本文來自朋友 Jerry
分享他關于初次參加全國大學生智能汽車競賽的同學們的建議。

??對于初入大學的電子電氣類新生來說，參加一些實踐競賽是提高自己工程能力和結合實踐進行理論學習的最好方式，這些競賽包括“全國大學生電子設計競賽”、“全國大學生智能汽車競賽”、Robomaster機甲大師賽等等比賽。但是作為初學者，經常不知道從哪里入手開始做，知識多如牛毛而自己又啥都不會。作為當年的智能車小白，我搬運了自己在知乎和智能車論壇發(fā)的一篇文章，為小白提供一些入門的參考。
首先明確想做哪方面得工作，是軟件算法，還是硬件電路的設計調試。確定好以后就建議去多逛智能車論壇。
對于大一來說，建議從軟件組做起。本人也是電氣工程專業(yè)，據我所知很多專業(yè)基礎課諸如模電數電都在大二或大三開設，而模電數電又是對電路設計比較重要的課程，如果沒學的話設計電路有可能比較吃力。而大一基本都會學習c語言。c語言學完就可以去學習比賽里用到的單片機了，像k60 KEA 之類的。新手可以直接調用庫函數開發(fā)，相對來講比硬件組設計可能更適合大一新生。
??以上是一些比較簡單的參考建議，我自己做硬件稍微多一點，STM32也略懂一二，所以現在來粗淺的講一下硬件方面的入門和學習（打怪升級）的一些知識和途徑。此文章適合零基礎小白參考，也歡迎各路大神友善的指點和討論。
??硬件方面首先要明確你的車要有哪些硬件模塊。舉個例子，比如我是做的電磁四輪，那肯定要有單片機做控制，還要能夠識別賽道信號，然后驅動電機和舵機工作。寫程序肯定還是PID算法，那對PID的參數肯定要能夠進行調整，不能老是代碼里修改再燒進去，這樣非常耗費時間。這樣把需求列出來以后，大致的模塊分類就非常的清晰：MCU最小系統(tǒng)、電磁信號采集、電機驅動、一些必要的傳感器（比如IMU、編碼器）、人機交互（也就是調參需要的按鍵、顯示屏、蜂鳴器之類的外設）這幾個模塊就非常的清晰了。
然后再考慮一個問題，就是我板子上所有的元件都要供電才能工作，但是鎳鉻電池電壓是7.2-8.4V，不能直接給元件使用，這種情況該怎么辦呢？就需要一些芯片把電壓降下來，降到5/3.3V來給板子上的器件使用，這就產生了電源模塊。這樣大體分析一下，該做的模塊就浮出水面了，接下來就是往這個框架里的每一個部分來填充細節(jié)了。
??填充細節(jié)這個事就牽扯到具體的電路設計，對于只有電路模電理論沒有實踐的新手來說，多看往屆的技術報告和技術檢查表是最快的設計途徑。大部分的技術報告都會給出一些原理圖設計，znczz論壇里也有很多開源的工程和原理圖。拿到這些原理圖之后需要再去查找里面芯片的datasheet，明確技術細節(jié)。以電源管理為例，最常見的設計是用LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器），例如LM2940，TPS73xx，SPX系列的LDO。如果使用的是LM2940，就需要查看它的手冊，明確輸入電壓、輸出電壓、最大輸出電流、外接濾波電容等技術細節(jié)，比如固定輸出5V，最大負載電流1A，輸出電容要用22uF的有極性電容且電容的ESR（等效串聯電阻）需要滿足一定范圍。直接抄別人的原理圖設計或許可以正常使用，但是會有一些設計隱患存在，不知道什么時候就會爆發(fā)出來，這對硬件的穩(wěn)定性非常的不利。如果不打算用LDO，想用DCDC芯片做開關電源提高轉化效率，就更需要查看datasheet和原廠編寫的應用指南、評估板手冊、仿真實例等技術資料。以TPS63070為例，手冊里明確給出了原理圖設計、元件選型以及PCB layout范例，參考他們設計即可。
??其他模塊的設計思想和以上所述的電源模塊類似，建議對電路工作原理有了深刻理解后再著手畫PCB，這樣對layout會有很大幫助，后期如果出現故障，排除也會比較方便。
??設計完原理性的電路就需要畫圖了。主流的PCB設計軟件就是Altium Designer,PADS,Cadence,Kicad,立創(chuàng)EDA這些軟件，車賽一般是用Altium Designer(下面簡稱AD)。首先要學會AD的使用，這一部分看書就可以，沒必要看視頻，市面上的一些教學視頻講的確實非常詳細，但是太過冗長，看一會就會看不下去，建議找本書跟著做一遍實際的案例，比如51最小系統(tǒng)，就可以入門了。答主大二的時候看的下面這本書，每天晚上去自習室抱著電腦邊看邊畫，兩個星期就可以基本入門PCB繪制了。

