shù)據(jù)分配器。（3）CPLD設(shè)計與應(yīng)用：①電子骰子控制；②二位數(shù)計時器；③紅綠燈控制。

2培訓(xùn)的組織實(shí)施

培訓(xùn)的實(shí)施采用面向職業(yè)崗位，以工作任務(wù)為引領(lǐng)，教學(xué)做一體的項(xiàng)目教學(xué)法進(jìn)行培訓(xùn)授課。如表2，即為實(shí)用丙級的實(shí)施方案示例。

3培訓(xùn)的鑒定認(rèn)證

培訓(xùn)的鑒定認(rèn)證，是參照臺灣嵌入式系統(tǒng)發(fā)展協(xié)會的職業(yè)能力認(rèn)證考核標(biāo)準(zhǔn)，制定出包括PLD電子設(shè)計專業(yè)知識和職業(yè)技能兼具的鑒定認(rèn)證系統(tǒng)，從專業(yè)知識和工程實(shí)踐技能兩大模塊分別進(jìn)行考核鑒定。在實(shí)用丙級中，專業(yè)知識模塊由100道選擇題組成，由在線測試系統(tǒng)（OSTS）從題庫中以隨機(jī)方式產(chǎn)生，以考核學(xué)員對專業(yè)知識的掌握。而實(shí)踐技能的考評，主要包括組合邏輯電路的設(shè)計與操作、時序邏輯電路的設(shè)計與制作、綜合邏輯電路的設(shè)計與應(yīng)用以及數(shù)位邏輯功能的模擬與紀(jì)錄等四個項(xiàng)目，規(guī)劃為二個階段來進(jìn)行：第一階段主要考量學(xué)員對于傳統(tǒng)數(shù)位邏輯電路的設(shè)計及制作能力，其中包含邏輯化簡、電路設(shè)計、電路板規(guī)劃、組件辨識及焊接等能力；第二階段則考量有關(guān)CPLD的設(shè)計與應(yīng)用能力，包含功能分析、工具使用、電路設(shè)計、程序撰寫以及功能模擬紀(jì)錄等能力。

4結(jié)束語

篇3

關(guān)鍵詞：語音識別；LD3320；STC10L08XE

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能輪椅的研究已經(jīng)成為一個熱點(diǎn)問題，智能輪椅在作為助老/助殘智能服務(wù)機(jī)器人得到廣泛應(yīng)用。在普通輪椅中加入語音識別技術(shù)，用語音命令來控制輪椅的各種運(yùn)動給用戶帶來了極大的便利。本文對智能輪椅的設(shè)計做了簡單的研究。

1 主控單元

智能輪椅的核心主控單片機(jī)是STC10L08XE，該芯片的特點(diǎn)是高度集成，資源豐富，便于二次開發(fā)，支持多種語言編寫。根據(jù)LD3320輸入信號STC10L08XE單機(jī)片輸出信號為高低電平，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動和停止。

2 電源模塊

智能輪椅的電源由7.5V充電鋰電池提供，為了滿足電源的獨(dú)立性，避免相互之間的干擾，各供電系統(tǒng)都采用單獨(dú)的穩(wěn)壓芯片處理提供， 7.5V充電鋰電池直接給直流電機(jī)提供直流電源，滿足電機(jī)轉(zhuǎn)動。 LD3320，主控STC10L08XE所需要的的3.3V直流電源，由7.5V充電鋰電池輸入經(jīng)過LM1117穩(wěn)壓管輸出，為了保證穩(wěn)壓管的性能和穩(wěn)定性，可在中間串兩個二極管。LM1117是電子制作中常用的穩(wěn)壓3.3V的穩(wěn)壓管。電路設(shè)計中添加電容，為了提高其穩(wěn)定性，防止自激振蕩影響性能。另外該電路具有限流的功能，提高了保護(hù)性能。

L298N是紅外避障模塊，所需的5V電源由LM7805穩(wěn)壓管提供。采用LM7805，是因?yàn)樵撾娐穬?nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用可靠、方便，且價格便宜。電路設(shè)計中采用三端固定集成穩(wěn)壓電路，旁電容提高了其穩(wěn)定性，

3 語音識別模塊

語音模塊采用LD3320，LD3320 芯片是一款“語音識別”專用芯片，由 ICRoute 公司設(shè)計生產(chǎn)。該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括 AD、DA 轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、 聲音輸出接口等。本芯片在設(shè)計上注重節(jié)能與高效，不需要外接任何的輔助芯片 主要特征有： 通過 ICRoute 公司特有的快速而穩(wěn)定的優(yōu)化算法，完成非特定人語音識 別。不需要用戶事先訓(xùn)練和錄音，識別準(zhǔn)確率 95%。

4 紅外避障模塊

紅外線避障電路是智能輪椅的“眼睛”，其性能的好壞和抗干擾能力的強(qiáng)弱受外界可見光的影響較大，因此用250Hz的信號對38KHz的載波進(jìn)行調(diào)制，這樣能減少外界的一些干擾。 接收管采用HS0038A2型號，輸出TTL電平，有利于單片機(jī)對信號的處理。避障電路采用紅外線發(fā)射與接收原理，利用單片機(jī)產(chǎn)生250HZ和38KHz信號，并利用單片機(jī)的中斷對紅外線發(fā)射管進(jìn)行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射距離遠(yuǎn)近由RW調(diào)節(jié)，由于本設(shè)計的小汽車行駛速度較快，所以調(diào)節(jié)避障距離為80cm左右。發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進(jìn)行解調(diào)，輸出TTL電平。利用單片機(jī)的中斷系統(tǒng)，在遇障礙物時控制電機(jī)并使小車停止。

5 實(shí)物效果測試

為了驗(yàn)證智能輪椅的性能效果，我們將基于語音識別的智能輪椅進(jìn)行實(shí)物效果的測試，測試跑到為寬120CM的跑道，包含兩個直角彎道。輪椅的速度為v表示a《V《b，語音發(fā)出到智能輪椅轉(zhuǎn)動完成所用的時間為T表示，發(fā)令時距離障礙物間的距離為S.避障的測距門限80CM小于障礙物間的距離120CM，這樣智能輪椅可以轉(zhuǎn)彎，并始終保持與障礙物間的一定距離，保證輪椅的安全通過。s-v t=80cm

根據(jù)實(shí)物測試，智能輪椅必須在一定的運(yùn)行時間下，保證其在不加速或減速過程中，開始執(zhí)行語音命令，才能完成所需控制，速度V由電機(jī)供電電壓決定，經(jīng)過實(shí)物多次測試與調(diào)試，測量結(jié)果顯示當(dāng)電機(jī)的電壓為7v時效果比較明顯，控制效良好。

6 結(jié)束語

本文介紹的方案是基于STC10L08XE單片機(jī)的語音識別智能輪椅，語音識別芯片LD3320是一個非特定語音識別系統(tǒng)，這樣可以省去大量的語音訓(xùn)練與調(diào)試精力，同時也能滿足了大部分使用者同時使用。效果良好，對普通話要求不太嚴(yán)格，經(jīng)過多次實(shí)物的調(diào)試與測試，整個系統(tǒng)響應(yīng)良好，語音識別度較高，控制反應(yīng)短。整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，性能優(yōu)良，證明此方案設(shè)計正確。在保證效果的前提下，簡單的解決了現(xiàn)在市場所存在的智能輪椅價格昂貴，維修復(fù)雜，操作復(fù)雜的問題。

參考文獻(xiàn)

1.于慶棟《智能輪椅語音識別與控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)》2012.3

2.王仁杰《智能輪椅驅(qū)動控制與避碰的研究》2009.12

3.何清華 黃素平 黃志雄《智能輪椅的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢》

篇4

關(guān)鍵詞：智能手機(jī)；硬件系統(tǒng)；低功耗

中圖分類號： TN07 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）06-150-2

引言

智能手機(jī)在市場上的首次出現(xiàn)，就受到了廣大消費(fèi)者的青睞和認(rèn)可。智能手機(jī)在操作、系統(tǒng)，以及軟件的多樣化應(yīng)用上豐富了人們的業(yè)余生活。在早間、晚間的地鐵車站，隨處可見排隊(duì)等車的上班族拿著自己心愛的手機(jī)搜索自己想要知道的信息。智能手機(jī)的應(yīng)用不斷更新豐富使得手機(jī)的功率消耗成為用戶體驗(yàn)過程中的首要問題，需要通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)改變調(diào)整。

1 簡述智能手機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

現(xiàn)今市場上大眾化的智能手機(jī)產(chǎn)品在手機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)上存在著一定的共同點(diǎn)。關(guān)于智能手機(jī)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中損耗最大的部分主要是指手機(jī)的主處理器部分、無線Modern部分、傳聲器部分、揚(yáng)聲器部分、LCD部分、以及背光燈部分等。主處理器部分主要負(fù)責(zé)控制智能手機(jī)的整個系統(tǒng)，一般助力器皆采用開放型的操作運(yùn)行系統(tǒng)，通過數(shù)字基帶控制芯片進(jìn)行語音信號的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)A/D或者反向的語音轉(zhuǎn)換，可以對編解碼、無線貓進(jìn)行時間順序上的控制。具有先進(jìn)內(nèi)核技術(shù)的CPU芯片可以幫助主處理器在實(shí)現(xiàn)長時視頻功能的同時減少內(nèi)核的運(yùn)行壓力，實(shí)現(xiàn)語音、攝像、解碼工作的有機(jī)結(jié)合。大多數(shù)的智能手機(jī)硬件結(jié)構(gòu)中，無線貓加上電路，就可以完成一部手機(jī)的制作，語音功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠ABB和負(fù)責(zé)語音視頻的解碼器共同完成。

