一种基于dsPIC的服务车硬件系统的制作方法

本实用新型涉及一种硬件系统，特别是一种基于dsPIC的服务车硬件系统。

背景技术：

普通的服务类车多为固定领域的专门设计方案，只适用于单一场合,不能够根据实际的场合进行硬件拓展，从而应用型比较差。同时，普通运行车各模块间采用走线连接，杂乱无序，不仅影响美观，而且有可能阻碍服务车的运行。因普通设计走线无固定方向，多采用临时固定方式，长时间运行后线材会出现固定不佳的情况，会出现线材进入电机转轴后造成电机堵转、线材遮挡传感器降低其精度、空间占用大等不利工况。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于dsPIC的服务车硬件系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于dsPIC的服务车硬件系统，其特征在于：包含电源模块、主控模块、电机驱动电路、舵机接口、声音接口、寻迹传感器接口、测距传感器接口、编码器接口和电子罗盘接口，电源模块给整个系统供电，电机驱动电路、舵机接口、声音接口、寻迹传感器接口、测距传感器接口、编码器接口和电子罗盘接口分别与主控模块连接由主控模块控制。

进一步地，所述电源模块包含舵机电源、外设电源和DSC电源；接头J1的1、2脚分别接EARTH、GGND，接头J1的3脚输出+12V直流电，三端可调正稳压器U12的3脚连接+12V直流电、GGND、电阻R1一端，电阻R1另一端与三端可调正稳压器U12的1脚和电阻R2一端连接，电阻R2另一端与三端可调正稳压器U12的2脚和电容C1正极连接并输出+7V电压，电容C1负极接地，三端可调正稳压器U13的3脚与+12V直流电和电容C2正极连接，三端可调正稳压器U13的2脚输出+5V电压并与电容C3正极连接，电容C2负极、电容C3负极和三端可调正稳压器U13的1脚接地，模块电源U10的2脚与+12V直流电和电容C4正极连接，模块电源U10的1脚和电容C4的负极接地，模块电源U10的3脚输出+5VCC电源并且与电容C5正极和低压降正稳压器U11的3脚连接，模块电源U10的5脚 和电容C5负极接地，低压降正稳压器U11的2脚输出+3.3VCC电源并且与电容C6正极、电阻R3一端连接，电阻R3另一端与发光二极管LED12正极连接，电容C6负极、发光二极管LED12负极和低压降正稳压器U11的1脚接地。

进一步地，所述电机驱动电路包含三态缓冲器U7、U8，三态缓冲器U7的14脚连接+3.3VCC电源和电容C26一端，电容C26另一端接地，三态缓冲器U7的1、3、5、9脚分别与dsPIC芯片U1的93、91、94、92脚连接，三态缓冲器U7的7脚接地，三态缓冲器U7的2、4、6、8脚与接口J10的2、3、4、5脚连接，接口J10的1脚与+5VCC连接，三态缓冲器U8的14脚连接+3.3VCC电源和电容C27一端，电容C27另一端接地，三态缓冲器U8的1、3、5、9、11、13脚分别与dsPIC芯片U1的98、96、99、97、100、1脚连接，三态缓冲器U8的7脚接地，三态缓冲器U8的2、4、6、8脚分别与接口J11的2、3、4、5脚连接，接口J11的1脚与+5VCC连接，三态缓冲器U8的10、12脚与接口J12的2、3脚连接，接口J12的1脚与+5VCC连接，接口J12的5脚与+5V连接，接口J13的1脚连接+12V，接口J13的2脚接地。

进一步地，所述舵机接口包含四通道数字隔离器U2，四通道数字隔离器U2的1脚连接+3.3VCC和电容C32一端，电容C32另一端接地，四通道数字隔离器U2的2、8、9、15脚接地，四通道数字隔离器U2的3、4、5脚与dsPIC芯片U1的3、4、5脚连接，四通道数字隔离器U2的10脚连接+5VDA，四通道数字隔离器U2的12、13、14脚分别连接接口J17、J16、J15的1脚，接口J17、J16、J15的3脚接地，接口J17、J16、J15的2脚接+7V，四通道数字隔离器U2的16脚接+5VDA和电容C33一端，电容C33另一端接地。

