TOP1智能汽車控制系統(tǒng)電路設(shè)計攻略

　　智能車又稱為無人駕駛汽車，屬于輪式移動機器人的一種，是一個集環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、自動駕駛等多功能于一體的綜合系統(tǒng)。智能汽車技術(shù)將許多領(lǐng)域聯(lián)系在一起，如計算機科學(xué)、人工智能、圖像處理、模式識別和控制理論等。智能汽車與一般所說的自動駕駛有所不同，它更多指的是利用GPS 和智能公路技術(shù)實現(xiàn)的汽車自動駕駛。這種汽車不需要人去駕駛，因為它裝有相當于人的“眼睛”、“大腦”和“腳”的電視攝像機、電子計算機和自動操縱系統(tǒng)之類的裝置，這些置都裝有非常復(fù)雜的電腦程序，所以這種汽車能和人一樣會“思考”、“判斷”、“行走”，可以自動啟動、加速、剎車，可以自動繞過地面障礙物在復(fù)雜多變的情況下，能隨機應(yīng)變，自動選擇最佳方案，指揮汽車正常、順利地行駛。

　　電路系統(tǒng)是智能汽車硬件系統(tǒng)的核心，對于本硬件電路系統(tǒng)而言，穩(wěn)定性是需要優(yōu)先保證的性能指標，畢竟跑完全程才是取得成績的前提。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)當綜合考慮智能汽車的動力性、重心及電路板的緊湊性等其他指標。

　　電機驅(qū)動模塊

　　電機驅(qū)動模塊為智能汽車的行駛提供動力，它的性能直接影響到后輪電機的控制性能，包括加速、減速與制動等性能。本文采用MOSFET 驅(qū)動芯片加全橋驅(qū)動方案，只需合理的選擇MOSFET驅(qū)動芯片和功率MOSFET 以保證性能即可。電路圖如圖6 所示。

　　舵機驅(qū)動模塊

　　舵機負責智能汽車的轉(zhuǎn)向，舵機模塊能否穩(wěn)定工作直接影響到智能汽車在賽道上高速行駛時的穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)向時的靈敏度和精確度。舵機工作原理為：舵盤角位由單片機發(fā)出的PWM 控制信號的脈寬決定，舵機內(nèi)部電路通過反饋控制調(diào)節(jié)舵盤角位。由于自身即為角度閉環(huán)控制，而且性能較好，故系統(tǒng)中就不必考慮外加舵機閉環(huán)。舵機驅(qū)動模塊電路如圖7 所示。舵機驅(qū)動模塊同樣屬于功率部分，用6N137光耦進行信號隔離。

　　智能車輛是一個涉及多領(lǐng)域的復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，要達到實用的目的，還要進一步深入下研究去，還有許多工作要做。在硬件上還需要解決因攝像頭自身精度的差異或其因外部因素丟失數(shù)據(jù)導(dǎo)致影響智能車正常運行的問題，增強抗干擾能力；在軟件上，還需要進一步優(yōu)化算法，控制系統(tǒng)是智能汽車的核心內(nèi)容，針對智能汽車的功能需求，對智能汽車控制系統(tǒng)關(guān)鍵模塊進行了研究，設(shè)計的各模塊被應(yīng)用于“飛思卡爾”智能汽車中，文中各圖對智能汽車的研究具有啟發(fā)作用。

　　汽車收音機應(yīng)用環(huán)境的特殊性對電路性能具有更高的要求，而射頻電路的設(shè)計是實現(xiàn)高性能的關(guān)鍵。本文介紹了TDA7513的射頻電路設(shè)計方法，根據(jù)實際設(shè)計經(jīng)驗提出了提高射頻電路EMC特性和噪聲特性的設(shè)計方法和措施，并指出了射頻電路性能測試的注意要點。射頻電路是收音機電路設(shè)計的重點和難點，如果射頻電路設(shè)計不好，收音機的噪限靈敏度和信噪比以及其它技術(shù)指標都會大大下降，甚至只能手動收到很少的幾個廣播電臺，自動搜索電臺功能失效。從收音機天線端的廣播信號場強來看，信號的動態(tài)范圍非常大，尤其是汽車收音機所處的環(huán)境變化快而大。

　　收音機射頻電路通常很難集成進IC 中，一般由分離元件組成前置低噪聲放大器（LNA）和諧振帶通濾波器。汽車收音機射頻電路的作用從時域上看是要將微弱的廣播信號放大，通過自動增益控制電路（AGC）為后級混頻器提供穩(wěn)定的載波信號強度；從頻域上看，它要跟蹤所選擇的電臺信號，濾除掉干擾信號如鏡像頻率（》60dB抑制）和本振頻率，改善射頻信號質(zhì)量。

　　射頻電路設(shè)計

　　圖1是我們設(shè)計的汽車收音機射頻電路方框圖，它由天線濾波器和射頻低噪聲放大器以及諧振帶通濾波器組成。該款汽車收音機的設(shè)計目標是噪限靈敏度為 0dBu（30dB S/N）、音頻信噪比64dB、自動搜索靈敏度小于10dBu，具有較強的抗鄰頻道干擾和其它干擾信號能力，實現(xiàn)MCU全自動調(diào)整功能。

　　圖2是汽車收音機TDA7513的FM收音機部分射頻前端電原理圖。C31、C32、D2（1SV172）、 C44組成調(diào)頻波段天線信號調(diào)節(jié)電路，1SV172是VHF~UHF頻段天線信號衰減器，它是電流控制型元件，隨著電流的增大其阻抗減小。它受控于后級 FM寬帶AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGC電流，起控點為天線信號電平57dBu。L5、C36、V2（KV1410）、C43、R19、C45組成天線帶通濾波器，帶寬為12MHz左右。該天線濾波器可以人工用無感調(diào)批調(diào)節(jié)射頻線圈L5，也可以通過MCU調(diào)節(jié)變?nèi)?a target="_blank">二極管V2，從而實現(xiàn)自動調(diào)整功能。

　　Q2（3SK126）、C38、R15、R20、C46、R21、C47、C41、R17組成低噪聲射頻放大器，增益為30dB。本設(shè)計中選用N溝道場效應(yīng)管3SK126作射頻放大器具有輸入阻抗高、增益高和噪聲低的優(yōu)點，而且是電壓控制型器件，設(shè)計簡單。Q2受控于后級FM寬帶 AGC和窄帶AGC合成產(chǎn)生的FMAGC電壓，起控點為天線信號電平78dBu。T3、C34、V1（KV1410）、C28、C35組成RF諧振帶通濾波器，帶寬為8MHz左右，T3為FM RF變壓器。該帶通濾波器同樣可以人工用無感調(diào)批調(diào)節(jié)T3，也可以通過MCU自動調(diào)節(jié)變?nèi)荻O管V1。接收機的接收極限是由接收機自身噪聲性能決定的，所以在收音機的射頻電路中要求盡量選用低噪聲元件。
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