2 智能手機(jī)產(chǎn)生功耗的原因

2.1 CPU系統(tǒng)產(chǎn)生功耗

智能手機(jī)上市后，用戶的第一體會就是新型的智能手機(jī)應(yīng)用數(shù)量繁多、趣味性得到較大提升，但是，智能手機(jī)的續(xù)航能力卻大大不如從前的普通商務(wù)手機(jī)。許多手機(jī)生產(chǎn)商家在進(jìn)行產(chǎn)品預(yù)售宣傳時經(jīng)常會提到本公司新產(chǎn)品的高續(xù)航、低消耗的問題，吸引顧客前來購買。事實(shí)上，不管商家所言是否屬實(shí)，CPU芯片的確不斷朝著低功耗的方向前進(jìn)者。然而，CPU的功耗仍然占據(jù)整部手機(jī)的最大功耗比例。智能手機(jī)在制作過程中涉及單核雙核的問題，特別是現(xiàn)今安卓系統(tǒng)手機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)了四核，甚至八核的智能手機(jī)，旨在提高手機(jī)運(yùn)行的流暢性。但是，通過數(shù)據(jù)計算顯示，核數(shù)越大，相應(yīng)功耗也成倍擴(kuò)大。經(jīng)過電路功耗的動態(tài)計算公式顯示，CPU的功耗大小與電路中供電部分電壓的平方數(shù)成正比例關(guān)系，和電路中工作的頻率也成正比例關(guān)系。

2.2 背光燈工作產(chǎn)生功耗

市場上大部分的智能手機(jī)皆使用液晶顯示電容屏，背光燈在手機(jī)使用的能耗中占據(jù)較大的比例。例如，制作一部屏幕為3.5英寸的手機(jī)，所需背光燈的數(shù)量為六顆，只有這樣做才能充分保證屏幕亮度的均勻性。一顆背光燈的工作電壓是3.1伏特，通過串聯(lián)的連接方式將六顆LED燈連接起來所需電壓為18.6伏特。從電流的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方面看，一顆背光燈的正常工作所需電流為20毫安，六顆背光燈若同時開到最亮狀態(tài)，則需要耗費(fèi)372兆瓦的電量。試想一下，人們將手機(jī)亮度開到最亮狀態(tài)，然后進(jìn)行手機(jī)視頻、手游應(yīng)用的使用，每段使用的時間不少于一個小時，那么，對于手機(jī)的功耗壓力則是不可估量的。在日常的手機(jī)使用過程中，人們?yōu)榱耸‰姡ǔ⑹謾C(jī)的屏幕亮度降到最低來延長手機(jī)的續(xù)航，這個方法是用戶的無奈之舉，可以治標(biāo)但是不能治本，硬件損耗技術(shù)不斷革新發(fā)展才是p少此類問題的關(guān)鍵。

2.3 射頻部件系統(tǒng)以及其他部件的功耗

射頻部件系統(tǒng)也是智能手機(jī)高損耗的一個主要因素。智能手機(jī)的射頻部件中放大器是導(dǎo)致功率消耗巨大的重要部件，主要是因?yàn)榉糯笃鞯碾娐吩O(shè)計有缺陷，電阻的選用和接入不合理，導(dǎo)致放大器的功率較大，進(jìn)而消耗較多的電能。在以后的研究發(fā)展中，應(yīng)該重點(diǎn)考量射頻系統(tǒng)的優(yōu)化問題。其次，系統(tǒng)本身的功耗能力設(shè)計也決定了手機(jī)整體的功耗能力，用戶在使用手機(jī)應(yīng)用的過程中，對于一項(xiàng)功能使用的時間上具有不確定性，所以生廠商應(yīng)該提前思考手機(jī)使用的各種可能性，優(yōu)化系統(tǒng)損耗能力。再者，現(xiàn)今大多用戶喜歡使用無線設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，此類連接方式的功耗在一定程度上高于手機(jī)流量上網(wǎng)的功耗，且無線連接的耗能大小與信號強(qiáng)弱有著一定的聯(lián)系。

3 關(guān)于降低功耗的設(shè)計

3.1 解決CPU系統(tǒng)的電壓問題

由上文的第一原因分析中可知，CPU是影響智能手機(jī)電能功耗的最大因素，解決CPU系統(tǒng)的電壓問題和頻率問題是重中之重。在集成電路，特別是數(shù)字電路方面，要注意動態(tài)消耗的數(shù)據(jù)計算，相反，半導(dǎo)體組成電路中的靜態(tài)功率消耗非常之小，完全可以忽略。在計算動態(tài)消耗電能的計算公式中，涉及幾個參數(shù)，分別是：功能芯片的動態(tài)總量功率消耗，半導(dǎo)體芯片負(fù)載的電容量，芯片所需要的電壓，以及芯片工作過程中的頻率。根據(jù)計算公式顯示，集成電路中功耗的數(shù)據(jù)和電路工作中開關(guān)的頻率系數(shù)呈現(xiàn)線性關(guān)系，與芯片工作所需電壓呈現(xiàn)平方關(guān)系。由此可以得出，芯片工作所需要的電壓越高，運(yùn)行的頻率就越快，最后CPU工作耗費(fèi)的功效耗能就越高。所以，生產(chǎn)商對于既定的CPU產(chǎn)品設(shè)計上，應(yīng)該在合理范圍內(nèi)對工作電壓和工作頻率進(jìn)行控制，盡量縮小數(shù)值。

3.2 控制DPM系統(tǒng)的運(yùn)行

DPM是對智能手機(jī)的主系統(tǒng)在運(yùn)行期間進(jìn)行電壓或者時間上的動態(tài)控制，通過即時的動態(tài)數(shù)據(jù)管理達(dá)到減少能耗的效果。動態(tài)控制DPM主要通過軟件控制實(shí)現(xiàn)管理，動態(tài)控制的過程系統(tǒng)的整體效率息息相關(guān)。首先，對智能手機(jī)中的工作模式進(jìn)行定義和分類管理。主CPU運(yùn)行系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)工作模式類別和強(qiáng)度對手機(jī)工作進(jìn)行合理分類，主要分為日常的工作模式，手機(jī)空閑工作模式，手機(jī)的睡眠待機(jī)模式，以及手機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)的模式設(shè)置。在四種常有手機(jī)工作模式中，調(diào)節(jié)主CPU 的電壓、工作頻率，以及手機(jī)其他部件電源燈光的智能啟動和只能關(guān)閉，在設(shè)計過程中體現(xiàn)智能手機(jī)的最大智能特色，將智能技術(shù)和電能損耗有機(jī)結(jié)合起來。例如，通過固定手勢觸摸屏幕喚醒手機(jī)部分功能，其余非工作時間此部分功能處于睡眠狀態(tài)，可以極大程度上減少手機(jī)電池的損耗。

3.3 接口電路設(shè)計和LED燈低損耗設(shè)計

在智能手機(jī)的接口電路設(shè)計過程中，生產(chǎn)商除了考慮產(chǎn)品的性能新穎之外，應(yīng)該更加注意芯片的能源損耗問題。在上拉電阻或者下拉電阻部件的選擇應(yīng)用上，應(yīng)該注意未處于工作狀態(tài)的引腳不可以懸空處置，通過增加上拉電阻進(jìn)行電平輸出的提高能力，來加強(qiáng)芯片的抗干擾能力。在一系列的驅(qū)動工作實(shí)施中，合理把握電阻的使用度，確保信號的平穩(wěn)完整和電源內(nèi)的低能耗性。合理控制LED燈的電流控制問題，可以通過改變回路中的電阻阻值控制電流，結(jié)合人眼的生理機(jī)能調(diào)節(jié)電流信號，控制損耗。

3.4 電源供給電路

由于智能機(jī)外設(shè)非常多，需要多種電源（1.3V、1.8V、2.8V和3.3V電壓等），和不同的電路分開供電，因此需要使用多個電壓變化單元。DCDDC電路的特點(diǎn)是效率高、升降壓靈活，缺點(diǎn)是紋波噪聲干擾較大。因此，在設(shè)計中，對于電源紋波噪音要求不嚴(yán)的情況，使用DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器件，這樣可以有效地節(jié)約能量，降低智能手機(jī)的功耗。

4 結(jié)論

綜上所述，智能手機(jī)要想在快速的更新變化中脫穎而出，必須加強(qiáng)CPU、DPM、LED背光燈以及接口電路的技術(shù)創(chuàng)新改造。通過控制機(jī)器的工作電壓、通過電流、組合電阻以及電源供給電路實(shí)現(xiàn)手機(jī)的低功率消耗，不斷分析總結(jié)從前的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，重視用戶體驗(yàn)，將用戶的使用舒適度放在第一位，迎合我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，為我國通信技術(shù)的發(fā)展做貢獻(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 牛金行，劉玉寶，吳國喬.一種數(shù)字集群智能手機(jī)的硬件設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013（13）：80-83.

