单轴双轮自平衡代步车的研究与设计 - 图文 

筚轴双轮宜平循代步车的研究ｓ设讨Ｊ．Ｃ．Ｚｈａｎ９２００９如图３．６所示。＝图３．６ＩＲ２１３０硬件电路３．２．４过流检测电路设计电流检测电路是为了防止电机过载、起动或异常运行时由于电流过大而对控制电路、功率场效应管和电动机本体的损害而设计的。在主电路上串联一个采样电阻，通过将采样电阻的两端电压与设定的电压进行比较来确定主电路电流是否过流，过流信号一方面经模数转换送给ＭＣＵ进行处理，另一方面送到ＰＷＭ输出通道的与门和与非门来封锁功率场效应管的开关信号，使其关断功率场效应管，从而保护了主电路。电流信号检测电路如图３．７所示。Ｒ９为０．０５０采样电阻，将电流信号转化为电压信号。采样所得电压经电阻Ｒ７和Ｒ８分压后，将Ｒ８上电压值送到ＭＣＵ。电容Ｃ４的作用是滤去电阻两端电压的高频干扰信号，防止过电压检测电路误动作，保证稳定的电流采样波形。单轴双轮自平衡代步车的研究与设计ｚＣ．Ｚ兔ａｎｇ２００９。＝ｉ图３．７过流检测电路３．２．５硬件设计中的抗干扰措施本系统中同一块电路板上存在模拟（４８Ｖ和１５Ｖ）和数字（ＭＣＵ系统）电路信号，电动机的运行本身会产生强烈的电磁干扰，无刷电机驱动部分的逆变器中包含的大功率半导体元件以开关方式工作，这必然会产生大量高频谐波。如果对这些信号电路不进行抗干扰措施，就会影响霍尔传感器输送到ＭＣＵ的位置信号和三路ＰＷＭ、电平输出的功率场效应管的开关信号，使整个系统的工作受到影响，甚至系统不能工作，严重的会导致功率场效应管误导通而烧毁，因此必须注意硬件系统的抗干扰问题嗍。设计中采用如下几个措施来提高硬件电路的抗干扰能力：１）为了防止电路板上模拟电路部分对数字电路部分的干扰，将模拟地与数字地分开设计，整个电路板上仅有一点连接在～起，最大限度阻止模拟电路中的干扰信号窜入数字电路；２）在霍尔位置信号的输入通道上加滤波小电容，消除由于电磁干扰而产生的毛刺，避免电机控制中产生逻辑错误；３）从电磁兼容性ＥＭＣ方面考虑，在硬件的布局和布线上采取了一些提高系统抗干扰能力的措施：印刷电路板尺寸不能太大，否则印制线过长，阻抗增加，抗噪声能力下降，也不可太小，否则散热不好，且邻近导线容易受到干扰；按照电路信号的流程安排元件的位置顺序，使布局便于信号流通并使信号尽量保持一致的方向。系统电源线和地线尽量短而宽，不同的电源，尽量从布局上分开，地线尽量的铺开；系统时钟晶振电路尽量靠近ＭＣＩＪ，且时钟元件附近不敷设模拟电荸轴双轮自乎锈代步车的研究ｓ设ｉ－ｌ－Ｊ．Ｃ．Ｚｈａｎｇ２００９路；在电源和地之间加去耦电容；印刷线路板走线，均走直线或１３５。；充分考虑功率场效应管的散热问题，加散热片，功率场效应管之间保持适当距离。系统的硬件设计从减少干扰源、降低噪声藕和噪声接收上考虑，提高了系统的抗干扰性能和可靠性。３．３陀螺仪３．３．１陀螺仪介绍ｉＭＥＭＳ微机械陀螺仪是ＡＤＩ公司正在发展的动态信号处理解决方案的一部分。ｉＭＥＭＳ陀螺仪在严峻的工作条件下比其它陀螺仪的可靠性高、功耗低、易于使用、尺寸小、成本低。其内核采用独特的表面微机械加工工艺，该工艺已为汽车安全系统、消费类和工业应用制造了两亿多只传感器。