??畫PCB的第一步是把原理圖設計好，而原理圖設計的準備工作就是畫原理圖符號，也就是symbol。我畫symbol的習慣是按照芯片實際的封裝進行繪制，并且把特定功能的引腳用不同顏色進行標注，方便在PCB設計的時候進行引腳分配。

??畫好symbol以后要給它添加合適的封裝，也就是footprint。封裝可以根據datasheet里的尺寸手畫，也可以通過一些別人畫好的封裝庫直接調用。對于新手，可以選擇幾個元件自己畫一下封裝，掌握畫封裝的操作，畢竟不是所有元件別人都會給你畫好的，但是實際畫參加比賽的板子還是建議用一些成熟的封裝，以免畫出來以后芯片焊不上去（這就翻車了）。封裝庫的獲取有幾種途徑，一是從網上下載，二是從立創(chuàng)EDA導出，三是從各種電子設計愛好者手里獲得。如果你的焊接水平較好，建議使用貼片封裝的阻容（0805或者0603）；如果覺得焊接技術不過硬，可以用直插封裝的電阻電容。無論是哪一種途徑，添加好封裝畫好板子之后盡量1：1的先用紙打印出來和實際的安裝位置、芯片尺寸進行對比，有問題再修改，確定沒有任何問題以后再送板廠打樣。具體的繪制PCB的步驟，無論是書里還是各種網絡資源都講得很詳細，這里不再贅述。
如果你畫的第一塊板子可以打出來了，就需要進行焊接和測試。焊接之前先測量一下電源的對地阻值，防止在PCB短路的情況下進行焊接。焊接的順序因人而異，我習慣于先把電源部分焊好，接上電池先用萬用表測試一下輸出電壓，沒有問題再焊接剩下的部分。而對于不同高度的元件，可以先焊接貼片元件和高度較低的元件，諸如電容、開關、電機接口之類的較高的直插/貼片元件可以放到最后焊接。焊接后就要上電測試，這里的測試我自己分為兩種：純硬件測試和軟硬聯調。純硬件測試以電磁信號處理部分為例，上電后用示波器測試關鍵點信號，比如電感諧振對輸出、運算放大器輸入、運算放大器輸出、后級處理電路輸出。軟硬聯調就是寫程序測試，比如PWM輸出、編碼器輸入捕獲、MPU6050數據獲取、GPIO輸入輸出等等。
??如果經過測試，沒有什么大問題（像什么輸出電壓不對、單片機燒了、電機不轉、信號檢測不到、OLED不亮等等），恭喜你已經邁出了非常關鍵的一步，對于硬件大神來說就可以喝茶歇著了，但是對于Ctrl C V的小白來說還遠遠不夠。畫完之后問一問自己，你有沒有真正的理解了畫出來的所有電路？電機驅動里的H橋驅動原理是什么？為什么要用柵極驅動芯片？為什么柵極輸入要串個小電阻？怎么自舉的？柵極驅動芯片為什么要用12V供電？為什么有人給mos管反并聯一個二極管？這個二極管是不是真的需要？又比如電磁信號處理部分，如果用的普通運放，為什么要加一個直流偏置電壓？后級信號處理為什么要這樣設計電路？電容和二極管怎么工作的？有沒有更好的改進方案？再比如PCB設計里面，地平面處理好了嗎？為什么要數字地模擬地分離？磁珠和0歐電阻有什么區(qū)別？都可以在板子上這么用嗎？這些問題還只是冰山一角，實際設計的時候需要考慮方方面面的問題，徹底吃透電路背后的工作原理，這樣對后續(xù)可能出現的故障排除會大有裨益。設計的時候多給自己一些靈魂拷問，會進步的更快。
??那么有人會問了，我啥都不知道啊，這課本上也沒怎么講啊，這該怎么分析？主要有幾個渠道，第一就是問指導老師，但是指導老師有可能也不明白；第二個是從網上查找各種各樣的資料，包括但不限于芯片手冊、應用筆記、評估板手冊、設計論壇開源資料、PCB設計指南等等資料；第三個就是看書，看什么書呢？看《智能車制作》這本書。事先聲明，我沒有收錢，更不可能恰飯，我自己都買了幾本來看，純粹是因為這本書寫的非常的好，作者全部都是往屆參賽選手 且都非常牛逼，很多原理講的非常透徹。放張圖說明一下有多牛逼


