管,但使用中发现它在频繁正反转的情况下无法正常开通与关断，发热严重。结合我们的平衡车的实际情况：小车运行的大部分时间电机都是在正转，仅在发车阶段保持静止时需要正反切换，切换的频率不太高。我们选择将小车的电机控制频率由20K降低到 10K，反向输出 PWM 的占空比限幅到 60%，驱动发热现象消失，开通关断正常。在后续的调试中 BTS7960 芯片表现也是非常出色的，基本没有出现过问题。驱动电路如图3.5所示。

图3.5 驱动电路原理图

3.1.4 接口模块

我们设置了很多的接口模块，将外部的器件的端口在主板上留了外接端口，其中包括CCD接口，陀螺仪接口，加速度计接口，串口接口，驱动的PWM接口，OLED显示屏接口，驱动开关接口，预留的IO接口，反馈接口和电源接口等。通过这些接口我们很方便的将外部的器件与单片机进行了连接，同时也能够快速方便的将那些用坏了的器件或者使用性能不好的器件进行替换，如图3.6

19

第九届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

所示。

图3.6 接口模块

PCB板设计数字地和模拟地如何相连

一般原理图、PCB设计人员对数字地和模拟地如何连接很有争议，各有各的方法，一般总结有两种方法，比如：直接相连或则桥连、用电感或则磁珠连接两种方法。首先，让我们了解一下为什么数模地引起工程师的注意。其中很大部分是来源于元器件（例如ADC）电源引脚和接地引脚的名称。其实模拟地和数字地的引脚名称表示内部原件本身的作用，但是未必意味着外部应该按照内部作用去做。芯片内部有数模电路两部分，为了避免数字信号耦合到模拟电路中去，数字地和模拟地是分开的，我个人认为准确说是分区，但是内部数模地是相连的，我用万用表测量过某些芯片，例如：ADV7180、KS8995、TLK2541等等，内部是相连的。

我们谈谈以上的两种数模地的连接优缺点： 用电感或则磁珠连接

顾名思意是将数模在PCB板的某一点用电感或则磁珠相连，这样看似解决了数字信号干扰模拟电路，但是却产生了新的问题---EMI。高频的静电放电干扰电流流过电感或则磁珠时，会在电感或则磁珠两端产生压降，如果是高压测试，那么两端电压很高，不能很快释放到底，会损坏芯片或则设备重启。

我个人倾向于直接相连或则桥连，这样也解决了回路的问题，避免了产生辐射，数模地等电位，没有压降或则很小，这样在做高压测试的时候，不会影响设备，损坏芯片。只要注意合理的分区或则壕沟桥连，就可了。这种方法的前提做好数模分区。但是电源还是要分开，更为保险的办法是使用单独的电源，但是成本升高。一般常用的就是用一个铁氧体环把模拟电源和数字电源隔离。

20

数字地与模拟地的最佳接合点一般在供电电源的入口处，这样模拟回路和数字回路间的耦合最小，数字电路对模拟电路的干扰最小。如果分割面做得好，两者的驱动电流和回路电流不互相穿插，是不会有大的电流环路存在的。

基本原理就是这样，但在实际应用中却很难办，难就难在模拟和数字部分的交叉连接，没有办法将两者实际隔离开，如果在参考面上将两者强行隔离，势必造成很大的电流环路，效果反而不如不分割的好。所以，在实际中，要特别小心选择分割的形式、部位，即能让两者较好的隔离，又不阻碍驱动电流和回路电流的流动。

用电感或者磁珠做连接的好处是可以隔离数字部分的高频噪声，保持模拟电路地的干净。

3.2智能汽车传感器

由于今年比赛规则对光电平衡组的传感器有明确的规定，所以我们在传感器的选择上没有花费时间。对于的传感器的优化，我们也主要是传感器对环境的适应性方面。

3.2.1 线性CCD传感器

我们常说的摄像头CCD模块通常使用的是面阵CCD芯片，一般以OV系列面阵

CCD最为常用。而TSL1401属于线性CCD，也可以叫做线阵CCD。与面阵CCD相比，线性CCD最明显的特点就是其只能采集一行的可视像素。在智能车竞赛中，摄像头组使用的是面阵CCD，而光电组则必须使用线性CCD。同样是看一段赛道的图像，两种CCD模块看到的图像如图3.7所示。

图3.7 两种CCD模块看到的图像

由图3.7可见，左边图像为面阵CCD采集的二维图像，它的分辨率为m*n,而右侧的图像为线性CCD采集的一维图像，分辨率为 p*1。 其中p为线性CCD器件的最大像素数，TSL1401的像素数为128，因此可以将右图红框内的线分为128个点。

21

第九届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告

TSL1401线性CCD传感器包含128个线性排列的光电二极管。光照射到光电二极管上，产生光电流，光电流被积分电路积分。在采样期间，积分电容的一端被连接到输出端，积分后的输出电压与该点的光强和积分时间成正比。因此为了适应场地，CCD的积分时间应该是可变的。每个光电二极管都有各自的积分电路，以下我们将此电路统称为像素。每个像素所采集的图像灰度值与它所感知的光强和积分时间成正比。以上名词所对应的物理量纲为： 灰度值：输出电压 V out ；

光强：器件对给定光波长在电压上的反应 V e ;(V e =V/(μJ/cm2)* μW/cm2)

积分时间：即曝光时间，t int 。

那么这 128 个像素是怎么进行采集并输出的呢，这就用到了 SI 和 CLK 信号。根据表1可以简单的了解它们的功能。

表1 CCD引脚

在128个像素之外，还有一个开关逻辑控制和移位寄存器电路。SI 通过该电路控制每一个像素的积分和复位操作；CLK通过该电路控制每一个像素电压的依次输出。TSL1401内部的模块图如图 3.8所示。

22