篇5

數(shù)字電路教學(xué)設(shè)計項(xiàng)目教學(xué)學(xué)習(xí)興趣現(xiàn)代化電子技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)字電路更是以系統(tǒng)集成化、設(shè)計自動化、用戶專業(yè)化和測試、智能化的趨勢出現(xiàn)。數(shù)字電路教學(xué)中如何能應(yīng)對電子技術(shù)的發(fā)展，同時又遵循高等職業(yè)教育以職業(yè)為基礎(chǔ)、以能力為本、理論夠用為度的原則，圓滿完成課程的教學(xué)任務(wù)，用項(xiàng)目教學(xué)法是行之有效的手段。

一、關(guān)于項(xiàng)目教學(xué)法

1.項(xiàng)目教學(xué)的概念

項(xiàng)目教學(xué)法，是圍繞一個實(shí)踐項(xiàng)目而展開的教學(xué)活動，其目的是在項(xiàng)目實(shí)施過程中使理論與實(shí)踐教學(xué)同步進(jìn)行，從而充分調(diào)動學(xué)生參與的積極性，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。

2.項(xiàng)目教學(xué)法的關(guān)鍵

項(xiàng)目教學(xué)法的關(guān)鍵，是把整個學(xué)習(xí)過程分解為一個個具體的工程或事件，設(shè)計出一個個合適的項(xiàng)目教學(xué)方案。這樣，不僅傳授給學(xué)生理論知識和操作技能，更重要的是培養(yǎng)他們的職業(yè)能力。

3.項(xiàng)目教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)

項(xiàng)目教學(xué)法，是讓學(xué)生實(shí)施一個具體的項(xiàng)目，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的很明確，能極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)興趣。項(xiàng)目教學(xué)法大多要分小組完成，通過小組內(nèi)及小組間的充分交流、討論、決策等，提高學(xué)生合作能力，強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識。而合作能力和團(tuán)隊(duì)意識，恰恰是當(dāng)前社會化大生產(chǎn)所要求的基本素質(zhì)。項(xiàng)目教學(xué)法在實(shí)施過程中會涉及到很多學(xué)科知識，能促進(jìn)課程間的整合。

二、項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)實(shí)踐

數(shù)字電路課程是高職電氣專業(yè)一門承上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的邏輯性、應(yīng)用性和工程實(shí)踐性。內(nèi)容包括數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路基礎(chǔ)、組合邏輯集成電路、時序邏輯電路基礎(chǔ)、時序邏輯集成電路、半導(dǎo)體存儲器與可編程邏輯器件、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器和脈沖信號的產(chǎn)生與整形共8章節(jié)。按照“以能力為本位，以職業(yè)實(shí)踐為主線，以項(xiàng)目課程為主體的模塊化專業(yè)課程體系”的總體教學(xué)設(shè)計要求，本門課程以培養(yǎng)靈活應(yīng)用常用數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)邏輯功能的能力為基本目標(biāo)，打破學(xué)科課程的設(shè)計思路，緊緊圍繞工作任務(wù)完成的需要來選擇和組織課程內(nèi)容，突出工作任務(wù)與知識的聯(lián)系，讓學(xué)生在職業(yè)實(shí)踐活動的基礎(chǔ)上掌握知識，增強(qiáng)課程內(nèi)容與職業(yè)崗位能力要求的相關(guān)性，提高學(xué)生的就業(yè)能力。本課程可以分成6個項(xiàng)目完成，分別是：全加器電路設(shè)計、搶答器的設(shè)計與制作、同步計數(shù)器電路設(shè)計、數(shù)字鐘電路的設(shè)計與制作、用可編程邏輯器件設(shè)計數(shù)字鐘電路和A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換功能仿真。第1到3章劃為第一個項(xiàng)目，內(nèi)容是：全加器電路設(shè)計。以下就以第一個項(xiàng)目為例完成教學(xué)設(shè)計。

1.教材分析

這部分內(nèi)容包含3個章節(jié)：數(shù)字電路基礎(chǔ)、組合邏輯電路基礎(chǔ)、組合邏輯集成電路。每章節(jié)后面都有本章小結(jié)、思考題與習(xí)題、技能要求和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容以及書最后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分。很顯然，編者也在強(qiáng)調(diào)技能和實(shí)訓(xùn)的重要性，但在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時采用項(xiàng)目教學(xué)法能很好地體現(xiàn)實(shí)踐能力為主。

2.教學(xué)設(shè)計

此部分內(nèi)容重點(diǎn)是掌握邏輯函數(shù)的表示方法，會進(jìn)行邏輯函數(shù)的變換和化簡；能正確理解基本門電路邏輯功能；會用基本邏輯門電路設(shè)計簡單組合邏輯電路。如何把內(nèi)容連貫，用某個項(xiàng)目來體現(xiàn)，我們可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及常見的電路來解決。那么，學(xué)習(xí)項(xiàng)目選取的基本依據(jù)是該門課程涉及的工作領(lǐng)域和工作任務(wù)范圍，在具體設(shè)計過程中，還以相關(guān)專業(yè)的典型產(chǎn)品為載體，使工作任務(wù)具體化，產(chǎn)生具體的學(xué)習(xí)項(xiàng)目。項(xiàng)目的難度要適中，要適合學(xué)情，讓學(xué)生都能動手參與，能充分調(diào)動他們的積極性，使學(xué)習(xí)更有目的性，讓學(xué)生在職業(yè)實(shí)踐活動的基礎(chǔ)上掌握知識。本項(xiàng)目內(nèi)容是全加器的電路設(shè)計。采用全加器的設(shè)計這樣的項(xiàng)目內(nèi)容，那么，組合邏輯集成電路，此部分章節(jié)中的編碼器、譯碼器與數(shù)碼顯示器等內(nèi)容暫時就使用不到，我們可以把這些內(nèi)容劃分到下一個項(xiàng)目中去，而只是涉及到它的前面一部分內(nèi)容二進(jìn)制加法器。這樣，不會顯得項(xiàng)目量過大，知識太擁擠，學(xué)生學(xué)習(xí)困難的問題。

3.教學(xué)過程的組織實(shí)施

項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)步驟，具體是以下六個步驟：情景設(shè)置，操作示范，獨(dú)立探索，明確項(xiàng)目，協(xié)作學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)評價。本項(xiàng)目可以包含這幾個模塊：（1）完成基本門電路的測試；（2）用74LS00實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能；（3）用基本門電路設(shè)計全加器電路。每個模塊參考學(xué)時都可以是4學(xué)時，它們的學(xué)習(xí)目標(biāo)不相同，由淺入難，循序漸進(jìn)，慢慢引導(dǎo)學(xué)生掌握理論知識，增加實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。每個模塊除了列出的工作任務(wù)以外，根據(jù)學(xué)生層次的不同，還可添加相應(yīng)的拓展知識。模塊一邏輯門電路測試工作任務(wù)包含測試TTL門電路74LS00、74LS04、74LS20、74LS32、74LS86邏輯功能并記錄測試數(shù)據(jù)和整理歸納總結(jié)，列出74LS00、74LS04、74LS32、74LS86 邏輯表達(dá)式，狀態(tài)真值表。它相關(guān)的理論知識：基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算，基本門電路邏輯功能，邏輯函數(shù)的基本表達(dá)式。模塊二用與非門電路實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能工作任務(wù)有用74LS00實(shí)現(xiàn)下列邏輯功能：或非F=A+B、與或F=AB+CD、4輸入與F=ABCD、異或和同或。相關(guān)理論知識：邏輯代數(shù)的基本定律和規(guī)則，邏輯函數(shù)的化簡方法，邏輯函數(shù)表達(dá)式。模塊三全加器的設(shè)計與制作工作任務(wù)：用基本門電路設(shè)計判奇電路，用基本門電路設(shè)計半加器電路，用基本門電路設(shè)計全加器電路。相關(guān)理論知識：組合邏輯電路的分析方法，用基本門電路實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能。全加器是能夠計算低位進(jìn)位的二進(jìn)制加法電路，全加器的邏輯圖如圖所示。

篇6

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路 模擬電路 發(fā)展

1 前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，電子信息產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，逐漸滲透到國民經(jīng)濟(jì)生活的各個領(lǐng)域，使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。電子信息產(chǎn)業(yè)對軍事領(lǐng)域也有著深遠(yuǎn)的影響，改變了傳統(tǒng)戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)模式，在現(xiàn)代國防中發(fā)揮著越來越重要的作用，其在其在國防領(lǐng)域的應(yīng)用也彰顯了一個國家的綜合國防水平。

作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，知識、技術(shù)和資本是電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展的三個重要因素，它彰顯了一個國家或地區(qū)制造業(yè)的整體水平，也是一個國家或地區(qū)科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。就我國目前的社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀而言，我國正處于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型時期。如何平衡新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定快速發(fā)展，解決目前政府資本過剩、內(nèi)需不足、市場疲軟等宏觀經(jīng)濟(jì)問題是我國目前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的一個重要挑戰(zhàn)。而加速電子信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，對于促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)變革、改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加就業(yè)率、提升就業(yè)水平具有重要作用是應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的最好辦法。

電子電路是電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)支撐。是電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重要限制因素。電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展離不開電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。生產(chǎn)技術(shù)的提高及加工工藝的改進(jìn)加快了集成電路的更新速度，也為電子信息產(chǎn)業(yè)注入了蓬勃的朝氣以及更加旺盛的生命力，使其得以快速發(fā)展。根據(jù)其結(jié)構(gòu)、功能的不同，電子電路可以分為模擬電路和數(shù)字電路。

