智能車硬件入門教程

智能車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，用到的硬件種類也是多種多樣的，那么，怎么才能 抓住精髓，以最快的速度入門呢？本文將會(huì)給出答案。

一輛小車，能跑起來，首先要有一個(gè)電機(jī)，其次要有一個(gè)能夠控制轉(zhuǎn)向的舵機(jī)；除 此之外，還應(yīng)該有一塊電池。讓我們從最簡(jiǎn)單的電池說起。

組委會(huì)提供的電池有兩種，一種是博思威龍的，一種是香山紅葉的。兩種電池大同 小異，但是比賽時(shí)必須使用指定的電池，不能混用。這兩種電池供電電壓標(biāo)稱為 7.2V， 實(shí)際上的空載電壓可以達(dá)到 8V 以上，所以供電部分是不能僅僅按照 7.2V 去設(shè)計(jì)的，比 較保險(xiǎn)的做法是按照最高 9V 來設(shè)計(jì)。需要注意的是，廠家自帶的電池接口質(zhì)量是比較 差的田宮插頭，很容易松動(dòng)，建議換成 T 插或者 XT60 接頭，這兩種接頭淘寶上均有銷 售。

平臺(tái)中，用到的都是最為簡(jiǎn)單的直流電機(jī)，型號(hào)有 RS-380、540、RN-260 幾種。從馬力 來說，540 最優(yōu)，RS-380 其次，RN-260 最弱。當(dāng)然，由于比賽是指定車模的，所以參賽 隊(duì)員通常沒有選擇的機(jī)會(huì)，所以了解一下就好�？刂齐姍C(jī)要用到電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，常用的 有兩大類，一類是使用BTS7960、BTN7971 等現(xiàn)成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路，一類是使用大 功率的 MOS 管組成 H 橋。從理論效果上來說后者更佳，但是實(shí)際上對(duì)于智能車競(jìng)賽來 說，兩者都是夠用的。感興趣的同學(xué)可以自行了解相關(guān)的電路，也可以從網(wǎng)上購(gòu)買相關(guān) 的電路模塊研究學(xué)習(xí)。

對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)而言，通常都是由電池直接供電的，因?yàn)殡娏鞣浅４螅�瞬時(shí)電流甚至 在 10A 以上，沒有任何的穩(wěn)壓電路能夠壓得住這么大的負(fù)載。這就帶來一個(gè)問題：當(dāng)單 片機(jī)給出同樣的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，電機(jī)的實(shí)際馬力會(huì)隨著電池電量的降低而減少。這時(shí)就需 要用到速度編碼器了。速度編碼器是利用光電原理檢測(cè)距離的裝置，一般以齒輪聯(lián)動(dòng)的 方式安裝在電機(jī)附近。有了這個(gè)傳感器，讓單片機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)傳感器傳回的距離 信息，就可以推算得到小車的運(yùn)行速度了。這時(shí)，單片機(jī)可以根據(jù)小車的實(shí)際速度控制 驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這時(shí)小車的速度就不再和電池的電量相關(guān)了。一般速度傳感器以歐姆龍的為 主，也有淘寶的智能車店家自行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。如果對(duì)這方面感興趣，也可以自行查閱相 關(guān)的資料，做更深更細(xì)致的工作。

相比之下，控制轉(zhuǎn)向的舵機(jī)就要簡(jiǎn)單一些了。因?yàn)槎鏅C(jī)的電流不是很大，一般的穩(wěn) 壓電路是可以使用的。舵機(jī)的種類比較少，主要有 S3010和 SD-5 兩種型號(hào)。與電機(jī)一 樣，這部分通常也是規(guī)則指定的，參賽隊(duì)只能使用規(guī)定的產(chǎn)品。舵機(jī)的控制端一般只有 一個(gè)，采用 PWM 波控制。在電路方面，如果想讓舵機(jī)性能更優(yōu)異，就需要在供電方面 達(dá)到舵機(jī)所需的最高工作電壓。對(duì)于 S3010 來說，就是 6V。對(duì)于 7.2V 的電池來說，僅 僅使用穩(wěn)壓電路是很難保證 6V 供電的，因?yàn)榉�(wěn)壓芯片都是存在壓降的。這里作者推薦 TPS63060 自動(dòng)升降壓芯片，感興趣的同學(xué)可以自行了解。