进一步地，所述声音接口包含语音芯片U9，语音芯片U9的1脚连接电容C7一端，电容C7另一端接地，语音芯片U9的2、3脚与接口J2的2、1脚连接，语音芯片U9的4脚连接3.3VCC和电容C8一端，电容C8另一端接地，语音芯片U9的5脚接地，语音芯片U9的6、7脚连接dsPIC芯片U1的76、77脚。

进一步地，所述寻迹传感器接口包含8位双电源总线收发器U3、U4，8位双电源总线收发器U3的1脚连接3.3VCC和电容C34一端，电容C34另一端和8位双电源总线收发器U3的2脚接地，8位双电源总线收发器U3的3、4、5、6、7、8、9、10脚连接dsPIC芯片U1的25、24、23、22、21、20、26、27脚，8位双电源总线收发器U3的11、12、13脚接地，8位双电源总线收发器U3的14、15、16、17、18、19、20、21脚连接接口J19的10、9、8、7、6、5、4、3脚，8位双电源总线收发器U3的23、24脚连接+5VCC和电容C35的一端，电容C35另一端和8位双电源总线收发器U3的22脚接地；8位双电源总线收发器U4的1脚连接3.3VCC和电容C36一端，电容C36另一端和8位双电源总线收发器U4的2脚接地，8位双电源总线收发器U4的3、4、5、6、7、8、9、10脚连接dsPIC芯片U1的32、33、34、35、41、42、43、44脚，8位双电源总线收发器U4的11、12、13脚接地，8位双电源总线收发器U4的14、15、16、17、18、19、20、21脚连接接口J20的10、9、8、7、6、5、4、3脚，8位双电源总线收发器U4的23、24脚连接+5VCC和电容C37的一端，电容C37另一端和8位双电源总线收发器U4的22脚接地，接口J19、J20的1脚接+5VCC，接口J19、J20的2脚接地。

进一步地，所述测距传感器接口包含A/D转换器U15和电压基准芯片U14，A/D转换器U15的1脚与电压基准芯片U14的2脚和电容C31的正极连接，电容C31的负极和电压基准芯片U14的3脚接地，电压基准芯片U14的1脚连接+5VCC，A/D转换器U15的2脚连接接口J14的1脚，接口J14的2脚接地，接口J14的3脚连接+5VCC，A/D转换器U15的3、4脚接地，A/D转换器U15的5、6、7脚连接dsPIC芯片U1的47、50、48脚连接，A/D转换器U15的8脚连接+3.3VD和电容C28一端，电容C28另一端接地。

进一步地，所述编码器接口包含8位双电源总线收发器U5，8位双电源总线收发器U5的1脚连接3、3VCC和电容C38一端，电容C38另一端和8位双电源总线收发器U5的2脚接地，8位双电源总线收发器U5的3、4、5、6、7、8、9、10脚60、59、58、57、71、70、69、68脚连接，8位双电源总线收发器U5的11、12、13脚接地，8位双电源总线收发器U5的14、15、16、17、18、19、20、21脚分别与电容C48、C47、C46、C45、C44、C43、C42、C41的一端连接，8位双电源总线收发器U5的14、15脚与接口J24的2、3脚连接，8位双电源总线收发器U5的16、17脚与接口J23的2、3脚连接，8位双电源总线收发器U5的18、19脚与接口J22的2、3脚连接，8位双电源总线收发器U5的20、21脚与接口J21的2、3脚连接，8位双电源总线收发器U5的23、24脚连接+5VCC和电容C39一端，电容C39另一端和8位双电源总线收发器U5的22脚接地，接口J21、J22、J23、J24、J25的4脚接地，接口J21、J22、J23、J24、J25的1脚连接+5VCC，接口J25的2脚连接电容C40和电阻R13一端，电容C40另一端接地，电阻R13另一端连接三极管Q1基极，三极管Q1发射机接地，三极管Q1集电极连接电阻R12一端和dsPIC芯片U1的67脚，电阻R12另一端连接+3.3VCC。