2 模擬電路

模擬電路是一種針對模擬信號（幅值隨時間連續(xù)變化的信號）行傳輸或處理的電子電路。它主要是利用電流或電壓對真實(shí)信號進(jìn)行模擬，使其等比例的再現(xiàn)。如調(diào)幅/調(diào)頻的收音機(jī)，接收處理無線電廣播信號，然后經(jīng)過一系列的混頻、放大、解調(diào)等過程，最終完成音樂的播放和新聞等的報道。模擬電路在生活中的應(yīng)用非常廣泛，如晶體管小信號放大器，低頻功率放大器，負(fù)反饋放大器，MOS 集成運(yùn)放，諧振放大器，直流穩(wěn)壓電源等。都是用模擬電路制作的。

模擬電路的設(shè)計過程比較復(fù)雜，其設(shè)計的重點(diǎn)在于電路參數(shù)的實(shí)現(xiàn)。其設(shè)計的基本流程主要包括以下幾個方面：

2.1 系統(tǒng)定義

系統(tǒng)定義是模擬電路設(shè)計的基本前提。根據(jù)設(shè)計要求，模擬電路設(shè)計工程師需要對電路系統(tǒng)及子系統(tǒng)做出相應(yīng)的功能定義，并確定面積、功耗等相關(guān)性能的參數(shù)范圍。

2.2 電路設(shè)計

電路結(jié)構(gòu)的選擇是電路設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。模擬電路設(shè)計工程師需要根據(jù)模擬電路需要實(shí)現(xiàn)的功能要求、設(shè)計規(guī)范及相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)選擇合適的電路結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上確定元器件的組合方式等。針對模擬電路的設(shè)計，目前暫時沒有可以利用的比較成熟的設(shè)計軟件，因此，只能是有工程師根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)手工完成。這在一定程度上增加了模擬電路設(shè)計的難度，限制了模擬電路的發(fā)展速度。

2.3 電路仿真

電路仿真是模擬電路的設(shè)計過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)，是模擬工程師判斷模擬電路是否可以達(dá)到設(shè)計要求的一個重要依據(jù)。工程師根據(jù)仿真結(jié)果，不斷對電路進(jìn)行修改和調(diào)整，直到模擬電路的仿真結(jié)果可以達(dá)到設(shè)定的指標(biāo)及相應(yīng)的功能要求。常用方法主要有參數(shù)掃描法，直流和交流分析法、蒙特卡羅分析等

2.4 版圖實(shí)現(xiàn)

版圖將電路設(shè)計轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的重要橋梁。在由前面的設(shè)計及仿真結(jié)果確定了模擬電路的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)后，設(shè)計工程師對設(shè)計的模擬電路進(jìn)行物理幾何性的描述，將其轉(zhuǎn)換成圖形格式，以便于模擬電路后續(xù)的加工與制作。

2.5 物理驗(yàn)證

在物理驗(yàn)證階段，需要對設(shè)計的模擬電路進(jìn)行設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）。設(shè)計規(guī)則檢查是在給定的設(shè)計規(guī)則的基礎(chǔ)上對其最小線寬、孔尺寸、最小圖形間距等限制工藝進(jìn)行檢查，衡量版圖工藝實(shí)現(xiàn)上的可行性。此外，還要對版圖與電路圖的一致性進(jìn)行檢查（LVS）。可以利用LVS工具提取版圖的參數(shù)，將得到的電路圖與原電路設(shè)計圖進(jìn)行比較，保證版圖與原電路設(shè)計的一致性。

2.6 寄生參數(shù)提取后仿真

在版圖之前進(jìn)行的電路設(shè)計的仿真稱之為“前仿真”，“前仿真”都是比較理想的仿真，沒有考慮到連線的電阻、電容等寄生參數(shù)。將寄生參數(shù)加入版圖后進(jìn)行的電路仿真稱之為“后仿真”，只有當(dāng)后仿真的仿真結(jié)果達(dá)到設(shè)計指標(biāo)及系統(tǒng)功能要求，電路的設(shè)計工作才算完成。寄生參數(shù)對模擬電路的影響較大，前仿真的仿真結(jié)果滿足的情況下，后仿真結(jié)果卻無法滿足要求。因此，設(shè)計工程師需要根據(jù)后仿真結(jié)果不斷進(jìn)行晶體管參數(shù)的修改，有時甚至要進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的調(diào)整，直至后仿真結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計要求。

目前，模擬電路設(shè)計難度高且比較復(fù)雜，使用的EDA工具的功能和系統(tǒng)配套性又相對落后，且在設(shè)計過程中需要進(jìn)行頻繁的人工干預(yù)，對寄生參數(shù)等比較敏感等，這些都在一定程度上限制了模擬電路的發(fā)展，導(dǎo)致模擬電路發(fā)展速度相對緩慢。

3 數(shù)字電路

篇7

智能車有著極為廣泛的應(yīng)用前景。結(jié)合傳感器技術(shù)和自動駕駛技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)汽車的自適巡航并把車開得開得又快又穩(wěn)、安全可靠；汽車夜間行駛時，如果裝上紅外攝像頭，就能實(shí)現(xiàn)夜晚汽車的安全輔助駕駛；他也可以工作在倉庫、碼頭、工廠或危險、有毒、有害的工作環(huán)境里，此外他還能擔(dān)當(dāng)起無人值守的巡邏監(jiān)視、物料的運(yùn)輸、消防滅火等任務(wù)。在普通家庭轎車消費(fèi)中，智能車的研發(fā)也是有價值的，比如霧天能見度差，人工駕駛經(jīng)常發(fā)生碰撞，如果用上這種設(shè)備，激光雷達(dá)會自動探測前方的障礙物，電腦會控制車輛自動停下來撞車就不會發(fā)生了。提高安全性和系統(tǒng)效率。這種新型車輛控制方法的核心，就是實(shí)現(xiàn)車輛的智能化。

1 智能車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機(jī)械結(jié)構(gòu)是控制算法和軟件程序的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的了解和改造有利于對控制算法和軟件程序的實(shí)現(xiàn)。因此對車體機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整是非常必要的。

1.1 車體機(jī)械參數(shù)調(diào)整：前輪參數(shù)的調(diào)整包括前輪主銷后傾角，主銷內(nèi)傾角，前輪外傾角，前輪前束。這幾個參數(shù)對車體直線行駛的平穩(wěn)性和轉(zhuǎn)彎的靈活性有很重要的影響[1]。

1.2 舵機(jī)的安裝：舵機(jī)轉(zhuǎn)向是整個控制系統(tǒng)中延遲較大的一個環(huán)節(jié)，在相同的舵機(jī)轉(zhuǎn)向條件下，轉(zhuǎn)向連桿在舵機(jī)一端的連接點(diǎn)離舵機(jī)軸心距離越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向變化越快。這樣安裝的優(yōu)點(diǎn)是：改變了舵機(jī)的力臂，使轉(zhuǎn)向更靈敏；舵機(jī)安裝在正中央，使左右的轉(zhuǎn)向基本一致；重心相對來說靠后，減輕舵機(jī)的負(fù)載[2]。

1.3后輪距與后輪差速機(jī)構(gòu)調(diào)整

后輪距的調(diào)整：賽車高速行駛時突然轉(zhuǎn)彎時容易翻倒，為了增加整車的平衡能力，可將車模原配的后輪調(diào)節(jié)件把改為大輪距的調(diào)節(jié)件，使后輪距在原來基礎(chǔ)上增加了4mm。

1.4傳感器的安裝：圖中將激光管固定在下排孔內(nèi)上排六個固定接收管和透鏡，將激光照射距離調(diào)整到50CM，前瞻效果達(dá)到最好[3]。

1.5 車體重心調(diào)整：重心越低越好。選擇攝像頭時選擇比較輕的，攝像頭支架材料及規(guī)格也要加以考慮，電路板的擺放也盡可能低。

2系統(tǒng)總體硬件電路設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)：此智能車輛定位系統(tǒng)用激光管和接收芯片檢測車輛前方的賽道，通過MC9S12XS128采樣光電三極管的模擬信號，獲得賽道數(shù)據(jù)，結(jié)合一定的算法，提取賽道的黑白線對舵機(jī)和電機(jī)驅(qū)動芯片以合適的控制。

系統(tǒng)先對接收芯片獲得的數(shù)字信號，速度傳感器測得的速度值，加速度傳感器檢測到的坡度信息，以及撥碼開關(guān)輸入的脈沖值等送入單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，發(fā)出命令驅(qū)動舵機(jī)，并使用全橋電機(jī)驅(qū)動芯片 MC33883驅(qū)動場效應(yīng)管控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，輸出 PWM 波形實(shí)現(xiàn)對于電機(jī)的控制，使用LM 2940S 等穩(wěn)壓芯片對各模塊提供電源。

2.2 傳感器選擇及其電路設(shè)計：激光傳感器好比模型車的眼睛，是整個系統(tǒng)采集賽道信息的核心。前瞻距離最遠(yuǎn)能夠達(dá)到1.1M。經(jīng)過調(diào)整和優(yōu)化，使得激光傳感器性能能夠完成賽道全部信息采集的任務(wù)。

2.3 電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計：MC33883它可以驅(qū)動場效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，場效應(yīng)管用IRF3205，場效應(yīng)管為N溝道，MC33883的驅(qū)動能力很強(qiáng)，最大電流可以達(dá)到110A。本設(shè)計采用PWM直流脈寬調(diào)速，該方法有效地避免了串電阻調(diào)速其調(diào)速范圍小，平滑性低的缺點(diǎn)， IN_HS1、IN_HS2、IN_LS1、IN_LS2是單片機(jī)傳給MC33883脈沖信號的接口。

