1、論文格式*注意：此為封面格式*2011-2012德州儀器C2000及MCU創新設計大賽項目報告題 目：基于TI處理器C2000的自主探測公交車學校： 中國地質大學（武漢）指導教師： 王瑾 組別： 本科組 應用類別： 低功耗應用類兼有控制系統類 平臺： C2000 參賽隊成員名單（含每人的郵箱地址，用于建立人才庫）：蔡鳳 ：參與2011年英飛凌比賽華中賽區比賽，參與2011年全國大學生電子設計競賽、系中國地質大學（武漢）機電學院通信工程大三在讀學生郵箱 ：fjcf118杜松林：參與2011年全國大學生電子設計競賽、2011年湖北省“挑戰杯”大學生課外學術競賽、2011年全國大學生“挑戰杯”課外學

2、術作品競賽全國總決賽。系中國地質大學（武漢）機電學院通信工程大三學生系中國地質大學（武漢）機電學院通信工程大三在讀學生1264908953蔡浩：參與校級電子設計大賽、校級機器人比賽等。系中國地質大學（武漢）機電學院通信工程大三在讀學生727231189視頻文件觀看地址（若未拍攝，請注明）： 未拍攝郵寄地址和收件人聯系方式（快遞發送，請不要使用郵政信箱地址）郵寄地址：湖北省武漢市洪山區魯磨路388號中國地質大學機電學院75091班蔡鳳收件人聯系方式注意：此為正文起始格式正文和附錄中均不得大段復制源代碼和原理圖，只允許能充分體現創新方法或關鍵設計的少量源代碼示例和原理圖，

3、濫用源代碼和原理圖的，評委有權扣分。正文+附錄盡量控制在20頁內，超過25頁的部分不會被閱讀*題 目：基于TI處理器C2000的自主探測公交車摘要（中英文） 本設計是基于TI處理器C2000 的 一款自主探測太陽能公交車，一方面是自主探測式的公交車，還有一方面就是最大限度利用太陽能作為公交車備用能源及他用，不僅省人力，還無污染利用太陽能。自主探測公交車應用前景較廣，未來在利用太陽能方面有很實際的價值，適合社會的需要，是一款經濟型，自主型，便利性的公交車。關鍵詞：C2000 太陽能 自主探測Abstract: Based on the TI MCU C2000,we designed an au

4、to-detected bus using solar energy, on one hand it is a auto-detected bus, on the other hand it can make the best use of solar energy and reserve it for other use ,saving labor power and utilizing solar energy without pollution . Auto-detected bus ,which owns a wide prospect and has a practical valu

5、e in solar energy ,adapted to high developing society now, it is really economic ,automatic and convenient bus.Key words：C2000 Solar energy Auto-detected 1. 引言1.1設計背景:如今基本所有的城市公交都實現了無人售票，但還沒有真正實現無人駕駛的的公交車，更不用說有利用太陽能作為備用能源的公交車。現在大多數公交除了利用燃油，還有就是利用天然氣和電能，這些公交車都或多或少都會排放污染物及廢物等，且都是人為控制的，司機在常年長時間的駕駛中難免不會

6、出現失誤和疲勞駕駛，這樣會導致交通事故，對乘客的上下車計數都是人為統計，難免不會出現錯誤。基于這些考慮，我們設計這一款自主探測式的公交車.1.2.目的分析：我們設計的自主探測公交車應用前景較廣，未來在利用太陽能方面有很實際的價值，適合社會日益高速發展的需要，是一款經濟型，自主型，便利性的公交車。1.3解決問題： 減少事故發生，實現智能化，還能充分利用自然資源，如太陽能 。 2. 系統方案 本系統主要分為11個模塊：車體框架、TI處理器最小系統、電機驅動模塊、紅外循跡探測模塊、紅外避障模塊、升壓電路模塊、太陽能采集及控制模塊、舵機控制模塊、車站識別模塊、電源模塊、其他輔助功能模塊。如圖1圖1 系

7、統設計框圖3. 系統硬件設計3.1.硬件模塊設計： A:車體結構：采用美國PTC公司旗下的產品Pro/Engineer軟件對車的大體結構進行繪制，對車身各項數據及設備進行了合理的布局。仿真圖如圖3.1。圖3.1 B:最小系統: 本系統以TI處理器C2000為核心構建自護探測公交車系統。TI處理器C2000性能高速、能實現實時信號控制器，具有優越的抗干擾性能，豐富的片上資源，接口和總線配備，專門的電機驅動單元，擁有出色的數字信號處理(DSP)性能，先進的中斷處理能力，還擁有功能強大的片上外設和可靠的高性能片上內存，自動糾錯能力強。且TI處理器C2000采用單電源供電，功耗遠遠小于傳統單片機，能夠

