成就電子電路設(shè)計(jì)高手(15)，電子電路設(shè)計(jì)之設(shè)計(jì)案例介紹(下)

電子電路設(shè)計(jì)內(nèi)容通常較多，想要了解大部分電子電路設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)，需要時(shí)間和實(shí)踐。為幫助大家增進(jìn)對(duì)電子電路設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)電子電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)案例予以介紹。如果你對(duì)電子電路設(shè)計(jì)內(nèi)容具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、采用LED模擬調(diào)光的機(jī)器視覺(jué)辨認(rèn)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)指南

具體電路設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)電源控制芯片也有提供模擬調(diào)光功能，但是調(diào)光比都很小，一般在幾十左右，是作為PWM 調(diào)光的一個(gè)補(bǔ)充，這個(gè)調(diào)光比和前述機(jī)器視覺(jué)辨認(rèn)的要求差距較大。針對(duì)上述情況，本文重新對(duì)線性恒流電路進(jìn)行了改進(jìn)，在這部分電路前增加了可變降壓電路，用于匹配輸入電壓和LED 燈串電壓，提高效率; 同時(shí)使用高精度的D /A 來(lái)控制電流輸出，得到一個(gè)較高的模擬調(diào)光比。在AC /DC 電源的輸出總線上可以掛載多于一路的可調(diào)恒流電路，通過(guò)ZigBee 模塊進(jìn)行輸出電流控制，保證每一路輸出的電流準(zhǔn)確，可調(diào)。

電路分析：可變降壓電路的輸入使用AC /DC 電源提供的48V 總線，這部分電路根據(jù)后接的LED 顆數(shù)多少和輸出電流大小， 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出， 使其輸出電壓和LED 燈串電壓的差額保持較小的水平，從而減小大電流下三極管的損耗。這里使用LM5010 降壓芯片來(lái)搭建可變降壓電路，LM5010 是一個(gè)恒定導(dǎo)通時(shí)間的Buck 控制芯片。R1 和R2 組成電壓反饋電路，將輸出電壓進(jìn)行分壓后輸入至FB 腳上。每當(dāng)FB 腳上電壓低于2. 5V 時(shí)，芯片內(nèi)部的開(kāi)關(guān)會(huì)固定的導(dǎo)通一段時(shí)間，導(dǎo)通時(shí)間與輸入電壓和Ron有關(guān)， 之后開(kāi)關(guān)會(huì)關(guān)斷265ns 或直至FB 腳上電壓下降到2. 5V 以下。電路通過(guò)(R1 + R2) /R2·VFB來(lái)設(shè)定最大輸出電壓。另一方面，為了降低在三極管的功率損耗，我們同時(shí)監(jiān)測(cè)采集三極管和采樣電阻的壓降和， 并使用LM358 進(jìn)行正向放大后通過(guò)D2 輸入到FB 腳上。因此在三極管和采樣電阻上的壓降總和就不會(huì)大于Vdrop = ( VFB + VD2) × R3 / ( R3 + R4)。因此當(dāng)LED燈串上的電壓小于LM5010 的最大輸出電壓時(shí)，多余的電壓就會(huì)由三極管和采樣電阻承擔(dān)，當(dāng)這個(gè)電壓經(jīng)過(guò)放大后大于FB 腳的閾值時(shí)，LM5010 延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)間，使輸出電壓下降，因此最終的Vout =Vled + Vdrop。從而在LED 顆數(shù)比設(shè)計(jì)值少或者在對(duì)LED 進(jìn)行調(diào)光時(shí)，前端輸出的電壓能夠更合理的匹配燈串電壓。

機(jī)械手視覺(jué)系統(tǒng)外圍電路設(shè)計(jì)攻略

機(jī)械手的三塊控制器的控制芯片都為2407DSP，雖然三塊控制器實(shí)現(xiàn)的功能不同，但在硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)按照DSP 管腳的功能。

PWM 管腳：DSP 的每個(gè)事件管理器都有與比較單元相關(guān)的PWM 電路，能夠產(chǎn)生六路帶可編程死區(qū)和輸出極性的PWM 輸出，但是都是成對(duì)輸出的，對(duì)于本控制器需要的獨(dú)立的輸出，每個(gè)事件管理器只有3 路，一個(gè)DSP 有兩個(gè)事件管理器，可以獨(dú)立的輸出6 路PWM 波。液壓控制器需要6 路PWM 波驅(qū)動(dòng)電業(yè)比例閥，而伺服電機(jī)控制器需要4 路0-5V 的加速器信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，在設(shè)計(jì)電路時(shí)將這兩種電路設(shè)計(jì)在一起，并制成印刷電路板，焊板時(shí)按每板的功能焊接即可，液壓控制器需要輸出PWM 波形，芯片用LM393 做比較器，此時(shí)電阻R19 和電容C71 不焊即可，但要有R21 上拉電阻，R17 和R18 將2 腳電壓分在1.7V 左右比較合適。伺服控制器需要輸出0-5V 電壓芯片用LM2904 做運(yùn)放用，焊電阻R19 和電容C17不用MOS 管、R21 和外接電源，也不用焊R17，直接將DSP 輸出0-3.3V 電壓放大到0-5V 輸出。PWM/電壓輸出電路圖見(jiàn)圖：