2.4 測速電路模塊設(shè)計

VCC_MCU為5V電壓，SIGNAL是編碼器的脈沖輸出端，SIGNAL和VCC_MCU之間接一個10K上拉電阻，然后將SIGNAL連接到單片機(jī)的PT7口，進(jìn)行脈沖。

2.5穩(wěn)壓芯片選擇及電源模塊設(shè)計：我們需要對配發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車模用蓄電池進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。單片機(jī)系統(tǒng)、激光管、接收管、車速傳感器電路，LED顯示電路等各個電路的工作電壓不同，我們需要設(shè)計方案來使得電壓滿足各自的要求。

3智能車電路板的設(shè)計

智能車的電路板設(shè)計是利用altium designer軟件設(shè)計的。在布線時信號線和電源線的寬度不同，信號線的寬度為10mil，穩(wěn)壓后的電源線為20mil或30mil，直接經(jīng)過電源的電源線為60mil。覆銅的時注意移除死銅，覆銅定義網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號為GND。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 程序開發(fā)和調(diào)試：本車在開發(fā)和調(diào)試中所使用的開發(fā)環(huán)境為Metrowerks 公司的集成開發(fā)環(huán)境 Metroworks CodeWarrior IDE4.6和與之配套使用的調(diào)試軟Hiwave，調(diào)試器為清華大學(xué)工程物理系開發(fā)的BDM，輔助調(diào)試工具有電視機(jī)、刻度尺，串口調(diào)試軟件等。

4.2 調(diào)試器：CodeWarrior IDE中的調(diào)試器不僅可以進(jìn)行在線調(diào)試，還可以進(jìn)行在線的仿真。在調(diào)試器中，我們可以看到定義的全局變量的變化和各個寄存器的當(dāng)前值，還可以看到單片機(jī)內(nèi)存中內(nèi)容等。此外，還有許多其他的實(shí)用功能，在賽車的調(diào)試過程中使用很是方便有效。

4.3系統(tǒng)程序流程圖：如圖6顯示程序開始進(jìn)行初始化，然后開始采集信息，在把采集到的信息進(jìn)行一些數(shù)據(jù)處理（這里可以用到模糊和PID算法），之后求出速度和轉(zhuǎn)向。為了形成閉環(huán)系統(tǒng)這里利用中斷進(jìn)行時時測速，保證小車速度不至于過快或過慢，形成閉環(huán)系統(tǒng)，使小車更快，更穩(wěn)定的完成比賽。

4.4 轉(zhuǎn)向舵機(jī)的控制程序的設(shè)計：一個周期采集完畢以后，要對傳感器的原始狀態(tài)進(jìn)行處理，我們規(guī)定當(dāng)激光傳感器照射到黑線記做1，白線記做0，12個傳感器分別賦予對應(yīng)的權(quán)值，當(dāng)有2個或者1個激光傳感器照射到黑線的時候，對它們的權(quán)值取平均值，最后單片機(jī)通過最終的偏移值計算出控制轉(zhuǎn)向舵機(jī)和速度分配值。

number是計算一共有幾個傳感器在黑線上，lost_number是計算所有在黑線上傳感器的偏移值，lost_location是計算激光傳感器的平均偏移值。

4.5 速度采集程序的設(shè)計：速度采集模塊需要定時采集速度，根據(jù)相同時間內(nèi)的脈沖數(shù)多少來判定速度的快慢，因而我們單獨(dú)開了一個PIT中斷，中斷定時周期為3MS，那么每當(dāng)經(jīng)過3MS，就讀取脈沖累加器計數(shù)器PACNT的值，然后將此值和設(shè)定速度的值進(jìn)行比較，完成對速度的閉環(huán)控制。 控制函數(shù)number_count變量是反饋的速度，用來傳遞給PID函數(shù)；TIME_INTER是速度給定；這里要注意的就是，當(dāng)進(jìn)行完畢速度讀取，PACNT寄存器一定要清零，防止脈沖的錯亂。

5 結(jié)論

我們在車模硬件及軟件上都有許多改進(jìn)與創(chuàng)新，采用上排激光管作為循跡傳感器。大大提高了前瞻距離和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。激光前瞻達(dá)到0.25米，大前瞻是保證高速度的前提條件。采用自己制作的單片機(jī)最小系統(tǒng)板。自己制作的單片機(jī)最小系統(tǒng)板，尺寸小，重量輕。即減輕了車模總重量，有方便了其它硬件布局。使得整個硬件系統(tǒng)布局更簡潔，性能更穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 第四屆全國大學(xué)生“飛思卡爾”智能汽車競賽杭州電子科技大學(xué)錢江一號隊(duì)技術(shù)報告，2009.

篇8

關(guān)鍵詞: Protel DXP; 印制電路板;設(shè)計;制版

電路設(shè)計的最終目的是生產(chǎn)制作電子產(chǎn)品，各種電子產(chǎn)品的使用功能與物理結(jié)構(gòu)都是通過印制電路板來實(shí)現(xiàn)的。印制電路板(PCB)是電子設(shè)備中的重要部件之一，其設(shè)計和制造是影響電子設(shè)備的質(zhì)量、成本的基本因素之一。因此，印制電路板(PCB)設(shè)計質(zhì)量直接影響著電子產(chǎn)品的性能。2002年7月底由Altium公司的Protel DXP電路設(shè)計軟件，由于其良好的操作性等優(yōu)點(diǎn)已成為電路設(shè)計者的新寵[1]。本文以Protel DXP為設(shè)計平臺對PCB板主要設(shè)計步驟及其內(nèi)容進(jìn)行了分析，以提高電路板備板的制作效率及可靠性。

一.原理圖設(shè)計

原理圖設(shè)計是整個Protel工程的開始，是PCB文檔設(shè)計乃至最后制版的基礎(chǔ)。一般設(shè)計程序是:首先根據(jù)實(shí)際電路的復(fù)雜程度確定圖紙的大小，即建立工作平面;然后從元器件庫中取出所需元件放到工作面上，并給它們編號、對其封裝進(jìn)行定義和設(shè)定;最后利用Protel DXP提供的工具指令進(jìn)行布線，將工作平面上的元器件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號連接起來，對整個電路進(jìn)行信號完整性分析，確保整個電路無誤。

1. 電路板規(guī)劃

電路板規(guī)劃的主要目的是確定其工作層結(jié)構(gòu)，包括信號層、內(nèi)部電源/接地層、機(jī)械層等。通過執(zhí)行菜單命令Design\Board Layers，在打開的對話框中可以控制各層的顯示與否，以及層的顏色等屬性設(shè)置。如果不是利用PCB向?qū)韯?chuàng)建一個電路板文件的話，就要自己定義PCB的形狀和尺寸。繪制時需單擊工作窗口底部的層標(biāo)簽，再由Place\Keepout 命令來單獨(dú)定義。該操作步驟實(shí)際上就是在Keep Out Layer(禁止布線層)上用走線繪制出一個封閉的多邊形，而所繪多邊形的大小一般都可以看作是實(shí)際印制電路板的大小。

2. 元器件的選擇

對元器件的選擇要嚴(yán)格遵循設(shè)計要求。在Protel DXP軟件中，常用的分立元件和接插件都在軟件分目錄Library 下Miscellaneous Device. Intlib和Miscellaneous Connectors. Intlib 兩個集成元件庫中。其它的元件主要按元器件生產(chǎn)廠商進(jìn)行分類，提供了型號豐富的集成庫。但是有時候出于個人設(shè)計的需要，設(shè)計者無法在庫文件中找到完全匹配的元器件，此時就只有通過制作工具繪制所需元器件。需要注意的是，繪制元件時一般元件均放置在第四象限，象限交點(diǎn)即為元件基準(zhǔn)點(diǎn)。

3.元器件的布局

Protel DXP 提供了強(qiáng)大的自動布局功能，在預(yù)放置元件鎖定的情況下，可用自動布局放置其他元件。執(zhí)行命令Tools\Auto Placement\Auto Placer，在Auto Place 對話框中選擇自動布局器。Protel DXP提供兩種自動布局工具:Cluster Placer 自動布局器使用元件簇算法，將元件依據(jù)連接分為簇，考慮元件的幾何形狀，用幾何學(xué)方法布放簇，這種算法適用于少于100 個元件的情況;Global Placer 自動元件布局器使用基于人工智能的模擬退火算法，分析整個設(shè)計圖形，考慮線長、連線密度等，采用統(tǒng)計算法，適用于更多元件數(shù)量的板圖。自動布局較方便，但產(chǎn)生的板并不是最佳方案，仍需要手工調(diào)整。

3.元器件的連線

連線很講究原則和技巧，走線應(yīng)盡量美觀、簡潔。一些設(shè)計人員在初期使用Protel DXP進(jìn)行設(shè)計時，只在表象上將元件連起，而出現(xiàn)“虛點(diǎn)”。導(dǎo)致在生成網(wǎng)絡(luò)報表時出錯。好的設(shè)計習(xí)慣是打開電氣網(wǎng)絡(luò)，使連線可以輕松連接到一個不在捕獲網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)體;打開在線DRC，監(jiān)控布線過程，違反規(guī)則的設(shè)計被立即顯示出來。完成預(yù)布線后，為了在自動布線時保持不變，需要對預(yù)布線鎖定。打開菜單Edit\Find Similar Objects，選擇要鎖定的對象。自動布線與交互式布線相結(jié)合可以很好地提高布線成功率和效率。自動布線的結(jié)果為手工調(diào)整提供參考。