进一步地，所述电子罗盘接口包含接口J18，接口J18的1脚接+3.3VCC，接口J18的2脚接地，接口J18的3、4、5、6、7脚连接dsPIC芯片U1的83、82、81、80、79脚。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：本实用新型解决了常规设计接线杂乱无章、功耗大、多模块分散导致使用PCB板多占用空间大的问题，使得高集成度、低功耗、高可靠性成为了可能。此外，其集中的电源管理、可拓展的接口及简洁的外设连接降低了开发人员对硬件了解程度的要求，利于重复开发。

附图说明

图1是本实用新型的电源模块的电路图。

图2是本实用新型的dsPIC芯片的电路图。

图3是本实用新型的电机驱动电路的电路图。

图4是本实用新型的舵机接口的电路图。

图5是本实用新型的声音接口的电路图。

图6是本实用新型的寻迹传感器的电路图。

图7是本实用新型的测距传感器接口的电路图。

图8是本实用新型的编码器接口的电路图。

图9是本实用新型的电子罗盘接口的电路图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

如图所示，本实用新型的一种基于dsPIC的服务车硬件系统，包含电源模块、主控模块、电机驱动电路、舵机接口、声音接口、寻迹传感器接口、测距传感器接口、编码器接口和电子罗盘接口，电源模块给整个系统供电，电机驱动电路、舵机接口、声音接口、寻迹传感器接口、测距传感器接口、编码器接口和电子罗盘接口分别与主控模块连接由主控模块控制。本设计可实现低功耗、高稳定性、高集成度，使用dsPIC810作为主控芯片，PCB板主要分为电源、主控、电机驱动、舵机接口、声音接口、寻迹传感器接口、测距传感器接口、编码器接口、电子罗盘接口这9部分组成。

电源模块包含舵机电源、外设电源和DSC电源；接头J1的1、2脚分别接EARTH、GGND，接头J1的3脚输出+12V直流电，三端可调正稳压器U12的3脚连接+12V直流电、GGND、电阻R1一端，电阻R1另一端与三端可调正稳压器U12的1脚和电阻R2一端连接，电阻R2另一端与三端可调正稳压器U12的2脚和电容C1正极连接并输出+7V电压，电容C1负极接地，三端可调正稳压器U13的3脚与+12V直流电和电容C2正极连接，三端可调正稳压器U13的2脚输出+5V电压并与电容C3正极连接，电容C2负极、电容C3负极和三端可调正稳压器U13的1脚接地，模块电源U10的2脚与+12V直流电和电容C4正极连接，模块电源U10的1脚和电容C4的负极接地，模块电源U10的3脚输出+5VCC电源并且与电容C5正极和低压降正稳压器U11的3脚连接，模块电源U10的5脚 和电容C5负极接地，低压降正稳压器U11的2脚输出+3.3VCC电源并且与电容C6正极、电阻R3一端连接，电阻R3另一端与发光二极管LED12正极连接，电容C6负极、发光二极管LED12负极和低压降正稳压器U11的1脚接地。U11为LM1085-3.3为dsPIC810提供3.3V电源，U12为LM1117-5，分别为数字舵机、各种外设提供7V和5V电源，整个电源模块使用12V锂电池供电，服务车平均续航可达4.5小时。

