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智能车硬件入门教程

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ID:287868 发表于 2018-3-5 18:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
智能车硬件入门教程(1)


By 高天翔

智能车是一个复杂的系统工程,用到的硬件种类也是多种多样的,那么,怎么才能 抓住精髓,以最快的速度入门呢?本文将会给出答案。




一辆小车,能跑起来,首先要有一个电机,其次要有一个能够控制转向的舵机;除 此之外,还应该有一块电池。让我们从最简单的电池说起。


组委会提供的电池有两种,一种是博思威龙的,一种是香山红叶的。两种电池大同 小异,但是比赛时必须使用指定的电池,不能混用。这两种电池供电电压标称为 7.2V, 实际上的空载电压可以达到 8V 以上,所以供电部分是不能仅仅按照 7.2V 去设计的,比 较保险的做法是按照最高 9V 来设计。需要注意的是,厂家自带的电池接口质量是比较 差的田宫插头,很容易松动,建议换成 T 插或者 XT60 接头,这两种接头淘宝上均有销 售。



接下来我们来说电机。首先我们先认识一下我们用到的电机型号。在智能车竞赛的

平台中,用到的都是最为简单的直流电机,型号有 RS-380、540、RN-260 几种。从马力 来说,540 最优,RS-380 其次,RN-260 最弱。当然,由于比赛是指定车模的,所以参赛 队员通常没有选择的机会,所以了解一下就好。控制电机要用到电机的驱动器,常用的 有两大类,一类是使用BTS7960、BTN7971 等现成的电机驱动集成电路,一类是使用大 功率的 MOS 管组成 H 桥。从理论效果上来说后者更佳,但是实际上对于智能车竞赛来 说,两者都是够用的。感兴趣的同学可以自行了解相关的电路,也可以从网上购买相关 的电路模块研究学习。


对于电机驱动而言,通常都是由电池直接供电的,因为电流非常大,瞬时电流甚至 在 10A 以上,没有任何的稳压电路能够压得住这么大的负载。这就带来一个问题:当单 片机给出同样的驱动信号时,电机的实际马力会随着电池电量的降低而减少。这时就需 要用到速度编码器了。速度编码器是利用光电原理检测距离的装置,一般以齿轮联动的 方式安装在电机附近。有了这个传感器,让单片机在单位时间内检测传感器传回的距离 信息,就可以推算得到小车的运行速度了。这时,单片机可以根据小车的实际速度控制 驱动信号,这时小车的速度就不再和电池的电量相关了。一般速度传感器以欧姆龙的为 主,也有淘宝的智能车店家自行设计的产品。如果对这方面感兴趣,也可以自行查阅相 关的资料,做更深更细致的工作。



相比之下,控制转向的舵机就要简单一些了。因为舵机的电流不是很大,一般的稳 压电路是可以使用的。舵机的种类比较少,主要有 S3010和 SD-5 两种型号。与电机一 样,这部分通常也是规则指定的,参赛队只能使用规定的产品。舵机的控制端一般只有 一个,采用 PWM 波控制。在电路方面,如果想让舵机性能更优异,就需要在供电方面 达到舵机所需的最高工作电压。对于 S3010 来说,就是 6V。对于 7.2V 的电池来说,仅 仅使用稳压电路是很难保证 6V 供电的,因为稳压芯片都是存在压降的。这里作者推荐 TPS63060 自动升降压芯片,感兴趣的同学可以自行了解。





稳压电路同样是不可或缺的组成部分,绝大多数的外设都需要通过稳压模块提供恒

定的工作电压。一般来说,最常用的 LDO 稳压芯片是 AMS1117/LM1117。可以产生多种 不同的电压,供电能力不错,价格便宜,使用简单。缺点是压降比较大。此外,SPX3940 也是不错的选择,可以考虑。


单片机同样也是硬件的一部分。我们推荐使用组委会提供的 K60-SEU 核心板。K60 单片机是组委会精心挑选过的,在所有比赛允许使用的单片机当中性能出众、资源丰富, 足以胜任智能车的制作。相关的输入输出设备,我们推荐如下几种。一是 EC11编码器, 可以实现一个基本的类iPod classic 的旋转式界面操作(支持旋转和点击),同时十分节 省空间;二是 LED灯,可以反馈单片机的信息,可谓调车必备;三是蜂鸣器,可以在车 辆的运行过程中提供车辆状态的实时反馈;四是 OLED屏幕,用于小车的临场配置。OLED 屏幕推荐使用 128*64 分辨率、0.96 寸的 7 线 SPI 屏幕,体积小,反应快,最重要的是, 可以直接插在我们的核心板上,在电路上无需任何特殊的设计;五是蓝牙串口模块,可 以无线传输小车运行过程中的实时数据,有助于分析车辆的各种疑难杂症。同学们可以 根据自己的能力水平选择这些外设,相信会带来很大的帮助。上述设备淘宝上均有销售, 价格也很亲民。


加速度计和陀螺仪是相对比较进阶的装置了。对于四轮车来说不太用得到(作者本 人的国赛赛车上也没有使用),但对于直立车模来说是必备的,主要用来调整车身的姿 态。电路硬件部分比较简单,网上有很多参考资料,选型方面最常用的有 MPU6050、 MMA8451 等等。从性能上来说,陀螺仪数据相对更稳定一些,加速度计抖动会很严重, 通常需要用到卡尔曼滤波。对直立车感兴趣的同学可以深入研究,而对于一般的四轮车 来说,这部分可以暂时略过,校赛上作用不是很大。


对于电磁、电轨等非光线敏感型组别来说,最后一个要提到的就是磁铁传感器了。 因为在比赛规则中规定,起点处有一颗永磁体,需要车模感应到后自动停车,否则会加 罚一秒。最常用的器件有两类,一类是干簧管,一类是无极性的霍尔元件,比如 HAL145。 具体的电路在此略去,在淘宝店铺购买时一般都会提供的。


至此,最通用的一些必备的硬件的器件就介绍完了,继续介绍就将是具体的路面信 息传感器了。相信同学们对智能车通用平台也有了一个最基本的认识。最后祝各位调车 愉快,取得好成绩!


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ID:236666 发表于 2018-11-4 19:25 | 显示全部楼层
挺不错的一个总结,作为初学者来说
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ID:591953 发表于 2019-11-23 09:55 | 显示全部楼层
学习了,正需要
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ID:635534 发表于 2019-11-27 18:15 | 显示全部楼层
有后续吗?这个挺好的
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ID:707733 发表于 2020-3-13 15:45 | 显示全部楼层
对于初学者这篇文章真的很好,很有帮助,谢谢作者
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ID:475207 发表于 2020-4-7 11:30 | 显示全部楼层
从小白到入门,谢谢楼主
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ID:647334 发表于 2020-5-28 22:26 | 显示全部楼层
很不错
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