二、機(jī)械手視覺(jué)系統(tǒng)外圍電路設(shè)計(jì)攻略

I\O 口：DSP 的數(shù)字I/O 口模塊具有控制專用I/O 和復(fù)用引腳的功能，可以輸出輸入高低電平信號(hào)，根據(jù)其功能將其設(shè)計(jì)成開(kāi)關(guān)量輸出，輸入，并用其控制繼電器，作為控的開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)量輸入只要用電阻分壓即可，開(kāi)關(guān)量輸出使用光耦隔離，本設(shè)計(jì)用的光耦PC817，比較適合DSP 使用。當(dāng)DSP 輸出高電平時(shí)繼電器吸合，CNETA1 和CNETA2 兩腳導(dǎo)通繼電器電路圖見(jiàn)圖：

繼電器電路圖

QEP 電路：DSP 的每個(gè)時(shí)間管理器都有一個(gè)正交編碼器脈沖(QEP)電路。當(dāng)QEP電路被使能時(shí)可以對(duì)CAP1/QEP1 和CAP2/QEP2(對(duì)于EVA 模塊)引腳上的正交編碼輸入脈沖進(jìn)行解碼和計(jì)數(shù)。正交編碼脈沖電路可用于連接光電編碼器以獲得旋轉(zhuǎn)機(jī)械的位置和速率。伺服電機(jī)控制器需要使用QEP 電路，由于一個(gè)伺服電機(jī)控制器需要控制4 臺(tái)伺服電機(jī)，所以碼盤(pán)信號(hào)使用74153 芯片選擇輸入，同時(shí)碼盤(pán)的每路信號(hào)都有正負(fù)兩根線通過(guò)運(yùn)放放大后再到74153 選擇后輸入DSP，碼盤(pán)選擇電路見(jiàn)圖：

碼盤(pán)選擇電路

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中PWM/電壓輸出電路、I\O 口電路與QEP 電路設(shè)計(jì)，使得開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)電路介紹將數(shù)字技術(shù)與攝像頭、傳感器、電機(jī)和其他外設(shè)集成來(lái)輕松構(gòu)建 3D 點(diǎn)云。整個(gè)機(jī)器人車(chē)現(xiàn)在可以完成所需功能，同時(shí)也完全符合視覺(jué)設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)，為將來(lái)的批量生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，市場(chǎng)潛力巨大。

智能視覺(jué)高速尋線機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

視頻采集模塊

由于單片機(jī)A/D速度限制，需要選用低分辨率的黑白攝像頭。因?yàn)榈头直媛室馕吨曨l單行掃描時(shí)間的增加，而黑白攝像頭意味著只需要單路A/D就可以完成視頻采集工作。選擇了Omvision生產(chǎn)的ov5116芯片為內(nèi)核的CMOS黑白攝像頭，分辨率為320×240，圖像刷新頻率50Hz。同時(shí)選用 LM1881視頻同步信號(hào)分離芯片提取視頻信號(hào)中的行同步和場(chǎng)同步信號(hào)，連入s12的脈沖捕捉通道。通過(guò)捕捉信號(hào)觸發(fā)AD模塊工作，采集存儲(chǔ)視頻數(shù)據(jù)。

視頻采集電路原理圖

電機(jī)控制及電源

RS-380SH直流電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)PWM信號(hào)控制。選用Freescale公司的MC33886全橋驅(qū)動(dòng)芯片，通過(guò)兩路半橋?qū)崿F(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。這里的電機(jī)反轉(zhuǎn)并不為實(shí)現(xiàn)倒車(chē)，而主要用于車(chē)體減速。在進(jìn)行電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流會(huì)隨著負(fù)載增大而瞬間放大，因此需要增大穩(wěn)壓能力，保證系統(tǒng)正常工作電壓，避免單片機(jī)自動(dòng)重啟。在整個(gè)系統(tǒng)中，有多種電壓需求，單片機(jī)和舵機(jī)為5V供電;CMOS攝像頭為 6～9V。因此，為了方便開(kāi)發(fā)，這里選用最常用的7.2V充電電池組。只需在系統(tǒng)內(nèi)加入5V穩(wěn)壓芯片，提供5V電壓。

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于視覺(jué)的以高速尋線為目的的行走機(jī)器人系統(tǒng)。系統(tǒng)采用一塊高性能單片機(jī)，完成了從視頻采集到視頻處理，最終實(shí)現(xiàn)速度和轉(zhuǎn)向控制的一套尋線行走功能。系統(tǒng)輕便靈巧，無(wú)需存儲(chǔ)器擴(kuò)展和其他可編程器件配合，搭建費(fèi)用低。該方案在參加第一屆全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)大賽中，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，取得了非常優(yōu)異的成績(jī)。

機(jī)器視覺(jué)照明穩(wěn)定燈照明電路設(shè)計(jì)

電路原理：由Q1，Q2和U1組合的磁滯振蕩器，可用來(lái)穩(wěn)定燈的照明。在操作時(shí)，全波電橋D3既可用于交流線中，或者是燈的未經(jīng)調(diào)節(jié)的直流電，又可用于為四CMOS斯密特觸發(fā)器供電的10V齊納二極管中。

以上便是此次小編帶來(lái)的“電子電路設(shè)計(jì)”相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)上述介紹的兩個(gè)電子電路設(shè)計(jì)案例具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!