【成功案例】基于RL78/G13的智能循迹小车设计方案

2018-07-28 世强
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目前国内智能小车市场比较火爆,不少开发人员都开始从事智能小车的设计,诞生了例如履带式排雷机器人、轮式消防机器人等实用性较强的产品,其产品原型都是智能小车。几年前,笔者设计过可控制的智能循迹小车,主要可以应用于智能物流(在快递站内按照规定路径自动运输)。为了能让更多的读者利用瑞萨的芯片做出好产品。笔者下面将为各位读者介绍笔者使用RENESAS RL78/G13 MCU设计智能小车的心得。


先上笔者的小车实物图(花了3个月的时间做出来的):


 

笔者设计的小车要完成以下功能:

小车需要检测黑色的路径边缘,设计算法操纵小车转向及调速并自动循迹。


笔者设计的智能车控制电路主要分为4部分,分别是RL78/G13最小系统板、信号采集及信号处理电路、电机控制电路、舵机控制电路。笔者在设计过程中为了减小电机驱动电路的EMC干扰,将控制电路和电机驱动电路进行了分离设计,排布在主板的两端。笔者就设计时的主控电路、稳压电路及电机控制电路设计过程中出现的问题谈一谈心得。

 

主控电路

最小系统使用Renesas RL78/G13作为主控,为减少电路板空间,仅将智能车所需要的引脚引出,包括 PWM 接口,外部中断接口,若干普通 IO 接口。笔者选择RL78/G13作为主控,主要考虑原因如下:


一般在制作智能循迹小车的时候,都是使用电池进行供电,供电电压一般在4.5-9V之间,RL78/G13的供电电压范围为1.6-5.5V,经过稳压后,既可使用3.3V电压供电,也可使用5V进行供电。RL78/G13具有 DMA控制器,这是智能小车设计的一个利器。DMA模块可以直接访问内存,这样采集回来的大量数据可以不占用RL78/G13的运行资源,加快RL78/G13的处理速度。RL78/G13具有高精度16位定时器,可以利用高精度定时器稳定的采集图像传感器的行中断和场中断,在高速图像捕捉中高精度定时器的作用尤为关键。RL78/G13具有高精度乘法器/除法器,笔者在图像处理时需要用到乘/除算法,RL78/G13可以直接进行片内乘/除运算,无需进行复杂的指令运算,与其他MCU相比RL78/G13运算能力极为强大。同时RL78/G13还具有蜂鸣器输出器,在小车的喇叭电路设计中可以减小设计元件的数量,直接使用内部蜂鸣器驱动器进行驱动。以上这些优势笔者在选型的时候都让我眼前一亮,这款MCU确实太适合应用于智能小车了。


笔者设计的主控部分电路图如下图所示:


笔者使用外部16M频率的晶振,外接22pF的晶振电容进行滤波,滤波效果较好。



但是笔者在做小车的时候曾经烧毁过芯片,笔者使用万用表的通断挡测试VCC和GND后发现是通路,说明芯片烧毁。笔者查找原因,发现是经常将下载器接口与BDM接口接反后出现了短路的情况。因此笔者建议设计人员一定不要犯这种低级错误。

 

稳压电路

智能车系统中电源稳压需要有+5V,+3.3V供电。+3.3V主要给RL78/G13供电;+5V为摄像头模块、电机驱动模块供电;由于整个系统中+5V 电路功耗较大,为了降低电源纹波,笔者使用线性稳压器TPS7350设计了5V稳压电路。在设计+3.3V稳压电路时,笔者使用TPS79333进行设计。笔者发现一上电TPS79333就烧毁,笔者百思不得其解,最后在测试发现原来笔者选用的是小封装的TPS79333,一旦电流超过500mA笔者发现TPS79333就会烧毁。后来笔者选用低压差大功率的TPS7333解决了该问题。



直流电机驱动电路

笔者在设计直流电机驱动电路时,有双极性与单极性桥式电路,双极性电机驱电路输出的电流交流成分过多,容易造成电机发热并且容易退磁。所以笔者最后选择了可逆单极型桥式驱动器,其功率元件由四支N沟道功率MOSFET管组成,额定工作电流可以轻易达到100A以上,大大提高了电动机的工作转矩和转速。



笔者在进行电机测试时,发现电机在较高转速时会击穿驱动板。笔者后来查阅电机设计手册(当时第一次做电机驱动,没有经验)后明白了,因为高转速时电流过大,大电流会回流到电机驱动板而烧毁MOS。为解决该问题,笔者在电机驱动信号输出端与MOS芯片的输入端加入了六通道集成非门74HC14进行隔离后解决了该问题。



总结:

瑞萨的RL78/G13的供电电压范围较宽,具有DMA功能,具有高精度定时器和高精度乘法器及除法器,性能比较强大,可以完美的设计出智能小车。希望各位读者在设计时吸取我的教训,少犯错误,设计出合理的产品!

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  • 黄哈娃 Lv6. 高级专家 2019-12-10
    学习
  • 用户38544856 Lv8. 研究员 2018-12-28
    学习了
  • quail Lv3. 高级工程师 2018-12-28
    学习
  • 柒六伍 Lv3. 高级工程师 2018-12-27
    不错,学习了
  • 海锋 Lv9. 科学家 2018-12-23
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  • z24656 Lv6. 高级专家 2018-12-20
    学习一下
  • 李四 Lv7. 资深专家 2018-12-11
    学习了
  • ABC Lv4. 资深工程师 2018-12-10
    学习
  • Sunny1 Lv4. 资深工程师 2018-12-10
    学习
  • mmfan Lv5. 技术专家 2018-12-07
    谢谢分享,学习了
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