第九届全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛（光电组）电路板设计方案

简介：
本方案针对第九届全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛中的光电组设计，详细介绍了一款高性能、低功耗的电路板解决方案，旨在优化赛车性能，增强参赛者的工程实践能力。 作为一名大三的学生，我有幸参加了第九届全国大学生“飞思卡尔杯”智能汽车竞赛。虽然我在机械领域还是一名新手，但得益于大二期间自学的机电自动化知识，在这次比赛中起到了关键作用。 该赛事起源于韩国，并得到飞思卡尔半导体公司的赞助支持。比赛分为摄像头组、光电组、电磁组和创意组等多个类别。参赛者需要在规定的模型汽车平台上使用8位或16位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、电机驱动电路以及编写相应的控制软件来制作一个能够自主识别路径的智能车模。 我们参加了光电组比赛，主要采用光电传感器或者线性CCD（现已禁止使用激光传感器）作为主要路径检测手段。我们的团队选择了飞思卡尔半导体公司的16位微处理器——RAM内核K60系列，并基于组委会指定的B型车模平台进行设计。这种车型的特点是前轮由舵机控制转向，后轮则采用滚珠差速器实现转弯时的速度差异调节。 针对该模型汽车特点，在硬件设计方面面临诸多挑战：驱动电机功率较大、转向半径较小以及轮胎摩擦系数较低等因素限制了车辆速度的提升。我负责整个硬件设计工作，经过前期资料和历届技术报告的研究后，我们团队最终确定了电路设计方案，并使用Altium Designer软件进行原理图绘制。 在电源部分的设计中，考虑到驱动电机的需求，采用了7.2V动力电池供电方案以确保瞬时电流能够满足大功率要求。为解决由此带来的稳压难题，在查阅相关资料之后选择了TPS7350与TPS7333芯片分别输出稳定的5V和3.3V电压供应给不同组件使用；同时，为了保障舵机的快速响应能力而采用LM2941可调稳压电路为其提供电源支持。此外还设计了升压电路以满足驱动电机PWM控制所需的额外电能需求。 控制器方面，我们特别注意到了K60微处理器的各项功能输出引脚配置，并预留SPI和串口通信接口以便调试使用；在PCB布局时也严格遵循数字地与模拟地分离的原则并确保信号线的合理间距及宽度以减少电磁干扰影响。电机驱动电路作为系统的核心模块，为实现快速加减速效果采用了IR2104芯片来控制大功率MOSFET管的工作状态。 总之，在整个项目的实施过程中，团队成员们克服了诸多技术难关，并通过不断优化设计最终完成了符合竞赛要求的智能车模制作任务。