立创梁山派-21年电赛F题-智能送药小车-电路设计

送药小车代码仓库基于立创梁山派的21年电赛F题智能送药小车: 基于立创梁山派的21年电赛F题-智能送药小车更好的观看体验请去https://dri8c0qdfb.feishu.cn/wiki/UjwwwO0KZii5bykPcE4cJZafnAg送药小车立创开源平台资料【电子竞赛】21年电赛F题-智能送药小车 - 嘉立创EDA开源硬件平台​⁤⁤⁤⁤⁤⁤⁤⁡⁢⁣⁣⁡⁤⁡⁣⁡⁡0_小车扩展板最主要的板子驱动电机舵机板载国产姿态传感器和磁力计CAN电路蜂鸣器等。1_外置蓝牙模块用国产蓝牙模块做双车通讯2_梁山派-K210固定板结构件承载梁山派和K210开发板3_小车底板结构件4_RGY灯板为了满足题目要求显示小车工作状态5_摄像头补光板在环境亮度太低时给摄像头补光也用于固定摄像头位置一 全国产化为什么要做全国产化呢这个也算是之前的疫情给了个机会疫情开始那几年STM32都涨疯了疫情期间全球供应链受到了很大冲击。很多人都说显卡涨价涨的太离谱了其实疫情那几年就涨价幅度来说芯片的涨价甩显卡几条街。所以我们要开始注重自主创新和技术独立现在中国的很多行业都在推全国产元件既可以提高国内的技术水平也可以降低对外部技术的依赖提升整体竞争力。**大家在工作学习中也可以多用用国产元件当然并不是盲目的支持当前许多芯片与国外技术差距确实还不小也不要走极端不能当二极管。国内的芯片能满足项目需求就支持它不能的话用国外的也无可厚非。二 引脚分配在进行电路设计最开始的开始最重要的首先就是引脚分配引脚分配的不好很有可能造成明明资源很丰富的 MCU 被搞得没几个接口可以用或者造成布线异常麻烦。良好的引脚分配可以有效决定电路板上各个元件的位置和连接方式。结合梁山派原理图和GD32F470的Datasheet中的2.6.2中的硬件定义就可以获得下面这张分配表因为GD32并没有推出类似Cubemx这种的图形化配置工具所以目前只能手动记录了因为排针引出的部分引脚是被开发板的SPI FlashLEDSDIO等占用的部分会连接上下拉电阻。所以一定要注意分配时不要粗心大意。连接到屏幕FPC座的引脚只要你不使用屏幕就可以使用。​P1​P2​在选择的时候是先按照UARTSPI正交编码器接口PWMIIC优先硬件软件的也可以CANADCLEDKEY灰度传感器接口 这个顺序来选的具体怎么选还是要看你自己对这些资源的重要性排序。UARTUSART2(RX:PB11;TX:PB10) --K210USART5(RX:PG9;TX:PG14) --无线模块USART1(RX:PD6;TX:PD5)--遥控备用UART3(RX:PA1)--SBUS预留SPISPI3CS0(PE4)CS1(PC13)SCK(PE2)MOSI(PE6)MISO(PE5)IICI2C0(SCL:PB6;SDA:PB7)模拟I2CSCL:PG6 ;SDA:PG7 PWMTIMER8_CH0PA2--电机M1-IN1TIMER8_CH1PA3-电机M1-IN2TIMER11_CH0PB14-电机M2-IN1TIMER11_CH1PB15-电机M2-IN2TIMER7_CH0PC6-舵机1TIMER7_CH1PC7-舵机2TIMER12_CH0PA6 --蜂鸣器TIMER0_CH0PA8-备用EncoderTIMER2_CH0(PB4) -电机M1-Encoder ATIMER2_CH1(PB5) -电机M1-Encoder BTIMER1_CH0(PB8) -电机M2-Encoder ATIMER1_CH1(PB9) -电机M2-Encoder BADCADC01_IN4PA4ADC012_IN11PC1ADC01_IN7PA7ADC01_IN14PC4LEDLED-RPD3LED-GPG10LED-YPA15KEY碰撞开关 KEY0 PG12KEY1PG11KEY2PG13KEY3PB3CAN:CAN0(RX:PD0;TX:PD1)还可利用引脚灰度传感器备用PD4PB1PB0PB12PB13PF10PC5具体分配可以查看原理图的最终定稿三 元器件选型及原理图设计我们使用到的是全国产化的立创·梁山派开发板在这基础上PCB也会做到全国产化选型所以在元器件选型时我们也会优先选择国产元件。