暗网下载 智能车浅谈——硬件篇

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

就前言而言，身为一名老三本玩家，笔者深切知晓一些同学刚接触此项比赛时所产生的那种毫无头绪、不知所措之感，撰写这篇文章主要目的在于分享自身对于车的理解，而为了能让这一期望得以实现，同时也寄望大家能够实际地去深度领会小车的整个系统，去明白小车所有方面的构成以及原理，并非那种会遭受众人均唾弃的所谓“调参比赛”。鉴于自身水平存在一定限度之处，仅能提供参考之用，并且也非常欢迎各位大佬能够参与进来进行交流。

初识小车

不清楚各位是在啥时候开始晓得有小车这么个事物的，笔者头一回目睹小车之时，那是学校协会招新所展示的作品哟，之后加入实验室，渐渐地才开始知悉了这个比赛呢，至于比赛的相关介绍，我在这儿就不多说了哈，要是有想要了解的，那就去查看卓大公众号的规则以及介绍（）那里边有哈。这儿主要讲一讲小车的构成情况。参赛小车由车模、硬件系统还有软件算法这三大部分构成，车模与硬件在比赛前期的工作量颇为大，软件部分的调试工作会一直持续到赛前，三人小队的一般分配是，一个主要尽责于硬件方面，一个主要负责整体控制方案以及小汽车机械结构的调整与控制部分软件的搭建，另一个人主要承担整车的算法工作，这是笔者参赛时的分配方案，参赛的整个过程都离不开组员的紧密配合，少了任何一方都不行。

车模能够被理解成是小车的四肢还有身体，这个小车全都是在车模的基础之上予以搭建；鉴于组别的不一样的情况，车模的规定有着差异，依据细则要求来进行选购就行，关于车模的介绍以及规定每年的比赛规则有着详细的介绍，可以去进行查看。

硬件系统

小车的硬件系统，这是小车的脊柱，它发挥着将身体各个部分联系起来，从而形成一个整体的作用；比赛提出的要求乃所有的硬件系统要依据规则自行制作PCB，而一个小车的硬件系统主要涵盖电源系统、人机交互系统、MCU最小系统、传感器系统、驱动系统 。

1.电源系统

小车靠电池供电，通常方案是两节 18650，或者是专用镍铬电池，其电压范围大致在 6V 到 8V，小车所用各传感器种类繁多，供电电压不一样，大多是 12V、6V、5V、3.3V 的电压，所以要我们设计且制作一个电源系统来给整个小车提供良好电源，需运用模电和电力电子的知识，在这个系统中我们会用到开关电源和线性电源这两大类电源方案。

线性电源

能理解成于原有的电源两端加上负载，借由匹配负载比来输出目标电压，其好处是能够供给稳定纯净的电源分号但因该方案获取电压运用负载消耗的方式分号所以工作过程会产生极大的热损耗分号并且转换效率较低分号同时降压管自身发热十分严重。

开关电源

依照名称含义来看，主要借助控制可控开关的开关时间，使之匹配降压斩波电路（Buck电路）以及升压斩波电路（Boots电路）来达成升压降压；集成芯片之中通常存在一个反馈端口，该端口用于构建闭环控制以保障输出电压保持稳定；运用可控开关的方案能够大幅提升转换效率，然而却会致使输出电压涌现纹波，对于电源要求较为高的电路而言便无法采用此方案。有这样一种情况，能够拿去参考的电源方面的内容，是跟市面上常见的方案相关的，可要注意了，很希望大家去懂得电源的类型，要明白器件选型那些是怎么回事呀。而且元器件的参数设置原理也要彻底理解清楚，得结合自己学的模电去计算一下下。在这呢，给大家做个推荐，大家去看看B站有个人称为电源大师以及运放大师讲的东西。他们讲的内容里结合实例讲解了好多好多电路的知识，还有模电方面的知识呢。真的是把知识点巧妙地搬到了实际生活当中去了 ，这个过程是很值得去关注的呀 。