电机驱动电路包含三态缓冲器U7、U8，三态缓冲器U7的14脚连接+3.3VCC电源和电容C26一端，电容C26另一端接地，三态缓冲器U7的1、3、5、9脚分别与dsPIC芯片U1的93、91、94、92脚连接，三态缓冲器U7的7脚接地，三态缓冲器U7的2、4、6、8脚与接口J10的2、3、4、5脚连接，接口J10的1脚与+5VCC连接，三态缓冲器U8的14脚连接+3.3VCC电源和电容C27一端，电容C27另一端接地，三态缓冲器U8的1、3、5、9、11、13脚分别与dsPIC芯片U1的98、96、99、97、100、1脚连接，三态缓冲器U8的7脚接地，三态缓冲器U8的2、4、6、8脚分别与接口J11的2、3、4、5脚连接，接口J11的1脚与+5VCC连接，三态缓冲器U8的10、12脚与接口J12的2、3脚连接，接口J12的1脚与+5VCC连接，接口J12的5脚与+5V连接，接口J13的1脚连接+12V，接口J13的2脚接地。其中VDD接电源提供的3.3V，OSC1和OSC2外接8MHz的晶振，其与各受控模块的连接如图中网络标号所示。本排布充分考虑了受控模块的位置，使得过孔和干扰降到最低。J10、J11端口连接LM298驱动，J12端口控制转速和方向，同样连接LM298驱动，J13端口为12V电机提供电源。为提高驱动能力，在主控芯片和端口间增加的U7、U8为74HC07，提高电流驱动能力。

舵机接口包含四通道数字隔离器U2，四通道数字隔离器U2的1脚连接+3.3VCC和电容C32一端，电容C32另一端接地，四通道数字隔离器U2的2、8、9、15脚接地，四通道数字隔离器U2的3、4、5脚与dsPIC芯片U1的3、4、5脚连接，四通道数字隔离器U2的10脚连接+5VDA，四通道数字隔离器U2的12、13、14脚分别连接接口J17、J16、J15的1脚，接口J17、J16、J15的3脚接地，接口J17、J16、J15的2脚接+7V，四通道数字隔离器U2的16脚接+5VDA和电容C33一端，电容C33另一端接地。本服务车使用的7V数字舵机，由PWM控制转动角度。本设计预留了3个舵机接口，可由J15、J16、J17连接。为消除干扰，保证安全，使芯片供电和舵机供电隔离，采用了ADUM1400（U2）作为数字隔离器件。

声音接口包含语音芯片U9，语音芯片U9的1脚连接电容C7一端，电容C7另一端接地，语音芯片U9的2、3脚与接口J2的2、1脚连接，语音芯片U9的4脚连接3.3VCC和电容C8一端，电容C8另一端接地，语音芯片U9的5脚接地，语音芯片U9的6、7脚连接dsPIC芯片U1的76、77脚。用J2连接无源喇叭实现交互。U9为预录制的语音芯片，用于播报时间等。

寻迹传感器接口包含8位双电源总线收发器U3、U4，8位双电源总线收发器U3的1脚连接3.3VCC和电容C34一端，电容C34另一端和8位双电源总线收发器U3的2脚接地，8位双电源总线收发器U3的3、4、5、6、7、8、9、10脚连接dsPIC芯片U1的25、24、23、22、21、20、26、27脚，8位双电源总线收发器U3的11、12、13脚接地，8位双电源总线收发器U3的14、15、16、17、18、19、20、21脚连接接口J19的10、9、8、7、6、5、4、3脚，8位双电源总线收发器U3的23、24脚连接+5VCC和电容C35的一端，电容C35另一端和8位双电源总线收发器U3的22脚接地；8位双电源总线收发器U4的1脚连接3.3VCC和电容C36一端，电容C36另一端和8位双电源总线收发器U4的2脚接地，8位双电源总线收发器U4的3、4、5、6、7、8、9、10脚连接dsPIC芯片U1的32、33、34、35、41、42、43、44脚，8位双电源总线收发器U4的11、12、13脚接地，8位双电源总线收发器U4的14、15、16、17、18、19、20、21脚连接接口J20的10、9、8、7、6、5、4、3脚，8位双电源总线收发器U4的23、24脚连接+5VCC和电容C37的一端，电容C37另一端和8位双电源总线收发器U4的22脚接地，接口J19、J20的1脚接+5VCC，接口J19、J20的2脚接地。本服务车前后各安装了一个8路寻迹传感器，分别通过J19和J20端口连接。由于寻迹传感器为5V环境而主控芯片为3.3V环境，因此在主控芯片和寻迹传感器接口之间分别增加了一个8路电平转换收发器74LVC8T245，同时可提高驱动能力，如U3、U4所示。