8、適應各種環境，非常適合本控制系統。 C:電機驅動模塊：我們采用了兩套方案，一種是采用兩個半橋智能功率驅動芯片BTS7960B組合成一個全橋驅動器，驅動直流電機轉動。BTS7960B是應用于電機驅動的大電流半橋集成芯片，它帶有一個P溝道的高邊MOSFET、一個N溝道的低邊MOSFET和一個驅動IC。 P溝道高邊開關省去了電荷泵的需求，因而減少了電磁干擾(EMI)。集成的驅動IC具有邏輯電平輸入、電流診斷、斜率調節、死區時間產生和超溫、過壓、欠壓、過流及短路保護功能。BTS7960B的通態電阻典型值為16 m，驅動電流可達43 A，調節SR引腳外接電阻的大小可以調節MOS管導通和關斷時間，具有防電

9、磁干擾功能。IS引腳是電流檢測輸出引腳。INH引腳為使能引腳，IN引腳用于確定哪個MOSFET導通。當IN=1  且INH=1時，高邊MOSFET導通，輸出高電平；當IN=0且INH=1時，低邊MOSFET導通，輸出低電平。通過對下橋臂開關管進行頻率為25 kHz的脈寬調制(PWM)信號控制BTS7960B的開關動作，實現對電機的正反向PWM驅動、反接制動、能耗制動等控制狀態。另一種是用英飛凌公司提供的IPP60R950C6這種NMOS管搭建的一個驅動電路（如圖3.2），由于P溝道MOS管的品種少、價格較高，導通電阻和開關速度等都不如N溝道MOS管，因此最理想的情況應該是在H橋的4個

10、橋臂都使用N溝道MOS管。圖3.2D: 紅外循跡探測模塊：采用ST188實現基本的循跡功能，也就是說我們需規定一個公交車的預走路線，使其能按著規定的路線循跡行走，這樣更系統，有規律可循。本設計采用4個ST188（如圖3.3）循跡，2個輔助循跡，當行走路線變寬后，通過開關控制輔助哦2個紅外傳感器使其工作，這樣方便實現公交車穩定循跡。這里我們也同樣采用一個英飛凌公司NMOS管做開關用，NMOS管柵級接一路PWM波控制開/關。如圖3.3E: 紅外避障模塊：采用了兩個E3F-DS30C4（如圖3.4-右邊為實物圖）光電開關，通過反射的原理實現對障礙物的檢測，供電電源6V-36V，可檢測距離至少為30c

11、m，穩定性較好，外圍電路簡單，操作方便。 圖3.4F: 升壓電路模塊：采用TI公司的TPS61175（圖3.5）作為升壓電路主控芯片，該芯片輸入在2.9V-18V,可以做為5V，12V的開關電源，效率較高，穩壓性能較好，輸出可以最高達到38V電壓，非常適合做升壓電路模塊。圖3.5G: 太陽能采集及控制模塊（圖3.6）：關于這個模塊我們設計了兩套方案：第一套方案：首先對太陽能電池采集的太陽能通過升壓電路升到15V，然后經過TI公司LM7815穩壓，最后給蓄電池充電做備用。這個過程需要對太陽能升壓電路的電壓進行監測，用TI公司LM324比較器可以實現，同樣對輸出電壓和電流也經過TI公司LM324進

12、行監測。其中還用到IPP60R950C6NMOS管做一個開關對輸出電壓實現過壓保護，如果輸出電壓過大，這用PWM波控制IPP60R950C6的柵極使其關閉，這樣可以很安全地控制整個電路，對其實現保護的功能。關于太陽能電池，這里我們采用的是多晶硅的太陽能電池，共兩塊，每一塊的最大輸入電壓是9V，最大輸入電流170mA，之所以選擇多晶硅太陽能電池，是因為比起非晶硅和單晶硅電池，它轉換效率相對來說比較高，一般非晶硅轉換效率在8%左右，單晶硅轉換效率在10%-15%左右，而多晶硅轉換效率在12%-16%。圖3.6H：舵機控制模塊：采用S3010舵機（圖3.7及舵機實物圖）。主要是用來對前輪轉向的控制。

