南京工程学院车辆工程系本科毕业设计(论文)
3.5 舵机驱动模块设计
一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成，舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。其中，直流马达提供了原始动力，带动减速齿轮组，产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，输出扭力也愈大，越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。
舵机的输入线共有三条:红色中间，是电源线，一边黑色的是地线，这两根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。电源有两种规格:4.8V和6.0V，分别对应不同的转矩标准，即输出力矩不同，6.0V对应的要大一些，具体看应用条件；另外一根线是控制信号线。
本设计中使用的舵机为SANWAHS-925。如图3.16所示，该舵机的工作角度为:45度/400us，有两种工作电压，分别是4.8V和6.0V。工作电压为4.8V时，速度为0.11sec/60，堵转力矩为6.1kg.m。工作电压为6.0V时，速度为0.08sec/60，堵转力矩为7.7kg.cm。在设计中，为了提高舵机的响应速度和工作力矩，采用6.0V工作电压。硬件电路如图3.17所示。
图3.16 舵机HS-925外形 图3.17 舵机控制电路图
3.6 后轮电机驱动模块设计
3.6.1 驱动电机介绍
智能车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电动机是最早出现的电动机，也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，较高的效率，优异的动态特性。
本次设计采用的驱动电机为RS-380电机，工作在7.2V电压下，空载电流为0.5A，转速为16200r/min。在工作电流为3.3A，转速达到14060r/min，工作效率
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最大。它的外形如图3.18所示。
图3.18 驱动电机外形图
RS-380SH型电机机械负载特性如表3.2所示。
表3.2 驱动电机负载特性
电压 工 作 范 围 正 常 空载 速 度 电 流 最高效率 速 度 电 流 mN. g. M cm 扭 矩 输 出 W mN. g. M cm A 堵转 扭 矩 电流 r/min A r/min A 3～9 7.2 16200 0.5 14060 3.29 10.9 111 16 82.3 839 21.6 RS-380SH型电机特性曲线图如图3.19所示。
图3.19 驱动电机特性曲线图
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3.6.2 电机的驱动控制
近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化，随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，使采用全控型的开关功率元件进行脉冲调制(pulse width modulation简称PWM)控制方式己成为主流这种控制方式很容易在单片机控制中实现。采用专用集成电路芯片可以很方便地组 成单片机控制的小功率直流伺服系统。本设计选用的驱动芯片是飞思卡尔半导体公司的H桥式驱动器MC33886。其引脚图如图3.20所示。
图3.20 MC33886引脚图
MC33886的引脚功能说明如下：
PGND和AGND电源和接地引脚。电源和接地引脚要连在一起并与低阻抗连接。
Vpwr为电源驱动引脚。所有的电源驱动引脚在印制电路板上必须连接在一起。并要以最短的路径布线，以将阻抗降到最低。该引脚有一电压下限。当提供的电压低于这个下限值，输出电源开关动作，使输出处于三态状态，FS标志和引脚被设置为低电平。当提供的电压恢复后，则引脚和FS标志自动恢复到高电平。
FS为驱动FS输出。需外接上拉电阻后接5V电源。
IN1, IN2, D1, D2。这些引脚使控制输出的输入引脚。带滞后CMOS兼容。IN1和IN2分别独立控制输出1和2。D1、D2免输入用于控制H桥的三态时能输出。当D1=高电平或D2=低电平，输出1和2使三态使能状态，驱动电路步工作，Ipwr电流减小。
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OUT1 、OUT2。输出是6.5A电流的PWM脉冲信号。输出也有三态和滞后的短路电流保护。
短路及过流保护。如果输出被检测到过流，输出电源打开三态，FS标志变为逻辑高电平。如果D1由高电平变成低电平或者D2从低电平变成高电平，输出开关重新打开同时FS标志重置为高电平。输出总是在工作温度范围内提供驱动连接并随着输入的变化而变化。
PWM电流限制。正常工作状况下的最大电流是6.0-8.5A。当达到最大电流值时，输出在20微妙内变成三态。时间常数与负载特性相一致。在三态期间输出电流逐渐减少直到下一个ON循环开使。
PWM电流限制值取决于驱动连接温度。当温度使-40-160摄氏度时，Imax在6.0-8.5A之间。当温度超过160摄氏度，Imax的值线性的减少到2.5A。当温度达到175摄氏度或高于175摄氏度或驱动达到Tlim。这个特性允许驱动工作一段时间但是当温度高于160摄氏度时，输出性能逐渐衰减。
高温断开和迟滞现象。在高温条件下，驱动输出三态而不受输入控制，FS标志被设置逻辑低电平。若D1电压由高电平变为低电平或D2从低电平变成高电平，输出开关重新打开，提供低于最高温的温度三态限制减少迟滞。FS被重置为高电平。
Ccp电荷输出引脚。在该引脚与PGND之间连接一个过滤电容（33nf）。该驱动能够在没有外部电容器的条件下运行。该电容能够由利于减少噪音，允许驱动在最大速度、最长的时间以及最大的PWM频率下运行。 工作特性:
(1)5V到40V的连续操作。
(2)可以接受TTL或CMOS以及与它们兼容的输 (3)PWM控制频率可以达到10kHz。
(4)通过PWM的通一断来控制驱动电流的大小。 (5)内部设有短路保护，欠压保护电路。 (6)内部设有错误状态报告功能。
通过电机驱动，控制驱动电机两端的电压可以使小车的加速运行，也可对小车进行制动控制。在应用中，为了给小车提供强劲的动力，把MC33886的两个半桥并联来增强驱动能力。本次设计也是应用了两个MC33886来驱动电机，这样设计不仅可以提高电机的输入电流，增大电机的实际功率，使电机能在不增加动力源的情况下，性能大幅度提高；还可以减小单片MC33886的功耗，MC33886发热现象比较严重，上面须加上一定面积的散热片来缓和一下，在这里用两片MC33886来为同一个电机供能，可以有效地减小单片MC33886的功耗，发热现
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象也可以得到部分缓解。
如图3.21所示，电机驱动电路的电源可以直接用电池两端的电压。通过两路PWM脉冲信号来驱动电机，PWM脉冲信号通过输入引脚输入，以调节其对应的输出口电压，从而使得电机两端电压产生一个压差，MCU通过改变脉冲的占空比即可调节电机的转速。由于小车在启动过程中往往会产生和很大的电流冲击，一方面会对其他电路造成电磁干扰；另一方面由于电池内阻造成电池两端的电压下降，甚至会低于稳压电路所需的最低电压值，产生单片机复位现象。为了克服启动冲击电流产生的影响，在电源中增加了电容值较大的电解电容C9。使其在启动时驱动电路输出电压有一个渐变的过程，使得电机启动速度略为降低从而减小启动冲击电流的幅度。
图3.21 33886驱动电机模块电路
3.7系统抗干扰设计
抗干扰措施分为硬件措施和软件措施。采取合适的硬件措施可消除大部分的干扰，软件措施作为后背技术消除已进入系统的干扰。由于软件抗干扰措施是以CPU为代价的，应合理使用软件方法，避免影响CPU在系统中的正常运行。因
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