定的工作電壓。一般來說，最常用的 LDO 穩(wěn)壓芯片是 AMS1117/LM1117。可以產(chǎn)生多種 不同的電壓，供電能力不錯(cuò)，價(jià)格便宜，使用簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是壓降比較大。此外，SPX3940 也是不錯(cuò)的選擇，可以考慮。

單片機(jī)同樣也是硬件的一部分。我們推薦使用組委會(huì)提供的 K60-SEU 核心板。K60 單片機(jī)是組委會(huì)精心挑選過的，在所有比賽允許使用的單片機(jī)當(dāng)中性能出眾、資源豐富， 足以勝任智能車的制作。相關(guān)的輸入輸出設(shè)備，我們推薦如下幾種。一是 EC11編碼器， 可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本的類iPod classic 的旋轉(zhuǎn)式界面操作（支持旋轉(zhuǎn)和點(diǎn)擊），同時(shí)十分節(jié) 省空間；二是 LED燈，可以反饋單片機(jī)的信息，可謂調(diào)車必備；三是蜂鳴器，可以在車 輛的運(yùn)行過程中提供車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)反饋；四是 OLED屏幕，用于小車的臨場(chǎng)配置。OLED 屏幕推薦使用 128*64 分辨率、0.96 寸的 7 線 SPI 屏幕，體積小，反應(yīng)快，最重要的是， 可以直接插在我們的核心板上，在電路上無(wú)需任何特殊的設(shè)計(jì)；五是藍(lán)牙串口模塊，可 以無(wú)線傳輸小車運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有助于分析車輛的各種疑難雜癥。同學(xué)們可以 根據(jù)自己的能力水平選擇這些外設(shè)，相信會(huì)帶來很大的幫助。上述設(shè)備淘寶上均有銷售， 價(jià)格也很親民。

加速度計(jì)和陀螺儀是相對(duì)比較進(jìn)階的裝置了。對(duì)于四輪車來說不太用得到（作者本 人的國(guó)賽賽車上也沒有使用），但對(duì)于直立車模來說是必備的，主要用來調(diào)整車身的姿 態(tài)。電路硬件部分比較簡(jiǎn)單，網(wǎng)上有很多參考資料，選型方面最常用的有 MPU6050、 MMA8451 等等。從性能上來說，陀螺儀數(shù)據(jù)相對(duì)更穩(wěn)定一些，加速度計(jì)抖動(dòng)會(huì)很嚴(yán)重， 通常需要用到卡爾曼濾波。對(duì)直立車感興趣的同學(xué)可以深入研究，而對(duì)于一般的四輪車 來說，這部分可以暫時(shí)略過，校賽上作用不是很大。

對(duì)于電磁、電軌等非光線敏感型組別來說，最后一個(gè)要提到的就是磁鐵傳感器了。 因?yàn)樵诒荣愐?guī)則中規(guī)定，起點(diǎn)處有一顆永磁體，需要車模感應(yīng)到后自動(dòng)停車，否則會(huì)加 罰一秒。最常用的器件有兩類，一類是干簧管，一類是無(wú)極性的霍爾元件，比如 HAL145。 具體的電路在此略去，在淘寶店鋪購(gòu)買時(shí)一般都會(huì)提供的。

至此，最通用的一些必備的硬件的器件就介紹完了，繼續(xù)介紹就將是具體的路面信 息傳感器了。相信同學(xué)們對(duì)智能車通用平臺(tái)也有了一個(gè)最基本的認(rèn)識(shí)。最后祝各位調(diào)車 愉快，取得好成績(jī)！