二.電路仿真分析

所謂仿真是指在計算機(jī)上通過軟件來模擬具體電路的實(shí)際工作過程，并計算出在給定條件下電路中各關(guān)鍵點(diǎn)的輸出波形。電路的仿真是否成功取決于電路原理圖、元器件模型的仿真屬性、電路的網(wǎng)表結(jié)構(gòu)以及仿真設(shè)置等因素。仿真時首先通過Analyses setup對話框設(shè)置仿真方式并制定要顯示的數(shù)據(jù)。該軟件提供了解種分析仿真方式，包括直流工作點(diǎn)、直流掃描、交流小信號、瞬態(tài)過程、噪聲、傳輸函數(shù)、參數(shù)掃描等。設(shè)置好仿真環(huán)境后單擊OK按鈕，系統(tǒng)自動進(jìn)行電路仿真并顯示分析結(jié)果。通過對仿真結(jié)果的分析，設(shè)計者可以對電路進(jìn)行合理的調(diào)整，直到完全滿意。最后將設(shè)計好的原理圖通過打印輸出，以供制版使用。

三.制版工藝流程

1.雙面制板工藝流程(簡述)

電路設(shè)計覆箔板下料表面處理打印電路圖熱轉(zhuǎn)印補(bǔ)缺 腐刻(浸泡在1:4FeCl3溶液中腐刻)去膜涂助焊、防氧化劑 鉆孔焊接元件檢查調(diào)試 檢驗(yàn)包裝成品。

2.雙面制板工藝流程(簡述)

雙面覆銅板下料裁板數(shù)控鉆導(dǎo)通孔檢驗(yàn)、去毛刺刷洗化學(xué)鍍(導(dǎo)通孔金屬化) (全板電鍍薄銅) 檢驗(yàn)刷洗網(wǎng)印負(fù)性電路圖形、固化(干膜或濕膜、曝光、顯影) 檢驗(yàn)、修板線路圖形電鍍電鍍錫(抗蝕鎳/金) 去印料(感光膜) 蝕刻銅(退錫) 清潔刷洗網(wǎng)印阻焊圖形常用熱固化綠油(貼感光干膜或濕膜、曝光、顯影、熱固化，常用感光熱固化綠油) 清洗、干燥網(wǎng)印標(biāo)記字符圖形、固化(噴錫或有機(jī)保焊膜) 外形加工清洗、干燥電氣通斷檢測檢驗(yàn)包裝成品。其詳細(xì)說明這里不再贅述。

3.需要注意的問題

在初次表面處理時，需要用P240-320之間的水沙紙打磨覆銅表面，去除表面的氧化層。并且用5%FeCl3溶液浸泡1分鐘，以增強(qiáng)印墨的粘敷力。腐刻溶液的溫度最好在25℃左右。助防氧化劑是把松香按照:10的體積比，放入95%的酒精中浸泡24h以上形成的。鉆孔時，按所裝元件腳的直徑φ+0.2mm，選擇最接近標(biāo)稱值的鉆頭。

四.結(jié)束語

在集成電路不斷發(fā)展的時代，計算機(jī)輔助技術(shù)(CAD)突飛猛進(jìn)。熟練掌握Protel DXP軟件，將極大提高電子線路的設(shè)計質(zhì)量和效率。但要設(shè)計和制作出一塊優(yōu)良的PBC板，還需要不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。因此，廣大電子工程設(shè)計人員要在不斷的實(shí)踐中去體會，通過總結(jié)經(jīng)驗(yàn)努力提高設(shè)計和制作水平。

參考文獻(xiàn):

[1] 王廷才，王崇文. 電子線路計算機(jī)輔助設(shè)計Protel 2004[M]. 北京: 高等教育出版社，2006.

篇9

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 智能車 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng) 模塊化

中圖分類號：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-5349（2016）23-0051-02

實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)是人才培養(yǎng)的重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的動手能力，加深對所學(xué)專業(yè)知識的認(rèn)識具有不可替代的作用。但現(xiàn)階段，實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式陳舊，學(xué)生被動接受的內(nèi)容多，主動探究的機(jī)會少，嚴(yán)重制約了創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對電類專業(yè)目前實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問題，提出了CDIO教學(xué)模式，即從Conceive（構(gòu)想）、Design（設(shè)計）、Implement（實(shí)施）、到Operate（操作）全流程的教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生主動參與訓(xùn)練項(xiàng)目的積極性，在真設(shè)備、真項(xiàng)目和真要求的驅(qū)動下，實(shí)現(xiàn)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)。我院測控技術(shù)與儀器專業(yè)工程項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)采用了CDIO教學(xué)模式，為此開發(fā)設(shè)計了基于單片機(jī)的智能車實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由10個功能模塊組成，可根據(jù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容要求構(gòu)建硬件電路，可完成智能車的循跡、避障、調(diào)速、語音報警、車速和里程顯示及遙控等功能，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計、軟件編程、硬件調(diào)試的綜合能力，提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新能力。

一、整體設(shè)計思路

以AT89S52為核心控制器。車體選用標(biāo)準(zhǔn)車架模型改裝而成，霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)測速和里程統(tǒng)計，紅外傳感器進(jìn)行軌跡跟蹤，超聲波傳感器避障，藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)無線控制，直流電機(jī)對車進(jìn)行轉(zhuǎn)向和行動控制，H橋電路實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動。本系統(tǒng)基于完備的軟硬件系統(tǒng)，很好地實(shí)現(xiàn)了小車的自動循跡和避障，遇到障礙物時，能進(jìn)行語音報警和自動減速，通過液晶LCD1602顯示車速、里程和距離障礙物距離。

系統(tǒng)由微控制器、電源模、功能按鍵、顯示、電機(jī)驅(qū)動、語音模塊、藍(lán)牙、紅外傳感器、超聲波避障、車速檢測等10個功能模塊構(gòu)成。如圖1所示，系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計，學(xué)生可根據(jù)設(shè)計需要，完成不同功能智能車的硬件搭建和軟件調(diào)試，通過藍(lán)牙無線通信模塊，可實(shí)現(xiàn)智能車的遙控。

二、智能車實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)硬件性能的好壞決定了整個系統(tǒng)的運(yùn)行情況，能否穩(wěn)定而可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)就取決于硬件電路的質(zhì)量。核心控制器采用AT89S52構(gòu)成最小系統(tǒng)，紅外傳感器模塊采用4組紅外對管構(gòu)成循跡電路，測距采用HC-SR04超聲波模塊，液晶顯示電路采用1602，電機(jī)驅(qū)動采用L298構(gòu)成H橋電路，語音模塊采用ISD1760構(gòu)成，使用了藍(lán)牙通信模塊HC-06實(shí)現(xiàn)無線通信，電源電路采用7805和LM1117將96V鋰電池轉(zhuǎn)換為5V和33V，除電機(jī)驅(qū)動模塊需96V和藍(lán)牙模塊使用33V外，其他模塊均采用5V供電。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，開放式接口，方便學(xué)生連線。

電機(jī)驅(qū)動電路采用L298N構(gòu)成H橋電路，可同時驅(qū)動2個直流電機(jī)，如圖2所示，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電機(jī)， 5（IN1），7（IN2），10（IN3），12（IN4）腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，這四個引腳輸入PWM脈沖，假設(shè)IN1輸入一個PWM脈沖，IN2輸入與IN1相反的PWM脈沖電機(jī)正轉(zhuǎn)，相反的PWM可以由程序設(shè)置，若要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)，則IN1、IN2輸入與正轉(zhuǎn)相反的脈沖即可實(shí)現(xiàn)， EN1、EN2為使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。當(dāng)使能端為低電平時，芯片不會工作。

t外循跡模塊采用紅外對管構(gòu)成，如圖3所示，一體化紅外發(fā)射接收IRT中的發(fā)射二級管導(dǎo)通，發(fā)出紅外光線，經(jīng)反射物體反射到接收管上，使接收管的集電極與發(fā)射極間電阻變小，輸入端電位變低，當(dāng)紅外光線照射到黑色條紋時，反射到IRT中的接收管上的光量減少，接收管的集電極與發(fā)射極間電阻變大，三極管截止，三極管的集電極C為高電平，再經(jīng)反相器后輸入到單片機(jī)的信號為低電平。在三極管的基極B和發(fā)射極E接一個01pF的電容，減少電路中的“毛刺”，以減輕電路的干擾。由于光電傳感器受外界的影響較大，容易引起單片機(jī)的誤判，因此我們在電路中加入了一個可調(diào)電位器（阻值為10K），通過調(diào)整電位器，改變光電傳感器的輸入電流從而改變其靈敏度。

三、測試結(jié)果

實(shí)訓(xùn)過程中，以智能車為訓(xùn)練平臺，根據(jù)設(shè)計要求構(gòu)建硬件電路，先進(jìn)行基礎(chǔ)訓(xùn)練，然后采用項(xiàng)目驅(qū)動式，拓展任務(wù)，創(chuàng)新性地進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，通過在智能車平臺上安裝不同的功能模塊來完成某種特定的任務(wù)，為了測試智能車實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的性能，制作了智能車的樣機(jī)，經(jīng)過試驗(yàn)測試，該智能車樣機(jī)能夠準(zhǔn)確判斷跑道的邊界線并分析出跑道的走向，可以實(shí)現(xiàn)自主循跡功能、避障功能和語音報警等功能。

四、總結(jié)

本文設(shè)計了基于單片機(jī)的智能車實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計，搭建方便、靈活組合，功能多樣，使學(xué)生在該系統(tǒng)上進(jìn)行硬件電路設(shè)計、軟件程序設(shè)計和綜合調(diào)試等，極大地提高了學(xué)生的實(shí)訓(xùn)熱情和實(shí)踐動手能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]狄春紅.中央空調(diào)實(shí)訓(xùn)臺實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的開發(fā)與應(yīng)用[J].職大學(xué)報，2013（6）：73-75.