1.电源路径选型及设计​选用国产圣邦微电子的SGM61323A, 28.5V, 1.4MHz Step-Down Converter.参考官方的典型应用来设计原理图​这个芯片有一个比较好的一点就是留出了一个使能引脚你要用的话就可以控制芯片的工作状态不用的话不连它他也可以自动启动。一般这种电源芯片官方都会给出参考原理图SGM6132的datasheet第一页左下角他就给出了典型应用。不过是3.3V的。我们继续往下找到第10页可以找到典型应用电路上面有各个参数的推荐选型的数值。​这里我要的是5V输出结合上面就可以知道具体元件选型参数都不用自己计算了。要是自己算阻值的话有一个要注意的地方就是电阻阻值不要超过他的最大值比如这个芯片的R2最大值就是100kΩ选的太大它可能就不能工作了。最简单可靠的还是用官方推荐的图来设计。这里的阻容以及一体成型金属电感都是选用国产厂家生产的。其他的XT30接口自恢复保险丝波动开关电路TVS过压保护等选型就比较简单了。​XT30公头制造的出名的厂家也没几个随便选都可以。​考虑到两个直流减速电机在启动时第瞬时电流会很大就算给每个电机分2A吧再给开发板留1A所以这里选择的是最大5A的自恢复保险丝。​这里选择的拨动开关最大可以过6A的电流妥妥的足够用了。​他的工作原理是当工作在正常电压下时TVS保护电路的电阻很大不会对电路产生影响但在瞬态电压出现时TVS保护电路的电阻会迅速变小将电压限制在设定的安全范围内从而保护电子设备不受损坏。不过锂电池的电压是非常稳定纯净的这个保护还是主要调试时用开关电源供电时防止电压超标。2.电机驱动电路选型及设计​一个AT8870可以驱动一个直流电机正反转我们要驱动两个直流电机所以这里要用两个驱动芯片。他的手册是全中文的重点要看的参数主要是主供电要求逻辑供电要求逻辑输入要求连续输出电流峰值输出电流最大PWM频率等。了解上面以上参数后我们就可以选电机了要确保电机的工作电流电压要在电机驱动芯片的工作范围以下我选的是轮趣科技的MG513P20_12V ,这个电机减速比是20工作电压是12V额定电流是0.36A堵转电流是3.2A。我们所用的AT8870峰值输出电流是3.6A那还是有可能在长时间堵转的情况下烧毁的所以我们需要设置驱动芯片的保护这款芯片的ISEN引脚可以设置芯片的电流控制电流这个电阻的取值和参考电压以及要设置的电流有关。详细介绍可以看AT8870的datasheet的第8页有详细的介绍和公式。在上面原理图中我就选择0.15欧姆了。代表参考电压为3.3V时目标电流为2.2A。再有就是我们看一下快衰减和慢衰减说的是什么这里的快慢指的是电流而不是电机转动的速度。由于电机是感性负载当断开电机两端的电压时电流会产生反向电动势。这可能会对驱动芯片造成损坏。因此要让电机停下来除了断开电源还需要建立一个续流回路来释放电机中的能量。慢衰减相当于加在电机(感性原件)两端电压消失将电机两端正负短接。快衰减相当于加在电机(感性原件)两端电压消失将电机两端快速接上与驱动电流相反的电流。近期发现立创商城上面AT8870停止进货了那可以选一个更好的AT8236最大峰值驱动输出可达6A连续输出驱动可达4A还是PINtoPIN的可以直接替换实际焊接的时候直接替换就好了。3.姿态传感器选型及设计姿态传感器是一种测量物体姿态的传感器他可以通过测量物体的加速度角速度等参数来计算出物体的姿态信息。最出名的就是mpu6050了他是InvenSense 公司推出的全球首款整合性 6 轴运动处理组件应美盛公司已经被日本的TDK公司买了现在出的最新的IMU都是ICM开头的比如ICM-42688可以看一下这个网页的介绍mpu开头的型号和icm-2x开头的型号已经不被推荐了有些都已经停产了。