13、該舵機利用輸入的PWM波來控制轉角（關系如圖3.8），脈沖周期一般選20ms左右。 圖3.7 圖3.8舵機轉角與脈寬的關系I: 車站識別模塊：采用常開的干簧管（如圖3.9）識別車站的磁性的物質，如識別到該物質，則有原來的低電平變到高電平，通過P10.3口對該上升沿進行監測，這樣監測到該信號時，控制車向車站靠近，并停留一段時間后繼續行駛。圖3.9J：電源模塊（包括5v，6v，3.3v）：電源管理模塊有用到TI公司TL1963產生5V，6V的電源供應，他們都是來源于7伏的電池供電的。其中還有一個4V電池供電，還有KIS-3R33S電源供3V左右的電，可以滿足不同的電源需求。如圖3.10 如圖3.1

14、0電源模塊電路K: 其他輔助功能模塊 a:溫度檢測（圖3.11）采用TI公司DS18B20芯片，測量溫度范圍在55攝氏度到125攝氏度之間，具有線路簡單，體積小的特點。最大轉換時間為750 ms，轉換分辨率可由用戶設定，并能長期保存。能夠實時監測環境溫度，精確度能達到0.0626，并且可以適應較為復雜的環境。系統將測得的溫度數據在四位數碼管上輸出顯示，顯示精度為兩位有效數字，電路如圖所示。圖3.11圖溫度傳感器DS18B20及其顯示電路b:濕度檢測（圖3.12） 采用DHT11數字溫濕度傳感器.DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技

15、術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高，超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上。產品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，適合對公交車內濕度檢測。 圖3.12濕度傳感器DHT11及外形圖3.2系統軟件設計A：控制系統：（圖3.2）軟件設計的目的是通過TI處理器C2000對規定的道路進行檢測，并對車站進行識別，檢測是否有車站的信息，并進行相應控制。軟件檢測的內容主要包括道路檢測，紅外避障檢測，車站識別監測，車內溫濕度監測，太陽能

16、電路電壓及充電電路電壓和電流的監測等；軟件控制的主要內容包括電機控制，舵機控制，顯示控制等.軟件設計主要是主程序的設計和中斷程序的設計。車站和避障檢測需要迅速響應，需要在中斷程序中實現。而主程序主要負責路面狀況檢測、電機與舵機控制車內溫濕度檢測以及液晶顯示?？刂葡到y的總體結構如圖所示。太陽能電路監測車站識別TI高性能低功耗處理器C2000 F28027紅外傳感舵機控制中斷響應電機控制液晶顯示車內監測（溫濕度監測）紅外避障圖3.2控制系統總體結構圖B.子模塊程序圖設計（如圖3.3 ）：十字路口識別流程圖： 判斷是否進入十字路口讀取預存的路線值根據預存的路線進行轉向控制返回尋跡判斷是否出路口進行轉

17、向控制路口計數值加1返回圖3.3十字路口識別流程圖遇障處理流程圖（圖3.4）：讀取超聲波傳感器的數據軟件控制去除抖動判斷分析是否遇到障礙判斷是何處位置的障礙實現停車或是避開障礙的動作車燈閃爍蜂鳴器報警停車延時，關閉車燈與蜂鳴器返回圖3.4遇障處理流程圖傳感器避障及循跡流程（圖3.5） 圖3.5傳感器避障及循跡流程車站識別及人數計算圖（3.6） 圖3.6車站識別及人數計算流程太陽能電壓監測（如圖3.7）圖3.7太陽能電壓監測4. 系統創新4.1.基本目標（1）實現公交車在公路上穩定的尋跡行駛；（2）實現公交車對基本路面情況的判斷，如十字路口，紅綠燈，車站等；（3）實現公交車對緊急情況的處理，如遇

18、障等；（4）實現對公交車內溫度及濕度的數據采集并顯示；（5）實現公交車對太陽能的采集并把太陽能儲存；（6）實現對太陽能充電電路的電壓采集及控制；4.2 創新點功能特性：（1）采用兩MOSFET管搭建電機驅動及舵機控制，散熱好，機動性好，效率高，穩定性好等特點； （2）具有紅外避障功能，能夠自主識別控制，平穩的轉向、前進、后退。（3）太陽能采集電路控制，以及對電壓和電流的監測及控制；（4）采集的太陽能可以供乘客乘車時手機充電等；（5）對車站的識別采用干簧管監測車站的磁性實現；（6）對車內的溫度和濕度等情況進行監測并顯示；4.3平臺二次開發： 使用無線通信模塊實現公交車與調度室的通信， 用公交車上的攝像頭完成對公交車的遠程監控； 實現公交車與PC機通訊，遠程調度的功能； 實現公交車備用太陽能的多用途，供乘客手機等電子產品的短時間快速充電； 實現車內是視頻監控，并