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【摘 要】本文主要介绍以K60芯片为主，配合外围电路，利用传感器来进行路径识别的硬件的实际设计过程。整个过程使用Altium Designer软件完成原理图与PCB的绘制，所设计主板配合相应程序能够实现路径识别和人机交互，为参加智能车竞赛提供了硬件保障。
【关键词】K60；硬件；智能车竞赛；人机交互
一、引言
在本次大学生科研训练计划中，我们选择了“基于K60的智能车主板”设计。在智能车竞赛中，程序是核心，硬件是基础，一个稳定的主板将为智能车调试带来方便。在本次的项目中，我们组内明确分工，分别完成资料收集、元器件购买、原理图绘制、元器件焊接等任务。硬件设计使用Altium Designer完成，设计中我们总结了自己参加竞赛时的经验，集成了能够使得程序调试更为简单的外围电路。通过此次项目，使得我们对硬件的理解更为深刻。
二、设计方案
该系统设计方案主要是硬件设计，软件方面只做相关测试，概括的说是由传感器（如摄像头、CCD、电感等）采集赛道信息，经信号处理电路（滤波、信号放大等）将信息传输给K60主控制器模块进行数据处理，根据算法对赛道进行识别。输出控制信号，控制转向和动力机构（舵机、电机）来调整车身位置。为了能够增加灵活性，我们在主板上添加了人机交互模块。这样一来主板电路主要有电池接口、传感器电路及其接口、舵机及电机驱动接口、编码器接口、TFT液晶显示屏插座等。（系统框架如图1）
三、软、硬件设计
主控制器模块：主控制器使用MK60DN512VLQ10单片机。K60 系列微控制器具有IEEE 1558以太网，全速和高速USB 2.0 On-The-Go带设备充电探测、硬件加密以及防篡改探测能力，具有丰富的模拟、通信、定时和控制外设。K60含有的功能模块包括：串行通信UART、GPIO、定时器、A/D、D/A、CMP、TSI、SPI、I2C、I2S、CAN、USB、SDHC以及存储模块。芯片正常工作需要简单的外围电路，这些电路包括电源电路、时钟电路、复位电路、下载电路。
传感器模块：在实际使用中我们用来采集赛道信息的传感器可能是多种多样的，这里我们使用摄像头。传感器通常不会集成在主板上，这样方便调整机械位置，并且容易更换。所以，我们在主板上留下相应的接口电路。智能车高速运行中对图像的要求很高，必须保证得到的一幅图像不失真，后续的程序才能正常运行。这里选取了基于MT9V032芯片的“总钻风”摄像头，这款摄像头带有 CMOS 全局快门，即：在曝光前整个图像重置，像素可在曝光时间积累电荷；曝光结束后，每个像素积累的电荷同时传送到屏蔽光的存储区域；然后信号从此区域读出。因所有像素同时重置，曝光积分同样的间隔，同时传输到光屏蔽存储区域，对移动物体来说没有形变。此外，要實现对车速的闭环控制，我们还会在主板上设计编码器接口。
电源模块：单片机MK60FN1M0VLQ15采用3.3V供电，另外还有摄像头、液晶显示屏、拨码盘及按键采用 3.3V 供电，考虑到单片机及摄像头对电源的低纹波要求，我们选用了线性低压差稳压源LP38690-3.3做稳压芯片，输出电流可达1A，能很好的满足系统要求。另外采用LP38690-5.0对7.2V进行5V稳压。
人机交互模块：为了实现人机交互的目的，本设计将TFT液晶显示屏放在了系统主板上，并且可以使用拨盘和按键改变智能车行驶参数。这种设计大大提高了智能车的调试效率。另外我们还添加了蜂鸣器驱动电路和“蓝牙”通讯接口，这样调试结果将会更为直观，而且方便将数据发送至电脑，运用电脑处理数据。
系统软件：主板完成后，需要软件来测试板子是否能正常工作，程序使用IAR平台进行编写和调试。主要检测主板上的各个接口是否正常工作。
四、项目原理图
图2是主板的部分原理图。其中包括摄像头接口、显示屏接口、两个编码器接口、电机和舵机控制信号输出接口以及六路拨码开关。
为使车模整体更轻巧，更精简，我们根据 K60 技术手册所列举的外围电路自行设计并制作了最小系统板，并将其集成在主板上。
五、项目体会
本次项目是基于K60的智能车主板设计，在实际的设计过程中虽然遇到了麻烦，但在仔细分析问题后都找到了问题所在。这次的科研训练是理论运用于实践的过程，也是实践反哺于理论知识，二者互相提升。当然，团队合作是很重要，项目的实施离不开每个人的协调合作，正是大家的共同努力，项目才能圆满完成。
参考文献：
[1]陈学平.Altium Designer 10.0电路设计与制作完全学习手册[M].北京：清华大学出版社，2012.
[2]（美）道格拉斯·布鲁克斯著，丁扣宝，韩雁译.PCB电流与信号完整性设计[M].北京：机械工业出版社，2015.