科学技术发展很快这些传感器的制造工艺和精度也在飞速提升。所以大家学习或者做产品的话最好都是用新产品电子产品都是买新不买旧嘛更新换代太快了。传感器不好用是会难为死软件算法的。一般想要获取姿态信息有以下几种方式第一种最简单的就是直接买模块模块内部做姿态解算你只需要直接处理姿态信息就行了一般都是串口传过来的。第二种是IMU芯片内部自带解算算法比如MPU6050自带DMP库在MCU端配置好之后就能利用芯片自带的DMP加速来进行解算。第三种就是只能获取IMU的原始数据然后再MCU内部自己进行解算这个的难度最大花的时间不够很有可能搞的一地鸡毛获取到的数据也没法用但同样这种学到的东西也最多。虽然国内厂家生产的六轴姿态传感器和国外还有不小的差距但是它基本没有供货风险而且价格也挺实惠的。可以打开立创商城搜索可以看到国内销量最高的两款是QMI8658A和QMI8658C尽量选A型号他是C型号的升级版本有更低的噪声。他的封装也是和国外大厂的部分型号PINtoPIN的后续可以替换测试其他厂家的imu。参考QMI8658A的datasheet中第八页现在立创商城下面的PDF预览已经可以查看整个手册了他给出了三线SPI四线SPIIIC的应用图。查看手册中的表15可以了解这款芯片SPI最高时钟支持15MhzIIC时钟最高支持400Khz。为了在单位时间内获得更多的数据就选用SPI协议了。​4.磁力计传感器选型及设计姿态传感器是分为6轴和9轴的9轴的就是带磁力计的但是目前国产的好像还没有九轴的姿态传感器。在姿态解算中磁力计可以提供重要的地磁信息帮助确定设备的方向和位置。如果没有磁力计只使用加速度计和陀螺仪来解算姿态那么在某些情况下例如设备在静止状态下或只在水平面上运动时无法确定设备的方向。而通过使用磁力计可以测量地球磁场并确定设备的方向和位置从而实现更准确的姿态解算。此外磁力计还可以帮助校正陀螺仪的漂移误差提高姿态解算的精度。国产磁力计的性能现在还挺不错了我看到部分飞控上都开始使用QMC5883L了。现在上海矽睿推出了更新的QMC5883P他的量程比之前大了很多。参考他的datasheet可以了解到它最高支持400Khz的IIC速率不支持SPI结合第七页的建议外部连接可以设计出以下原理图。​5.蜂鸣器选型及设计蜂鸣器可以将电信号转化为声音信号可以向用户提供声音反馈或者警报信号。蜂鸣器从构造类型上有电磁式和电压式两种从驱动方式上来说有无源由外部方波驱动和有源由内部驱动外部给电就行两种。按封装方式的不同也可以分插针式和贴片式。那么就开始打开立创商城开始选型吧还是选国产的一般来说电磁式蜂鸣器的动作电压可以比较低。我选择的是无源电磁式贴片蜂鸣器工作电压2-4v频率4000Hz这里的频率是指他在这个频率下的声音最响。D2在这里的主要作用是保护这个驱动的MOS管因为蜂鸣器和电机一样是一个感性元件也就是说它的电流是不能瞬变的。必须有一个续流二极管提供续流。如果没有这个续流二极管停止给蜂鸣器供电的时候在蜂鸣器两端会有反向感应电动势产生高达几十V的尖峰电压很有可能损坏驱动电路。R26:限流电阻防止电流太大损坏芯片的PWM输出引脚。R4就是一个简单的下拉电阻了。​6.按键及药物检测开关设计7.ADC电压采集电路设计8.CAN芯片选型及设计9.SBUS电路设计四 PCB Layout在制作PCB的时候虽然大家都追求一版成功但是一版成功可遇不可求。就算失败了也不要泄气。犯错也是学习的过程只要不重复犯同样的错误就够了。1.预布局2.DC-DC降压3.电机驱动电路4.其他更多详情请到原文章查看​送药小车代码仓库基于立创梁山派的21年电赛F题智能送药小车: 基于立创梁山派的21年电赛F题-智能送药小车更好的观看体验请去Wiki送药小车立创开源平台资料【电子竞赛】21年电赛F题-智能送药小车 - 嘉立创EDA开源硬件平台