测距传感器接口包含A/D转换器U15和电压基准芯片U14，A/D转换器U15的1脚与电压基准芯片U14的2脚和电容C31的正极连接，电容C31的负极和电压基准芯片U14的3脚接地，电压基准芯片U14的1脚连接+5VCC，A/D转换器U15的2脚连接接口J14的1脚，接口J14的2脚接地，接口J14的3脚连接+5VCC，A/D转换器U15的3、4脚接地，A/D转换器U15的5、6、7脚连接dsPIC芯片U1的47、50、48脚连接，A/D转换器U15的8脚连接+3.3VD和电容C28一端，电容C28另一端接地。本服务车使用的测距传感器为SHARP的GP2Y0A21YK0F,通过J14端口连接，其测距范围10-80cm，模拟量输出，故在测距传感器接口和主控芯片间增加A/D转换芯片MCP3201（U15）。MCP3201为12位高精度A/D转换，与dsPIC810同属MICROCHIP公司，其参考电压Vref由MCP1541（U14）提供，供压范围为4.3-5.5V。

编码器接口包含8位双电源总线收发器U5，8位双电源总线收发器U5的1脚连接3、3VCC和电容C38一端，电容C38另一端和8位双电源总线收发器U5的2脚接地，8位双电源总线收发器U5的3、4、5、6、7、8、9、10脚60、59、58、57、71、70、69、68脚连接，8位双电源总线收发器U5的11、12、13脚接地，8位双电源总线收发器U5的14、15、16、17、18、19、20、21脚分别与电容C48、C47、C46、C45、C44、C43、C42、C41的一端连接，8位双电源总线收发器U5的14、15脚与接口J24的2、3脚连接，8位双电源总线收发器U5的16、17脚与接口J23的2、3脚连接，8位双电源总线收发器U5的18、19脚与接口J22的2、3脚连接，8位双电源总线收发器U5的20、21脚与接口J21的2、3脚连接，8位双电源总线收发器U5的23、24脚连接+5VCC和电容C39一端，电容C39另一端和8位双电源总线收发器U5的22脚接地，接口J21、J22、J23、J24、J25的4脚接地，接口J21、J22、J23、J24、J25的1脚连接+5VCC，接口J25的2脚连接电容C40和电阻R13一端，电容C40另一端接地，电阻R13另一端连接三极管Q1基极，三极管Q1发射机接地，三极管Q1集电极连接电阻R12一端和dsPIC芯片U1的67脚，电阻R12另一端连接+3.3VCC。为了解服务车各电机的运行状态，设计了5个电机编码器接口，分别为J21、J22、J23、J24、J25，其中一个为预留端口。同样本部分使用了74LVC8T245（U5）以实现电平转换和提高驱动能力。

电子罗盘接口包含接口J18，接口J18的1脚接+3.3VCC，接口J18的2脚接地，接口J18的3、4、5、6、7脚连接dsPIC芯片U1的83、82、81、80、79脚。当寻迹失效或场地无法寻迹时，需要使用电子罗盘保证服务车的走向稳定。本服务车使用的电子罗盘型号为HMC5983，采用SPI通信，作为从机，其PSCK、PMOSI、PCS、PMISO、DRDY位分别与dsPIC810相应位连接。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。