[3]孫涵，任明武，唐振民等.基于機(jī)器視覺的智能車輛導(dǎo)航綜述[J].公路交通科技， 2005， 22（5）：132-135.

篇10

智能小車作為無人駕駛的智能交通探索的一部分，具有重要的理論和應(yīng)用價值。以兩輛智能小車串行前進(jìn)的運(yùn)動模式為背景，提出了具有實(shí)用價值的自適應(yīng)防撞算法，并對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計、開發(fā)實(shí)現(xiàn)和測試。該系統(tǒng)分為前向車和后追車，兩車以MC9S12XS128MAA為控制核心，采用激光和紅外尋跡探測傳感器，超聲波模塊負(fù)責(zé)前向測障，無線通信模塊負(fù)責(zé)兩車間信息交換，基于PID （proportional integral differential）算法對小車進(jìn)行自主運(yùn)行控制。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明：所提供的設(shè)計方案可行，對探索無人駕駛智能交通系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：智能小車;自適應(yīng);PID;追逐;防撞

中圖分類號：TP212.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1005-3824（2014）05-0062-05

0 引 言

上世紀(jì)90年代，國外提出智能公交系統(tǒng)概念，智能車輛則是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。智能車輛技術(shù)包含了計算機(jī)、移動通訊、自動控制等使車輛更具舒適性、娛樂性、安全性、方便性的多項(xiàng)技術(shù)，而基于PC平臺的汽車信息化是實(shí)現(xiàn)智能車輛技術(shù)的基礎(chǔ)和必要條件^[1]。

2010年12月，吉利汽車與中國聯(lián)通聯(lián)合推出3G“智能汽車”，標(biāo)志著國內(nèi)智能汽車已經(jīng)進(jìn)入了一個高速發(fā)展的時代，并逐漸從單一的智能汽車開始向“車聯(lián)網(wǎng)”時代進(jìn)軍，高安全性和高穩(wěn)定性是智能汽車研發(fā)的主要需求。目前，國內(nèi)“飛思卡爾杯”智能汽車競賽一定程度上帶動了智能小車研究的發(fā)展。智能汽車競賽以快速發(fā)展的汽車電子為支撐，涵蓋了控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機(jī)、機(jī)械等多個學(xué)科交叉，不僅能有效快速地提升參賽者的自主創(chuàng)新能力，對于國內(nèi)相關(guān)學(xué)科學(xué)術(shù)水平的提高也有積極的推動作用^[2-3]。

本文從智能汽車自主運(yùn)行的防撞需求出發(fā)，提出構(gòu)建基于freescale S12系列單片機(jī)的雙智能小車系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩輛小車在跑道上自適應(yīng)的防撞前行，為智能汽車的智能化行駛研究提供一個可行的方案。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

基于輕量化的選擇和電路板的設(shè)計，選擇體積小的MC9S12XS128MAA單片機(jī)作為核心控制單元。根據(jù)自適應(yīng)防撞需求對前后車輛要求的不同，前后車輛配置不同的硬件。前向車為了保持較好的穩(wěn)定性和靈敏性，采用前瞻較大的激光傳感器用于循跡^[4]。前向車的系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 前向車系統(tǒng)組成框圖

后追車考慮用超聲波傳感器感知的距離信息和安裝位置較低的紅外傳感器循跡來控制車輛的行進(jìn)速度和舵機(jī)轉(zhuǎn)向。后追車的系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

圖2 后追車系統(tǒng)組成框圖

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1 前向車硬件組成

車輛整體硬件電路設(shè)計遵循低功耗，電路簡單可靠，前瞻合適，控制芯片資源合理化使用的原則，設(shè)計了一些低功耗并且控制簡單的電路。電路板的制作也進(jìn)行了最小化設(shè)計，為機(jī)械設(shè)計打好基礎(chǔ)。

智能車系統(tǒng)以freescale的MC9S12XS128MAA16位單片機(jī)為控制核心。電源管理模塊選用7.2 VNi-Cd電池供電，因?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)、用于路徑識別的光電傳感器、光電碼編碼器等均需要5 V電源，控制轉(zhuǎn)向的伺服電機(jī)和轉(zhuǎn)頭電機(jī)工作電壓范圍為56 V。直流電機(jī)可以使用電池直接供電，由于整體電路設(shè)計功耗低，因此可以采用TPS7350作為單片機(jī)和傳感器模塊，以及編碼器的供電電源，采用TPS7301作為舵機(jī)供電的可調(diào)電源。

電機(jī)驅(qū)動采用大功率BTS7970作為驅(qū)動芯片，BTS7970執(zhí)行抱死剎車優(yōu)勢明顯。單個的芯片內(nèi)部為MOS半橋電路，這里選擇兩片進(jìn)行對接形成全橋驅(qū)動。轉(zhuǎn)向舵機(jī)選用體積較小的T170A ，控制傳感器模塊的隨動舵機(jī)選用S3010。控制頻率均為100 Hz，采用雙電源控制。

前向車的道路信息采集傳感器選用前瞻較大的激光傳感器。在對單排固定和雙排固定方案進(jìn)行對比測試后，激光傳感器的控制電路選用轉(zhuǎn)向隨動控制方案，采用四路接收、八路發(fā)射作為路徑識別的傳感器方案，即一路接收對應(yīng)兩路發(fā)射的這種較容易對準(zhǔn)的方案，發(fā)射管采用分時發(fā)射電路，以減小功率消除干擾。在對多個分時控制電路方案進(jìn)行測試后，選擇MAX4638作為模擬八選一的選通開關(guān)，其性能相當(dāng)于高速繼電器，可以產(chǎn)生多個共用電路，有助于簡化電路設(shè)計。工作于5 V電壓，其內(nèi)阻只有3.5 Ω，某一時刻只有一個選通，因此電路功率不高，增強(qiáng)了抗干擾能力。

在速度較高時普通碼盤會出現(xiàn)輸出不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此智能車的測速裝置選用光電編碼器，其可輸出500脈沖/轉(zhuǎn)，滿足測速要求。

2.2 后追車硬件組成

后追車的主控電路、主板電路以及電機(jī)驅(qū)動等硬件與前向車基本一致。由于后追車使用超聲波傳感器進(jìn)行前向掃描測距，因此需增加超聲波模塊。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上為保證超聲波模塊的架高設(shè)置，后追車選用架設(shè)位置相對較低的紅外傳感器進(jìn)行軌道循跡， 紅外傳感器采用7路ST188紅外對管架設(shè)電路。為增加超聲波模塊的掃描范圍，超聲波模塊采用舵機(jī)控制。

超聲波測距是借助于超聲脈沖回波渡越時間來實(shí)現(xiàn)的，即經(jīng)發(fā)射器發(fā)射出波長約6 mm，頻率為40 kHz 的超聲波信號，此信號被物體反射回來由接收頭接收，產(chǎn)生mV級的微弱電壓信號。設(shè)超聲波脈沖由傳感器發(fā)出到接收所經(jīng)歷的時間為t，超聲波在空氣中的傳播速度為c，則從傳感器到目標(biāo)物體的距離可表示為：D=c?t2。超聲波測距模塊原理如圖3所示。

圖3 超聲波測距原理框圖

為了能實(shí)現(xiàn)2個小車之間的自適應(yīng)防撞，本系統(tǒng)采用無線通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 確保2個小車之間的通信和相互協(xié)調(diào)。系統(tǒng)選用高度集成超低功耗半雙工微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊UTC1212，片上集成嵌入高性能低功耗STM8L101處理器，采用最新一代高性能射頻芯片SX1212。其中SX1212創(chuàng)新的采用高效的循環(huán)交織糾檢錯編碼，使抗干擾和靈敏度都大大提高，模塊提供了多個頻道的選擇，可在線修改串口速率，發(fā)射功率，射頻速率等各種參數(shù)，二次開發(fā)簡單方便，也可以通過MCU來設(shè)置常規(guī)參數(shù)，模塊電壓范圍為2.13.6 V，在接收狀態(tài)僅僅消耗3.2 mA，有4種工作模式。傳輸距離在500 m左右，其UTC1212模塊共有7個引腳，如表1所示。

表1 UTC1212引腳作用分配

管腳名稱方向說明

1GND無地線

2VCC無電源 2.13.6 V

3SET_A輸入和 SET_B 組合用于選擇模塊工作模式

4RXD輸入串口輸入口，TTL 電平

5TXD輸出串口輸出口，TTL 電平。

6AUX輸出用于模塊工作狀態(tài)指示

7SET_B輸入和 SET_A 組合用于選擇模塊工作模式

無線模塊工作時通常處于接收狀態(tài)，一旦收到數(shù)據(jù)，就將已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)通過UART輸出，這時可以用單片機(jī)通過中斷接收方式將數(shù)據(jù)讀取并存儲，便于處理（如比對、數(shù)據(jù)顯示等）。當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，把待發(fā)送數(shù)據(jù)通過UART接口傳輸U(kuò)TC1212模塊，模塊收到數(shù)據(jù)后就自動無線發(fā)送，發(fā)送完畢后自動切換到接收模式。無線模塊共有四種工作模式，可相互轉(zhuǎn)換，利用SET_A和SET_B管腳進(jìn)行設(shè)置。如表2所示。