[3]杨欣，莱·诺克斯，王玉凤，刘湘黔.电子设计从零开始（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2014.8.
【关键词】K60；硬件；智能车竞赛；人机交互
一、引言
在本次大学生科研训练计划中，我们选择了“基于K60的智能车主板”设计。在智能车竞赛中，程序是核心，硬件是基础，一个稳定的主板将为智能车调试带来方便。在本次的项目中，我们组内明确分工，分别完成资料收集、元器件购买、原理图绘制、元器件焊接等任务。硬件设计使用Altium Designer完成，设计中我们总结了自己参加竞赛时的经验，集成了能够使得程序调试更为简单的外围电路。通过此次项目，使得我们对硬件的理解更为深刻。
二、设计方案
该系统设计方案主要是硬件设计，软件方面只做相关测试，概括的说是由传感器（如摄像头、CCD、电感等）采集赛道信息，经信号处理电路（滤波、信号放大等）将信息传输给K60主控制器模块进行数据处理，根据算法对赛道进行识别。输出控制信号，控制转向和动力机构（舵机、电机）来调整车身位置。为了能够增加灵活性，我们在主板上添加了人机交互模块。这样一来主板电路主要有电池接口、传感器电路及其接口、舵机及电机驱动接口、编码器接口、TFT液晶显示屏插座等。（系统框架如图1）
三、软、硬件设计
主控制器模块：主控制器使用MK60DN512VLQ10单片机。K60 系列微控制器具有IEEE 1558以太网，全速和高速USB 2.0 On-The-Go带设备充电探测、硬件加密以及防篡改探测能力，具有丰富的模拟、通信、定时和控制外设。K60含有的功能模块包括：串行通信UART、GPIO、定时器、A/D、D/A、CMP、TSI、SPI、I2C、I2S、CAN、USB、SDHC以及存储模块。芯片正常工作需要简单的外围电路，这些电路包括电源电路、时钟电路、复位电路、下载电路。
传感器模块：在实际使用中我们用来采集赛道信息的传感器可能是多种多样的，这里我们使用摄像头。传感器通常不会集成在主板上，这样方便调整机械位置，并且容易更换。所以，我们在主板上留下相应的接口电路。智能车高速运行中对图像的要求很高，必须保证得到的一幅图像不失真，后续的程序才能正常运行。这里选取了基于MT9V032芯片的“总钻风”摄像头，这款摄像头带有 CMOS 全局快门，即：在曝光前整个图像重置，像素可在曝光时间积累电荷；曝光结束后，每个像素积累的电荷同时传送到屏蔽光的存储区域；然后信号从此区域读出。因所有像素同时重置，曝光积分同样的间隔，同时传输到光屏蔽存储区域，对移动物体来说没有形变。此外，要實现对车速的闭环控制，我们还会在主板上设计编码器接口。
电源模块：单片机MK60FN1M0VLQ15采用3.3V供电，另外还有摄像头、液晶显示屏、拨码盘及按键采用 3.3V 供电，考虑到单片机及摄像头对电源的低纹波要求，我们选用了线性低压差稳压源LP38690-3.3做稳压芯片，输出电流可达1A，能很好的满足系统要求。另外采用LP38690-5.0对7.2V进行5V稳压。
人机交互模块：为了实现人机交互的目的，本设计将TFT液晶显示屏放在了系统主板上，并且可以使用拨盘和按键改变智能车行驶参数。这种设计大大提高了智能车的调试效率。另外我们还添加了蜂鸣器驱动电路和“蓝牙”通讯接口，这样调试结果将会更为直观，而且方便将数据发送至电脑，运用电脑处理数据。
系统软件：主板完成后，需要软件来测试板子是否能正常工作，程序使用IAR平台进行编写和调试。主要检测主板上的各个接口是否正常工作。
四、项目原理图
图2是主板的部分原理图。其中包括摄像头接口、显示屏接口、两个编码器接口、电机和舵机控制信号输出接口以及六路拨码开关。
为使车模整体更轻巧，更精简，我们根据 K60 技术手册所列举的外围电路自行设计并制作了最小系统板，并将其集成在主板上。
五、项目体会
本次项目是基于K60的智能车主板设计，在实际的设计过程中虽然遇到了麻烦，但在仔细分析问题后都找到了问题所在。这次的科研训练是理论运用于实践的过程，也是实践反哺于理论知识，二者互相提升。当然，团队合作是很重要，项目的实施离不开每个人的协调合作，正是大家的共同努力，项目才能圆满完成。
参考文献：
[1]陈学平.Altium Designer 10.0电路设计与制作完全学习手册[M].北京：清华大学出版社，2012.
[2]（美）道格拉斯·布鲁克斯著，丁扣宝，韩雁译.PCB电流与信号完整性设计[M].北京：机械工业出版社，2015.
[3]杨欣，莱·诺克斯，王玉凤，刘湘黔.电子设计从零开始（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2014.8.