ｉＭＥＭＳ产品采用了创新的设计方法，通过在同一硅片上集成微机械单元和电子单元电路，提高了传感器的性能。ＡＤＩＳ系列陀螺仪增加了校准和调整、专用接口、数字ＩＯ、无线链路、嵌入式智能信息和可编程能力、电源管理以及模拟信号调理等功能。ＡＤＩＳｌ６１００是一款具有ＳＰＩ数字输出接口和模拟电压输出接口的陀螺仪，量程达＋＿３０００／Ｓ，灵敏度为０．２４４。／Ｓ／ＬＳＢ，内部具有温度传感器，具有参考电压输出，工作电源电压４．７５＂－＇５．２５Ｖ，工作电流７ｍＡ，温度范围．４０＂－＋８５℃。ＲＡＴＥｏＵＴ飘ＡＴＥ＾）ａＳｌ－ｏ髓……一一Ｊ７一、一／……一一ＩＩ．ＡＴＥＲＩＭ．Ｉ广ＡＸｉＳ１图３．８陀螺仪ＡＤＩＳｌ６１００的灵敏轴方向与输出特性从图３．８陀螺仪的输出特性曲线可以看出，陀螺仪的满量程的输出值是一２０４８＂＂＋２０４７，线性对应角速率．３００＂－＇＋３００＂／Ｓ，在量程范围内陀螺仪输出信号电压值与角速度成正比，角速率为０时数字输出值为０。而对于陀螺仪的模拟电压输出接１：Ｉ，在工作电压５Ｖ时，陀螺仪角速度为０对应单轴双轮自平钨代步车的留｝究ｓ设计Ｊ．Ｃ．Ｚｈａｎｇ２００９输出信号电压值２．５Ｖ，陀螺仪顺时针旋转（从上部看）时输出信号电压为正值，陀螺仪逆时针旋转时输出信号电压为负值。３．３．２陀螺仪应用电路陀螺仪ＡＤＩＳｌ６１００的引脚分布如图３．９所示。图３．９陀螺仪ＡＤＩＳｌ６１００引脚分布表３．１陀螺仪ＡＤＩＳｌ６１００引脚功能引脚序号１、２、３、１６５６７８、９１０１１１２、１３１４４、１５符号ＳＰＩＲＡＴＥ功能数字ＳＰＩ接口模拟电压输出口带宽控制ＳＰＩ接口电路电源电压外部模拟输入通道参考地参考电压输出自检电源电压空脚ＦＩＩＴＶｄｒｉｖｅ心ＣＯＭＲＥＦＳＴＶＣＣＮＣ设计电路板时应注意：传感器下面应铺大面积地线：模拟信号输出引脚ＲＡＴＥ单轴双轮ａ平衡代步车的研究ｓ设计Ｊ．Ｃ．Ｚｌｍｎｇ２００９通过一个０．耻Ｆ电容连接到ＨＬＴ引脚；Ｖｄｒｉｖｅ引脚和地之间使用一０．耻Ｆ电容。陀螺仪的电路如图３．１０所示。ＴＯＭ叫图３．１０陀螺仪ＡＤＩＳｌ６１００应用电路３．４加速度计３．４．１加速度计简介ＭＭＡ７２６０是美国Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ公司推出的一款低成本单芯片三轴加速度传感器。该微型电容式加速传感器融合了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术，并提供了四种加速度测量范围。ＭＭＡ７２６０的主要特性如下【蚓：１）ＸＹＺ三轴方向的感应功能；２）可选的加速度范围：±１．５９、±２９、±４９和±６９；３）低电流消耗：５０鲰Ａ；４）休眠模式：私Ａ；５）低电压运行：２．２～３．６Ｖ；６）快速启动时间：Ｉｍｓ７）低噪音：达到更高的分辨率、更高的精确度；８）超小体积：６ｍｉｎｘ６ｍｍｘｌ．４５ｒａｍＱ烈封装；９）高灵敏度：８００ｍＶ／ｇ＠１．５９。由于ＭＭＡ７２６０力Ｉ：Ｉ速度传感器可准确测量三轴向下降、倾斜、移动、定位、撞击和震动，因此在ＨＤＤ保护、ＭＰ３播放器、游戏、便携式电子设备中得到了广泛