??接下來說一說故障排查。一千個人可能出現一千零一種故障，但是其中的大多數故障有很大的可能性是前人曾經出現過的，因此查找這些前人的經驗就非常重要。上面所提及的 智能車論壇 就是一個很好的地方供硬件設計者查找自己出現的故障。如果沒有人有過類似的經驗，那就要通過手中的儀器進行測試。電壓出不來就用萬用表從輸入到輸出逐級檢測，電機不轉就用示波器按照以下順序檢測信號：單片機PWM口->柵極驅動芯片輸入->柵極驅動芯片輸出->MOS的Vgs。上面只是引出兩個小例子，事實上所有的故障都有原因可循，從設計失誤、板廠做工問題、不規(guī)范操作到虛焊，一定有一種原因可以解釋你的故障。答主也曾經碰到一個奇葩的故障，電機驅動的MOS下管冒煙了，鈕子開關燒糊了，80mil的電機線都燒斷了，后來用示波器排查了上面所說的所有信號，都沒有問題，檢查了PCB設計也沒有問題。折磨了快一個星期，最后沒有辦法隨機測了一下驅動芯片的GND，發(fā)現不對勁，沒接到GND網絡的銅皮上，再測了一下同一批的其他空板，也是如此。所以排查故障真的需要耐心和毅力，不能說這塊板出問題了我就再重焊一塊吧，重焊一定會好的，要有一股子勁：不把這個bug的原因找出來不算完。
以上基本包括了從構思到焊接測試的所有流程了，下面來聊一聊一些雜七雜八不知道怎么歸類的東西。第一個是PCB的定型，事實上PCB一次定型是很難的事情，尤其是當你對這個組別或者是做板子需要的知識知之甚少的時候，這時候就需要螺旋式進步，先做出來一套可以穩(wěn)定使用的方案來調車寫代碼，然后再根據整車機械結構和自己的能力水平對硬件進行迭代，推陳出新，讓機械結構、算法和硬件電路磨合到最極致的狀態(tài)。而機械結構這事就比較復雜，答主也只是干過軟化劑涂輪胎、磨輪胎的簡單苦力活，對機械方面知之甚少，所有就不多做敘述。
??第二個就算是硬件小白的自我學習修養(yǎng)了吧，做車很像古代學徒和師傅學藝，師傅不可能把全部本事都教給徒弟，徒弟往往都會偷學師傅的本領。套用到車賽上，就是要從各種不同的渠道全方位的獲取自己需要和想要的知識。答主以前特別喜歡參加分區(qū)賽還有國賽，一方面是又有地方能玩了（實際上四天累的跟狗一樣，根本不想出去玩），另外一個方面就是可以看到不同學校的作品，畢竟答主也是做不到“閉門造車，出門合轍”這種境界的。成績好的學校的車都有各自的特點，有的設計及其簡潔，有的方案拔尖，有的用料扎實，特別是強校的車，很多都像精美的工藝品。答主印象最深的是北科的各種冠軍車，親眼看到他們的風馳電掣非常震撼。再看他們的車，板子形狀和機械結構匹配度非常高，用的都是非常好的固態(tài)電容，外部接線整理的非常簡潔，單片機主控方案獨樹一幟，調參的板子設計非常巧妙。雖說智能車的重點在于算法的比拼，但是能夠把硬件設計做到非常精美而又性能強勁的一種水平，著實非常不容易，答主也在朝著這個方向努力和學習。
??以上就是我想分享的一些經驗，希望對剛接觸智能車的硬件小白有所幫助。2020的比賽和往年有些不一樣，對參賽隊員的考驗比往年更大，但是做車不只是為了最后的一紙證書，更是為了體驗不一樣的經歷，收獲更多的知識，結識更多強大的車友，也希望所有的車友在今后的比賽中能夠盡自己最大的努力，不留任何遺憾！

來自 Jerry 的知乎回答:
大一新生如何參加智能車比賽？

總結

以上是生活随笔為你收集整理的给初次参加全国大学生智能汽车竞赛的同学们的一些建议（转）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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