表2 無線模塊工作模式

工作模式模式含義

模式 1 SET_A=0 SET_B=0正常模式，該模式下可以收發(fā)數(shù)據(jù)

模式 2 SET_A=0 SET_B=1喚醒模式，該模式下可以收發(fā)數(shù)據(jù)

模式 3 SET_A=1 SET_B=0省電模式，該模式下可以收發(fā)數(shù)據(jù)

模式 4 SET_A=1 SET_B=1休眠/配置模式，該模式下不可以收發(fā)數(shù)據(jù)

無線模塊與單片機(jī)的接線如圖4所示。

圖4 無線模塊與單片機(jī)的接線

3 系統(tǒng)控制策略

3.1 傳感器及舵機(jī)控制策略

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，傳感器隨動運(yùn)行，始終保持傳感器信息中心對準(zhǔn)軌道黑線，這就要求在行進(jìn)過程中對帶動傳感器板的舵機(jī)進(jìn)行基于PID算法的隨動控制^[5-6]。具體控制策略如下：設(shè)置2個控制變量e和w，e為軌道黑線相對于傳感器板中心位置的偏差，w為舵機(jī)脈寬調(diào)制的占空比。為了使傳感器板無穩(wěn)態(tài)誤差地跟隨黑線，首先需要有積分環(huán)節(jié)，此時w=∫ki?edt（ki為積分系數(shù)，決定積分的強(qiáng)弱）。

為了減小干擾，采用增量式控制：Δw=ki?Δe。但該方法只在低車速時才能較好地工作，一旦速度較高傳感器板就會偏離黑線，不得不提高ki使傳感器板轉(zhuǎn)動的響應(yīng)速度加快，但這將導(dǎo)致新的問題出現(xiàn)：在經(jīng)過急彎后傳感器板會不停地左右搖擺，即出現(xiàn)控制理論上的震蕩現(xiàn)象，此時系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，應(yīng)增加比例環(huán)節(jié)以提高傳感器板轉(zhuǎn)動的響應(yīng)速度。但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)固定比例系數(shù)ki所取得的控制效果并不好，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)原因在于：傳感器板采集的是離散值，且離散值的總數(shù)有限，故比例系數(shù)設(shè)置過小導(dǎo)致動作不明顯，比例系數(shù)設(shè)置過大將導(dǎo)致動作不連續(xù)，即ki小傳感器板穩(wěn)定但反應(yīng)慢，ki大傳感器板反應(yīng)快但不穩(wěn)定。這就要求在運(yùn)行過程中根據(jù)需要動態(tài)地改變ki，根據(jù)實(shí)際調(diào)試確定如下規(guī)則：kmin≤ki≤kmax（kmin，kmax根據(jù)實(shí)際的調(diào)試效果進(jìn)行確定）。

當(dāng)e大于某值時，此時黑線偏離傳感器板中點(diǎn)較多，說明傳感器板跟不上黑線，故增加ki來加快傳感器板的轉(zhuǎn)動。當(dāng)e小于某值時，此時黑線偏離傳感器板中點(diǎn)不多，為了防止出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，應(yīng)減小ki。

若前述條件都不滿足且e?pe<0（pe 為上一次的e），說明系統(tǒng)發(fā)生震蕩，即傳感器板偏轉(zhuǎn)過度或出現(xiàn)其他錯誤，應(yīng)減小ki使傳感器板穩(wěn)定或減弱因錯誤引起的不良后果。

對于轉(zhuǎn)向舵機(jī)的控制采用分段比例加微分的方式;彎道控制采用直道加速，進(jìn)彎減速，入彎后加速的方式^[7-8]。

3.2 車輛跟隨防撞的反饋控制

為避免兩車在跟隨前進(jìn)過程中出現(xiàn)追尾碰撞，后追車的超聲波模塊根據(jù)車輛的移動狀態(tài)實(shí)時進(jìn)行車距檢測^[9]，當(dāng)超聲波檢測到前方有小車時，如果距離為1 m后車開始減速;如果距離為30 cm以內(nèi)，無線模塊向前車發(fā)送指令，前車開始加速;如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，則后追車在距離為10 cm時主動停車^[10]。

4 自適應(yīng)追逐防撞系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1 控制算法的軟件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)智能車追逐防撞系統(tǒng)各個模塊的設(shè)計，對前向車和后追車的控制算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，兩車的控制流程如圖5所示。

4.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)

為了保證智能車自適應(yīng)追逐防撞系統(tǒng)的高速穩(wěn)定運(yùn)行，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方面盡量保證車輛的重心低、重心位置靠后;并對車模的機(jī)械部分做如下調(diào)整：

圖5 智能車主體控制軟件流程

1）前輪傾角調(diào)整。

對前輪調(diào)整的目的是希望改善車模在行進(jìn)中前輪的轉(zhuǎn)彎性能，提高小車轉(zhuǎn)彎的靈活性。因此調(diào)整前輪使主銷內(nèi)傾和后傾。經(jīng)過測試，這樣的調(diào)整有助于提高車在運(yùn)行狀態(tài)下的穩(wěn)定性。

2）舵機(jī)安裝位置調(diào)整。

舵機(jī)的原裝位置對智能車的方向控制極為不利，舵機(jī)的傳動效率低，空轉(zhuǎn)行程大，反應(yīng)時間長，并且容易在與其它的結(jié)構(gòu)連接處發(fā)生卡死現(xiàn)象。為了克服舵機(jī)在機(jī)械上的不利影響，對原裝車體更改了舵機(jī)的安裝位置，將原來舵機(jī)的多機(jī)構(gòu)傳動改為直接傳動，這樣可減少舵機(jī)傳動機(jī)構(gòu)之間的復(fù)雜連接關(guān)系，提高效率，減少機(jī)械結(jié)構(gòu)上的反應(yīng)時間，便于對轉(zhuǎn)向的精確控制。

3）減震調(diào)整。

減震調(diào)整包括松緊程度的調(diào)整和小車重心高度的調(diào)整。由于小車被設(shè)定是在平坦的道路上行走，因此太靈活的減震系統(tǒng)對小車來說并不是一個有利的因素，太松太緊的減震易使小車震動劇烈，不利于激光傳感器對信號的接收，故適當(dāng)調(diào)節(jié)減震彈簧的松緊程度，可改善小車的性能，降低震動對傳感器接收信號的影響。另一方面，過高的重心不利于小車轉(zhuǎn)彎，降低了小車的穩(wěn)定性^[11]，尤其在高速情況下更明顯，常發(fā)生小車在轉(zhuǎn)彎時車輪離地的現(xiàn)象，一旦有輪子離開地面，車輪便會失去有效的驅(qū)動力，故降低重心高度可在一定程度上避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。通過調(diào)節(jié)減震拉桿的長度來調(diào)節(jié)小車重心的高度，以低到不影響小車過坡道為原則。

4）電池安裝位置調(diào)整。

在實(shí)際的調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，小車電池的安裝位置對齒輪的傳動有影響，電池左側(cè)會碰觸中間的差速結(jié)構(gòu)，再加上車模底板的塑料強(qiáng)度不高，導(dǎo)致小車在運(yùn)動時差速齒輪與電機(jī)的銅齒時而嚙合時而分離，一段時間之后就會把差速齒輪磨平，不利于傳動，為此特意將電池的安裝位置向后移動，直到脫離中間的差速機(jī)構(gòu)，這有利于將小車整體的重心后移，從而降低舵機(jī)的負(fù)荷。

4.3 傳感器的安裝

由于前向車的傳感器采用隨動結(jié)構(gòu)，在隨動舵機(jī)的安裝、傳感器高度和前瞻的對比上都需要考慮車體重心的問題，在最大化降低重心的基礎(chǔ)上，保證傳感器40 cm以上的前瞻。后追車由于對超聲波傳感器進(jìn)行了舵機(jī)架高，因此紅外傳感器板裝于車前。

經(jīng)過設(shè)計和調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)的智能小車自適應(yīng)追逐防撞系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 智能車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5 結(jié)束語

本文基思卡爾智能小車對雙車自適應(yīng)追逐防撞系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討。基于系統(tǒng)總體設(shè)計和模塊構(gòu)建，并最終調(diào)試完成了智能小車自適應(yīng)追逐防撞系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，達(dá)到在預(yù)定軌道上自主循線、PID運(yùn)行控制、超聲波測距、無線通信和追逐防撞的設(shè)計目標(biāo)。對探索無人駕駛車輛及其協(xié)同運(yùn)行的自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)方法和機(jī)制提供了可借鑒的新思路。

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作者簡介：

羅吉生（1966），男，云南省曲靖市人，工程師，主要從事企業(yè)計量技術(shù)及企業(yè)儀器儀表自動化技術(shù)的運(yùn)用和管理。

Adaptive follow-up tracing anti-crash system for smart mini-cars

LUO Jisheng

（Yunnan Qujing Steel Holding Group Co.Ltd， Qujing 655003，P.R.China）