2.人机交互系统

人机交互系统用于便于开展参数的设定、查看，以及特殊元素的识别判断，多采用显示屏、按键、蜂鸣器；显示屏较流行的有0.96寸OLED、1.8TFT、2.0的并口屏和顺口屏；通信协议方面大多是I2C和SPI，SPI协议的屏幕，其速度会更快一点（I2C协议v2.1规定了100K，400K和3.4M三种速率(bps)，而SPI没有官方标准，有的器件SPI能够达到50Mbps）。串口屏有着相当不错的UI控件，它更加适配电赛，操作便利且简洁，无需为界面设计操心费神，有想要了解的同学能够参考陶晶驰串口屏，按键能够选取五方向按键，蜂鸣器能够采用有源蜂鸣器，以此降低程序设计的难度。

3.MCU最小系统

最小系统怎样选择，是依据自身所在组别来定的，不同组别的最小系统存在差别，十五届往后，越来越多的处理器厂商参与到赛事之中，出现了TC264、TC364、RT1064、STC16、MM32、ch32等多种处理器，而这些处理器的最小系统的最基本三要素是：电源、晶振、复位。最小系统能够直接去购买核心板成品来使用，不过要了解其电路构成，才方便排查问题，有能力的话最好自己制作。

4.传感器系统

对于不同的组来讲，传感器会存有一定的差异，然而传感器都是大体相同，细微处有别的，常用的是摄像头，还有电感，以及编码器。说到十七届，四轮分成了电磁四轮以及摄像头四轮组这两种，其中摄像头组的赛道不存在电磁线，这代表没办法运用电感进行辅助；电磁四轮有使用宏晶处理器的要求，当下的STC系列不足以驱动摄像头，那就意味着电磁组没办法借助摄像头达成车库等一些元素的识别，得加入干簧管之类的辅助器件来实现停车；至于平衡信标组，要有陀螺仪实现直立环，从而获取车身角度；对于多车编队，还得运用类似超声波等的一些模块来实现跟随。

摄像头

当下经常会被使用着的摄像头，便是那龙邱科技的叫做神眼的一款，以及逐飞科技的名为总钻风之物，这两款摄像头皆属于灰度摄像头呀，所以当于屏幕之上进行显示之际暗网下载，所看见的画面是如同黑白电视那般的，不过要留意，此处出现的黑白并非是具备真正意义的非黑便是白这种情况，而是将从黑转至白其间的距离分成了255个层次哟。借助对摄像头内部寄存器进行配置成就摄像头的初始化，致使摄像头每帧图像之分辨率维持在188×120 。在采集完毕之后倚仗八位数据并口、行中断与场中断（两款摄像头引脚定义犹如下面图形所示）达成数据传输，把图像信息传送给单片机 。

摄像头的采集流程是这样的：首先，摄像头在初始化参数完毕以后，才开始进行采集。接着，当采集到了一帧图像时（设定此帧图像之为：188×120），此时会发出一个场中断，借着这个场中断向主控传达已经采集完了一帧图像的信息，随后场中断进行复位操作。然后，就在场中断生成之后，会出现188×120个行中断情况，每一个行中断一旦被主控捕捉住，之后主控均会收集8位数据口输出来的并且为(0000 0000 ~ 1111 1111)的电平，通过这样的方式进而获取到对应位置处的数据（数据区间为0 - 255），之后像这样不断重复，每一次场中断过后都会传送188 * 120个数据。最后，主控依照行中断的顺序逐个取得这些数据，这样就能得到图像的原始数据了，为了节省单片CPU的资源，通常情形下会采用DMA搬运的方式，直接地将这些数据搬运到内存当中。8位数据口传输的数据范围正好是0000 0000至1111 1111，也就是0到255，这对应着灰度摄像头的色彩范围，其中0表示全黑，255表示全白。

电感

采用的电感是工字电感，其主要是借助电磁感应原理，通过电感去采集信号发生器所产生的电磁信号。赛道规定的信号是频率为f = 20Khz、电流为i = 100ma的交变电流，为了能确保采集的信号就是信号发生器产生的那个信号，就需要设计选频电路，利用LC组合去形成谐振回路，一般采用10mH的工字电感以及6.8nf的匹配电容。有关电磁信号采集部分的介绍可参考此篇博文 —— ，计算公式与结果如下：

