基于K60的智能車主板設計

原鵬亮+陳劍雪+王冰鑫

【摘 要】本文主要介紹以K60芯片為主，配合外圍電路，利用傳感器來進行路徑識別的硬件的實際設計過程。整個過程使用Altium Designer軟件完成原理圖與PCB的繪制，所設計主板配合相應程序能夠實現路徑識別和人機交互，為參加智能車競賽提供了硬件保障。

【關鍵詞】K60；硬件；智能車競賽；人機交互

一、引言

在本次大學生科研訓練計劃中，我們選擇了“基于K60的智能車主板”設計。在智能車競賽中，程序是核心，硬件是基礎，一個穩定的主板將為智能車調試帶來方便。在本次的項目中，我們組內明確分工，分別完成資料收集、元器件購買、原理圖繪制、元器件焊接等任務。硬件設計使用Altium Designer完成，設計中我們總結了自己參加競賽時的經驗，集成了能夠使得程序調試更為簡單的外圍電路。通過此次項目，使得我們對硬件的理解更為深刻。

二、設計方案

該系統設計方案主要是硬件設計，軟件方面只做相關測試，概括的說是由傳感器（如攝像頭、CCD、電感等）采集賽道信息，經信號處理電路（濾波、信號放大等）將信息傳輸給K60主控制器模塊進行數據處理，根據算法對賽道進行識別。輸出控制信號，控制轉向和動力機構（舵機、電機）來調整車身位置。為了能夠增加靈活性，我們在主板上添加了人機交互模塊。這樣一來主板電路主要有電池接口、傳感器電路及其接口、舵機及電機驅動接口、編碼器接口、TFT液晶顯示屏插座等。（系統框架如圖1）

三、軟、硬件設計

主控制器模塊：主控制器使用MK60DN512VLQ10單片機。K60 系列微控制器具有IEEE 1558以太網，全速和高速USB 2.0 On-The-Go帶設備充電探測、硬件加密以及防篡改探測能力，具有豐富的模擬、通信、定時和控制外設。K60含有的功能模塊包括：串行通信UART、GPIO、定時器、A/D、D/A、CMP、TSI、SPI、I2C、I2S、CAN、USB、SDHC以及存儲模塊。芯片正常工作需要簡單的外圍電路，這些電路包括電源電路、時鐘電路、復位電路、下載電路。

傳感器模塊：在實際使用中我們用來采集賽道信息的傳感器可能是多種多樣的，這里我們使用攝像頭。傳感器通常不會集成在主板上，這樣方便調整機械位置，并且容易更換。所以，我們在主板上留下相應的接口電路。智能車高速運行中對圖像的要求很高，必須保證得到的一幅圖像不失真，后續的程序才能正常運行。這里選取了基于MT9V032芯片的“總鉆風”攝像頭，這款攝像頭帶有 CMOS 全局快門，即：在曝光前整個圖像重置，像素可在曝光時間積累電荷；曝光結束后，每個像素積累的電荷同時傳送到屏蔽光的存儲區域；然后信號從此區域讀出。因所有像素同時重置，曝光積分同樣的間隔，同時傳輸到光屏蔽存儲區域，對移動物體來說沒有形變。此外，要實現對車速的閉環控制，我們還會在主板上設計編碼器接口。

電源模塊：單片機MK60FN1M0VLQ15采用3.3V供電，另外還有攝像頭、液晶顯示屏、撥碼盤及按鍵采用 3.3V 供電，考慮到單片機及攝像頭對電源的低紋波要求，我們選用了線性低壓差穩壓源LP38690-3.3做穩壓芯片，輸出電流可達1A，能很好的滿足系統要求。另外采用LP38690-5.0對7.2V進行5V穩壓。

人機交互模塊：為了實現人機交互的目的，本設計將TFT液晶顯示屏放在了系統主板上，并且可以使用撥盤和按鍵改變智能車行駛參數。這種設計大大提高了智能車的調試效率。另外我們還添加了蜂鳴器驅動電路和“藍牙”通訊接口，這樣調試結果將會更為直觀，而且方便將數據發送至電腦，運用電腦處理數據。

系統軟件：主板完成后，需要軟件來測試板子是否能正常工作，程序使用IAR平臺進行編寫和調試。主要檢測主板上的各個接口是否正常工作。

四、項目原理圖

圖2是主板的部分原理圖。其中包括攝像頭接口、顯示屏接口、兩個編碼器接口、電機和舵機控制信號輸出接口以及六路撥碼開關。

為使車模整體更輕巧，更精簡，我們根據 K60 技術手冊所列舉的外圍電路自行設計并制作了最小系統板，并將其集成在主板上。

五、項目體會

本次項目是基于K60的智能車主板設計，在實際的設計過程中雖然遇到了麻煩，但在仔細分析問題后都找到了問題所在。這次的科研訓練是理論運用于實踐的過程，也是實踐反哺于理論知識，二者互相提升。當然，團隊合作是很重要，項目的實施離不開每個人的協調合作，正是大家的共同努力，項目才能圓滿完成。

參考文獻：

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