电感采集的原理是，在此处拿左右两个电感作为例子，当高度被固定以后，如同下图左边所显示的那样，能够发觉的是，垂直于电磁线的谐振电路所产生的感应电动势，会跟着电感与电磁线的垂直距离发生变化而出现改变，距离越是接近，感应电动势的数值就越大，距离越是遥远，感应电动势就越小，如此一来，借助左右两个电感的感应电动势，便能够推断出小车当下的状态。如右边图1展现的那样，小车处于赛道中央之际，左右两边的电感数值是相等的，这时是没有偏差的，正好对应直道，舵机是处于正中间位置的 。如右边图2所示，小车偏向左边的时候，左面的电感距离信号线较远，感应电动势不大 ，然而右面的电感更靠近信号线，产生的电动势就更大，这时左右电感产生的感应电动势将出现一个偏差，我们得依据这个偏差去控制舵机打角，进而操控小车姿态 。如右边图3所示，小车偏向右边时，这和图2的情况相反，右面的电感远离信号线，感应电动势变小，而左面的电感感应电动势较大，此时左右电感产生的感应电动势同样存在偏差，仅仅是和图二所示情况的偏差方向不一样了，同样能够利用这个差值来控制小车姿态调整 。

因为这个感应电动势程度较轻，仅仅处于 mV的级别范围里头，并且它属于交流类型的信号，进而直接运用单片机的ADC去开展采集这种行为是不切实际的缘由，所以呢便要在谐振电路随后这个时间阶段添加进运放模块用以达成含有一定比例的前级放大以及检波处理从而以此得出峰值电压这样的一项结果，而后借助单片机的ADC开展采集处理进而计算偏差，在这儿是依靠龙邱科技所讲的运放模块进而参考此内容的。

借助获取左右两边电感所产生的电动势，以此来操控小车开展调整姿态的活动。倘若想深入研习了解，可参照逐飞科技所提供的电磁四轮车讲解 。

编码器

它的作用在于获取小车速度，工作期间，随着齿轮旋转过程，会规律性地产生脉冲，单片机借助捕获上升沿或者下降沿的个数来读取脉冲数，借此就能够获取车速，此处的512线编码器以及1024线编码器，指的是编码器旋转一圈所产生的脉冲数，当有了脉冲数后，便能够运用常见的T法测速或者M法测速来得出小车的速度。（T法和M法可参考电力拖动运动控制系统的讲解。） 。）带方向的，是针对编码器的两个输出口而言，其中一个脚所输出的是脉冲，另一个输出的则是依据旋转方向来输出的高低电平（前提是假设正转时输出为1，那么反转输出即为0，此正反方向为笔者自行定义）；主控能够借助获取高低电平，从而判断速度方向，正交解码的编码器，指的是这种编码器的两个输出脚均输出脉冲，只是A、B两组脉冲是依据相位的差异来定义速度方向，假定A相超前于B相为正方向；那么B相超前于A相便是反方向。

5.驱动系统

驱动主要是就电机驱动展开讲解，舵机的驱动则留待后面控制部分，再去进行介绍。电机驱动主要采用的方式为H桥驱动，主要原理与前面所提及的开关电源大致相同，也是经由控制开关管的导通以及关断，来达成电机供电电压的改变，进而实施对电机速度的控制。

就如同上面的图示那样，在 A 管与 D 管处于导通状态，而 B 管和 C 管处于断开状态的时候，电机呈现出正转的情况 ；倘若 A 管持续导通，如此仅需凭借控制 D 管的导通速度，便能够改变电机的运转速度，这便是单极性控制方式 ，而双极性控制指的是同时对 A 管和 D 管的导通加以控制，从而控制电机速度 。当 B 管和 C 管导通，A 管和 D 管断开时，电机出现反转现象 ；同样的道理，单极性控制亦即 A 管或者 D 管一直保持导通状态，借助控制另外一个管子的开关来掌控电机的速度 。而双极性控制呢，是指通过同时对两个管子的开关进行控制，从而实现对电机速度的控制。常见的Ｈ桥驱动方式呀，还有BTN这种情况，以及IR2104加上Mos管的那种方式，或者呢，是HIP4082加上MOS的那种相关方式，这里呀，可以阅读果果小师弟的 。

机械结构

机械结构的首要部分在于前轮的倾角调节，在此处直接参照这篇文章，关于小车的硬件搭建讲述至此作结了，要是存在差错欢迎大家批判定正，同样也欢迎大家展开交流研讨。要是此文章之于你的赛事能够有所助益，并且在赛后对这篇文字仍有印象留存，笔者于评论区域静候你们的分享呈现。

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